关于FR4板材的漏电流及小信号采集问题

只看该作者 · 2023-1-4 11:53

本帖最后由 louisluhw 于 2023-1-4 17:48 编辑

目前在做小信号采集方面的产品。目前在论坛学习到关于nA级以下电流的采集漏电流是一个关键因素。目前想咨询几个问题：
1.漏电流是指电源通过PCB板本身的阻抗漏到采样的信号线上么？信号线会漏到地上么？
2.PCB板本身的绝缘阻抗跟距离有关系吗？我通过挖铜的方法能否减小电源对信号线上的漏电流？
3.PCB本身的绝缘阻抗量级是什么水平？
目前主要在做APD的检测。
目前看APD输出的电流范围在1nA~100nA的数量级
前级TIA跨组用了100Mohm电阻，之前在论坛看的好像各位专家做的噪声都很小
而目前用100Mohm的电阻之后，发现电阻的热噪声占据了主要问题。在电阻两端增加跨接几百pF的电容可以改善热噪声，但是相应的响应速率也变慢了。并且噪声还有接近20mV
并且噪声很奇怪，是一个50hz频率的周期信噪声

只看该作者 · 2023-1-4 13:24

本帖最后由储小勇_526 于 2023-1-4 16:54 编辑

目前PCB测试设备中最严格的指标是250V 100M，单纯PCB本身的绝缘阻抗在10G左右，普通的FR4也差不多，测试线路在排版布局时避免出现平行走线，对地的分布电容也很重要。

只看该作者 · 2023-1-4 17:03

储小勇_526 发表于 2023-1-4 13:24
目前PCB测试设备中最严格的指标是250V 100M，单纯PCB本身的绝缘阻抗在10G左右，普通的FR4也差不多，测试线 ...

目前主要在做APD的检测。
目前看APD输出的电流范围在1nA~100nA的数量级
前级TIA跨组用了100Mohm电阻，之前在论坛看的好像各位专家做的噪声都很小
而目前用100Mohm的电阻之后，发现电阻的热噪声占据了主要问题。在电阻两端增加跨接几百pF的电容可以改善热噪声，但是相应的响应速率也变慢了。并且噪声还有接近20mV
并且噪声很奇怪，是一个50hz频率的周期信噪声

只看该作者 · 2023-1-5 09:12

louisluhw 发表于 2023-1-4 17:03
目前主要在做APD的检测。
目前看APD输出的电流范围在1nA~100nA的数量级
前级TIA跨组用了100Mohm电阻，之 ...

50Hz确实蛮讨厌的，没看到你实际如何搭建的不好乱建议，假如是因为你测试电路中100M耦合进来的，可以考虑把测试电路用金属外壳盖起来看下效果。负反馈这个电阻目前我们用的最大是120K，测试要求不同，但是并电容确实会影响速度，这个我们也在考虑如何解决，看看有没有大神有解决方案，期待ing

只看该作者 · 2023-1-5 11:46

怎么会用100M那么大电阻呢。IV转换用的跨阻放大器，通常推荐电路不都是T型反馈，用来减小取样电阻用的。

只看该作者 · 2023-1-5 11:58

本帖最后由 tyw 于 2023-1-10 16:47 编辑

dandantcb 发表于 2023-1-5 11:46
怎么会用100M那么大电阻呢。IV转换用的跨阻放大器，通常推荐电路不都是T型反馈，用来减小取样电阻用的。 ...

之前不知道T型反馈。。。

T型电阻网络反相输入比例器举例 PDF.pdf (4.3 MB)

T型电阻衰减电路.pdf (2.01 MB)

tyw 注

只看该作者 · 2023-1-5 14:10

dandantcb 发表于 2023-1-5 11:46
怎么会用100M那么大电阻呢。IV转换用的跨阻放大器，通常推荐电路不都是T型反馈，用来减小取样电阻用的。 ...

T型反馈网络抑制噪声的电容如何接？没找到相关资料，可以解释一下吗？

只看该作者 · 2023-1-5 14:56

实际测试了一下，T型反馈网络电阻确实可以减小，电阻带来的热噪声确实可以显著降低，但是干扰10Khz想要滤除，Cf电容要比原来的大很多，时常数反而变大了，不知道有没有更好的办法。

只看该作者 · 2023-1-5 15:08

T型网络我也仿真看了一下，但是感觉仿真结果，跟板上的结果差异很大。连增益仿真结果和直接板上测出来的值都差很多

只看该作者 · 2023-1-5 15:16

louisluhw 发表于 2023-1-5 15:08
T型网络我也仿真看了一下，但是感觉仿真结果，跟板上的结果差异很大。连增益仿真结果和直接板上测出来的值 ...

可能你电阻选择不对，我想了一下T型反馈网络对你这个100M电阻确实有很大帮助，可以减小这个电阻来减小本身的热噪声。对前段输入噪声T型反馈放大和正常放大是一致的，想要滤波Cf电容势必会变大，其实整个电路的响应时间也不知道哪个更好，这个我实际电路还没改，明年再试试，希望你再改电路测试时能得到一些有用的结论

只看该作者 · 2023-1-5 15:58

本帖最后由 louisluhw 于 2023-1-5 16:18 编辑

储小勇_526 发表于 2023-1-5 15:16
可能你电阻选择不对，我想了一下T型反馈网络对你这个100M电阻确实有很大帮助，可以减小这个电阻来减小本 ...

应该不是电阻的问题，仿真是没有问题的
目前发现我的信号输入为0的时候，T负反馈的运放却有+几百mV的输出，但是单独100M电路却没有。

只看该作者 · 2023-1-5 16:18

50hz首先考虑电磁屏蔽，周围空间来的干扰就不会很小，探测器腿尽量短。

只看该作者 · 2023-1-5 17:14

储小勇_526 发表于 2023-1-5 14:10
T型反馈网络抑制噪声的电容如何接？没找到相关资料，可以解释一下吗？

就是运放输出和“-”输入之间跨接一个电容。IV转换是第一级电路，这个RC滤波仅提供最基础的滤波。要做进一步滤波，你需要在后面加专门的滤波电路。不要都揉到一起，实现不了，或者容易导致振荡。

只看该作者 · 2023-1-5 17:19

本帖最后由 louisluhw 于 2023-1-5 17:25 编辑

dandantcb 发表于 2023-1-5 17:14
就是运放输出和“-”输入之间跨接一个电容。IV转换是第一级电路，这个RC滤波仅提供最基础的滤波。要做进 ...

仿真了几次，T型反馈会放大Vos。我要选择Ib小的TIA，Vos基本上都是mV级的，经过T型反馈放大后，完全不可用了呀

只看该作者 · 2023-1-6 08:11

50Hz会不会是你的电源的问题，像这么小的信号采集，一般都是用的线性电源，可以参考一下音频功放，那里有很多小信号的处理方式，还有就是信号采集建议用交流的方式，避免直流干扰

只看该作者 · 2023-1-10 13:39

binoo7 发表于 2023-1-6 08:11
50Hz会不会是你的电源的问题，像这么小的信号采集，一般都是用的线性电源，可以参考一下音频功放，那里有很 ...

目前运放用的都是LDO供电，电源的噪声实测都是在10mV以内

只看该作者 · 2023-1-10 14:26

louisluhw 发表于 2023-1-10 13:39
目前运放用的都是LDO供电，电源的噪声实测都是在10mV以内

不不，你没理解，是用线性电源，而不是开关电源

只看该作者 · 2023-1-11 16:44

目前看主要还是辐射引入的工频干扰，这边对放大部分进行屏蔽之后，干扰得到的明显的优化

只看该作者 · 2023-1-12 13:15

louisluhw 发表于 2023-1-11 16:44
目前看主要还是辐射引入的工频干扰，这边对放大部分进行屏蔽之后，干扰得到的明显的优化 ...

阻抗太高对空间的50Hz确实更加敏感，不是让用T型反馈网络的嘛，那样子阻抗就变小了，没能实现？

只看该作者 · 2023-2-12 13:33

1.漏电流是指在一个电路内，通过其阻抗抵抗绝缘，造成小量电流不能如预期那样完全通过设计电路而流入其它部位。在这个案例中，漏电流是指电源通过PCB板的阻抗，从而漏入信号线。信号线本身是不会漏到地上的。

2.绝缘阻抗与距离有关，但是不是完全相关。更准确地说，它与电路中绝缘材料，如绝缘涂层和绝缘壳体的质量有关，也与电路的布局和PCB板的厚度和尺寸有关。增加PCB板的厚度和宽度可以减小漏电流，但是挖铜是不能减小漏电流的。

3.绝缘阻抗量级是一个很难确定的指标，因为它受到许多因素的影响。一般来说，绝缘阻抗的量级是几十GΩ至几千GΩ。这是一个非常高的数值，表明绝缘阻抗在许多电子产品中是一个很难被忽略的因素。但是，在涉及到较低电流（例如nA级别）的电路中，漏电流的影响是非常显著的，因此绝缘阻抗的选择和控制是非常关键的。

关于FR4板材的漏电流及小信号采集问题

相关下载