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[运放] nA级电流检测

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15213|106
songchenping 发表于 2019-6-10 16:29 | 显示全部楼层
画原理图要用心，尤其是做器件库，不然读懂原理图都费劲。
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MiniNico
受教了。以前我也是按照标准的画的。到最后调板子的时候总感觉不方便。然后就画成这种和PCB相似的样式了。以后会改回来的T_T。  发表于 2019-6-10 16:36
 楼主| MiniNico 发表于 2019-6-10 16:55 | 显示全部楼层
qinlu123 发表于 2019-6-10 15:00
R606用K级别的，C606用nf级别的，R602和R608都用0欧的。R607和R610用同样大的，这里制作反向不要放大，放 ...


改了RC参数后边这样了，效果出来了。
好像还是存在着50Hz的干扰。

OPA输出，和跟随器的输出，都是这个图所示的波形。
OPA输出，4V的位置，有个幅值450左右的波形。
过随器输出后，4V的位置，有个幅值350左右的波形。
滤波器用和不用，结果都一样，截没干扰，也没作用。

这个是不是基本就是电源方面的干扰？

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qinlu123
波动的峰峰值是356mv吗，太大了有问题。  发表于 2019-6-11 08:16
MiniNico
改量程，第一级反馈电阻1M并10K，测uA电流，就没有这个波形，很平整的一条线。实际就不知道到底是信号源问题，还是1M电阻这个点的问题了，没条件测了。理论上是哪里造成的？  发表于 2019-6-10 17:26
摸摸 发表于 2019-6-10 20:30 | 显示全部楼层
MiniNico 发表于 2019-6-10 15:51
我拆别人的手持设备，别人就是用的这款IC，那款检测仪很稳定啊，行业内都认同。
里面就这芯片 ...

nA的话够了,pA不够.
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PPDDPPDD1234 发表于 2019-6-10 21:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 PPDDPPDD1234 于 2019-6-10 21:31 编辑
MiniNico 发表于 2019-6-10 15:51
我拆别人的手持设备，别人就是用的这款IC，那款检测仪很稳定啊，行业内都认同。
里面就这芯片 ...

这么说吧，我也是小白，是外行，为了整这玩意，零零散散花了2年时间才搞定，现在可以做到10fA的放大没问题。
nA级别，这玩意的关键根本不在运放。现在几乎随便一个运放都可以胜任（当然，IB低于nA的就行）
其实说核心，也没有核心，PCB布线，工频干扰统统会影响。。。任何一点考虑不周都可能导致震荡。。。
你要是再往下做，你就会发现，一根质量不好的导线的漏电都会导致整个系统严重的非线性。。。

指望一个NB 的IC就可以搞定一切的，是不现实的。。。



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叶春勇
你的观点跟zyj9490类似。 看来都是搞过的，帮板凳学习。  发表于 2019-6-11 10:38
zhangxiyi5277 发表于 2019-6-11 00:46 来自手机 | 显示全部楼层
纯粹的用，情参考silicon labs的efm8.开发板
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qinlu123 发表于 2019-6-11 08:21 | 显示全部楼层
把PCB贴出来看看，以及电源方案的原理图也贴出来看看，顺便分享你篇**看看。

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zeroooo 发表于 2019-6-11 08:52 | 显示全部楼层
推荐你先看看你好，放大器这本书入门一下
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xch 发表于 2019-6-11 09:41 | 显示全部楼层
摸摸 发表于 2019-6-10 20:30
nA的话够了,pA不够.


体育老师您好：

这个指标能用？

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qinlu123
@MiniNico ：你现在用的芯片之前的地方都写在手册最开头的特性里了，说实话你把钱都花在了你不需要的地方。你可以试试我推荐你的那款才四五块钱比现在的便宜。  发表于 2019-6-12 08:56
摸摸
@xch ：做一个产品，有超越猪的决心不一定行,你还需要一个超越猪的老板.  发表于 2019-6-11 21:56
MiniNico
不讲那么多题外话了，有什么IC推荐？价位不要太离谱了，和2188差不多就行  发表于 2019-6-11 13:43
xch
@MiniNico ：做一个产品，得有点超越猪的决心才行。  发表于 2019-6-11 12:32
xch
@MiniNico ：芯片原厂自己说误差1.7nA，可能它卖错了，被你捡到便宜。  发表于 2019-6-11 12:03
MiniNico
。。。上面也有大佬说nA级别的够用，实际上别的检测仪上确实是这个芯片，很多使用者都拿2400长时间验证过，都说没问题，好用。现在基本都拿来代替2400用了。1nA的精度是保证的，零点几nA肯定不行。行业要求就是不能超过±0.5nA的误差。  发表于 2019-6-11 11:54
xch 发表于 2019-6-11 10:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 xch 于 2019-6-11 10:28 编辑
MiniNico 发表于 2019-6-10 15:51
我拆别人的手持设备，别人就是用的这款IC，那款检测仪很稳定啊，行业内都认同。
里面就这芯片 ...

你这图纸除了器件有问题外，在很多地方反馈回路用了不该用的电容。这电容附加的相位移会造成自激振荡，或者不稳定，噪声增大。如C605,C6230,C616.
陷波器使用反馈接法很危险。因为元件参数无法保证0误差，也会产生正反馈自激。一般在反馈回路（R616）故意再串联一个电阻，取值为最大元件误差*R616，比如电容误差5%，电阻误差0.1%，你就串联82ohm，破坏自激条件。

如果信号源是类似恒流源，比如photo diode ，1nA时其阻抗近似达到26Mohm，可以看作无穷，输入级正负偏置电阻平衡应该是反馈电阻与正极之间的平衡；
R603= R602//R609 = 1Mohm; 且在正极接COG电容接地，减少电阻噪声。 正输入端加入偏置电压1.25V是啥意思？很奇葩，如果需要，不如在末级加入，噪声小，漂移也小。

你需要的模拟电流源可以使用普通稳压电源如REF5020 做参考; 用几十个0.1%  10k电阻模仿16 BIT dac组成梯形网络分压得到二进制的参考电压梯度。使用多个31.3Mohm 电阻在需要的节点汇集电流可以获得1% 精度的电流。1nA 步进。要不你去TI 那里A个DAC自己编程。

1nA 放大到200mV ，这个够吗？
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xch 发表于 2019-6-11 12:24 | 显示全部楼层
建议你将第一级OPA使用独立LDO供电。降低电源电压后，又便宜又好的OPA就可以被你选为妃子。

而且成本可能比你现在用的OPA（$1.4@1kpcs）低得多。LDO本身几乎不算钱。
比如，我用过的TLV2333，($0.69@1KPCS),其误差小一个数量级还不止。


增加了LDO，放大电路电源退耦后会更加稳定。

一举多得。





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LDDD1997
@MiniNico ：源表的双向电流意思是有测试电流的流入和流出，测试仪表是指只有流入电流然后取电压值但不形成电路回路的意思吗？  发表于 2019-8-20 12:05
xch
@MiniNico ：若是可以分档。可以这样设计，第一级保证满量程200uA；然后第二级10倍放大，...10倍放大。 每加一级就增加10倍灵敏度。当然也可以其他倍数。每级输出连接ADC。剩下就是软件和校准的事了。  发表于 2019-6-11 18:17
xch
@MiniNico ：如果小电流1nA要求误差10%以内，且不需要程控是有可能的。但是你我做不到。 地球上有一个公司可以，他把IC先焊接在PCB上后进行激光校准修补，然后封装。 他的每台仪器都是独一无二的。  发表于 2019-6-11 16:07
MiniNico
讲点实际的吧。如果需要从1nA到200uA，第一级程控放大这种方案行不行？如果不行，那一般的做法是怎样的？第一级IV，第二级程控放大？  发表于 2019-6-11 15:53
xch
@MiniNico ：20uA~1nA 已经有86db 了，如果1nA 需要10% 精准，就已经106db。 差不多，你能做到的水准。老外，最高能做到116db。 120db 世界上能做到的屈指可数。蒙着可以。  发表于 2019-6-11 15:43
MiniNico
那如何实现大量程？测试仪的要求是电流流进测试仪里，并不是双向电流。是一个检测仪表，不是源表。 电流流进OPA，IV变换之后只有负数，就是说实际量程只有-2V~0V。弱以1nA->0.1mV，那也只有20uA的量程。难道第一级只实现IV变换，后级再实现程控放大？之前找资料，还有拆了不少仪表，包括老美的，也都是在第一级程控量程。  发表于 2019-6-11 15:34
xch
@MiniNico ：你的前置级OPA放大输出+/-2V就可以了.  发表于 2019-6-11 15:06
xch
@MiniNico ：nA ~ uA 本来60db 动态. 若是想一个放大器覆盖,你更加需要超低漂移的前置放大器. 前置放大器并不需要输出动态,最需要的是信噪比.把噪声放大许多倍有啥意思?  发表于 2019-6-11 15:01
MiniNico
这款IC只支持5V电源，双电源也只能+-2.75，那量程岂不是很窄吗？要从nA到uA探测，岂不是要多级档位？  发表于 2019-6-11 13:56
MiniNico
我试试  发表于 2019-6-11 13:44
gxs64 发表于 2019-6-11 16:01 | 显示全部楼层
好生学习一下本网站中《图解DIY 1pA超微电流测试器》这个帖子，认真研究此大侠的**，一切可搞定。
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叶春勇
我也去看看  发表于 2019-6-11 17:56
MiniNico
好的，马上去看  发表于 2019-6-11 16:16
Sunriver_Yao 发表于 2019-6-11 17:09 | 显示全部楼层
你的双T网络频点是530Hz的，你该调整为50Hz的，就行了！
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MiniNico
是的，粗心了。现在改电容，53HZ，可以了。  发表于 2019-6-11 17:43
xiaxingxing 发表于 2019-6-11 21:51 | 显示全部楼层
qinlu123 发表于 2019-6-10 15:00
R606用K级别的，C606用nf级别的，R602和R608都用0欧的。R607和R610用同样大的，这里制作反向不要放大，放 ...

“R602和R608都用0欧的” R602,和R608为什么要为0 ohm呢？怕引入噪声？谢谢！
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qinlu123
是的，很多人都喜欢加个电阻用来平衡IB，实际上放大器的IB极小在电压放大电路中IB引起的误差远远小于Vos，而在跨阻放大器做电流放大的时候应该选用IB小的放大器并且把精力用在放大器反向输入端网络到其他网络的漏电流上  发表于 2019-6-12 08:40
摸摸 发表于 2019-6-11 21:54 | 显示全部楼层
xch 发表于 2019-6-11 09:41
体育老师您好：

这个指标能用？

体育老师现在告诉你,做产品没必要一定看最大值,而且不要看这个参数.除非,你做的产品很呵呵.当然,你能做呵呵的产品就不用问这个问题了.
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摸摸 发表于 2019-6-11 22:39 | 显示全部楼层
光电二极管的检测我做过,用的不是2188.效果一般,反正他们要求也就那样,但是我的光电二极管可不像你这个要求只有nA级别,我那个是pA级别的电流,但是我建议你最好看看他们为什么要用2188这个东西,低电流运放不是没有推荐,只是目前看来他们在选择运放的时候权重不一样,也就是说,当初他们考虑的时候未必是要选一个偏流很低的运放,很可能仅仅是能用即可,但是他们对运放的另一个要求却高了.
有没有必要换运放你自己考虑,反正我是体育老师.
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摸摸
@MiniNico ：芯片得看你整机要求和电路结构，不同要求不同选择。布板要求不算高，又不是fA级别。继电器和模拟开关随便你，反正都能用。继电器和模拟开关为什么会有影响，如果有影响，你应该可以根据元件手册给的参数计算。内部线材用点特氟龙得了，那点长度花不了什么钱。  发表于 2019-6-12 12:20
MiniNico
@qinlu123，以前经听那些老硬件工程师讲那些阻抗，每根线信号线阻抗都要算出来，辅铜厚度，走线宽度，长度，什么波浪走线滤波之类的，部分回路还要单独加屏蔽罩，或者通过奇奇怪怪的走线去屏蔽，没基础，听得头都大。  发表于 2019-6-12 10:51
MiniNico
@qinlu123，PCB布线肯定很重要啊，走过线的人都懂啊。我问的是要求是不是很高。。。走线粗细，角度，过孔，阻抗，材质，工艺，等等这些，是不是都要计算得很精细？  发表于 2019-6-12 10:46
qinlu123
@MiniNico ：你到现在还在问PCB布线重不重要，人家讲了那么久的输入岛也白讲了你就看见人家飞线了，你觉得飞线就很LOW!我给你发的那篇文章也白发了。  发表于 2019-6-12 10:02
MiniNico
大佬你好。问几个问题：1：有什么芯片推荐:2：nA级的放大电路，从输入到放大输出，PCB布线是不是要求很高？楼上有人发链接有大神做检测1pA的，用的是万能板+插件元件+各种飞线DIY出来的，结果也很好啊。3：现在要做大量程的，1nA~200uA，用继电器还是模拟开关？4：引入继电器或者模拟开关，会不会对nA的电流造成很大的影响？5：SMA的线材可以当输入引线吗？  发表于 2019-6-12 09:19
摸摸 发表于 2019-6-12 08:53 | 显示全部楼层
xch 发表于 2019-6-11 09:41
体育老师您好：

这个指标能用？

很奇怪你去看Ios做什么
输入失调电流(Input Offset Current) IOS 是运放两输入端输入偏置电流之差的绝对值。

只是差值,不是输入电流,输入电流是Ib.

input bias currents 输入偏置电流,输出为零输入的电流。

要参考输入电流的大小,你去管Input Offset Current做甚?
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摸摸
@xch ：你想回你就回，我是体育老师，不是猪。  发表于 2019-6-12 12:15
xch
你回猪圈去  发表于 2019-6-12 09:39
摸摸 发表于 2019-6-12 13:16 | 显示全部楼层
低偏流运放很多啊,AD515 AD542 AD547 AD549 CA3140 ICL7650 LMC6001 LMC6032 LMC6042 LMC6062 LMC6482 LT1057 OPA340 OPA374 SGM8551 TL032这些都是,但是我告诉你了,原厂家选运放的时候权重偏了,也就是说厂家放弃了低Ib运放,选了一个偏流压线的,刚好能用,但是2188的其他性能很高,至于为什么这样做,我建议你最好搞清楚.
不是不给你推荐,是我根本不知道你做这个东西的其他指标和要求,没办法给你推荐,给你推荐个低偏流运放有什么用呢,其他性能跟不上你东西又做不出来.
如果你只是抄别人的,那就全部抄完算了,有空把运放换其他型号看看效果得了.
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MiniNico
好的，谢谢  发表于 2019-6-12 13:33
 楼主| MiniNico 发表于 2019-6-12 14:31 | 显示全部楼层
图1：数据采集
2：图表1

3：去掉干扰点



感谢各位大佬，现在暂时实现功能效果了，只是稳定的还需要实际调整。

最终测试如上图：
用光电二极管，通入1.16nW的光，具体出多少电流不知道
无光时，有47mV的电压输出，估计是二极管的暗电流+其他干扰，测试数据已减去这个值。

用单片机，1ms采集一次数据(每个数据是ADC平均10次的结果)
测了几十秒，有4个异常点。

把异常点去除以后，1881个数据，最小0.93，最大0.991，波动0.61。
裸板无屏蔽壳，有屏蔽壳可能会好点。
今天要做个机箱，装进去，再写个小程序跑一个星期验证下稳定度。

图2中有4个异常点，有没有人知道是什么原因造成的？

再次感谢各位大佬的指导！

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MiniNico
@xch，没条件做高低温啊。怎么做？放个电洛铁上去？扔到冷盘上面？  发表于 2019-6-13 17:15
xch
高低温没做就完工了？  发表于 2019-6-13 09:37
zyj9490
这个没办法，粗大误差什么糸统都会有，只不过产生的概率问题，本底噪声小的出现机会小的，叫做爆破噪声，在软件去掉标准差几倍的值即可以了。什么样的成本，只能做到什么样的精度。  发表于 2019-6-12 17:54
xch 发表于 2019-6-12 19:34 | 显示全部楼层
MiniNico 发表于 2019-6-12 14:31
图1：数据采集
2：图表1

用光电二极管，通入1.16nW的可见光,光电流大约0.5nA。
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gxs64 发表于 2019-6-12 22:34 | 显示全部楼层
MiniNico 发表于 2019-6-12 14:31
图1：数据采集
2：图表1

认真研究一下大虾的**，na级的电流不至于这么难。
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