Наступна схема - активний перетворювач струму на напругу з комутаційним посиленням.

Схематична

Не показано: Інвертуючий вхід утримується низько через 10K резистор, коли схема включена, але не використовується. Щоразу, коли проводиться вимірювання (включаючи калібрувальні вимірювання, де плаває ІН), цей резистор відключається.

Витрати на аналогові вимикачі та підсилювачі становлять +/- 11,5 В. Типовий діапазон VOUT становить від -10V до + 10V.

Призначення

Схема використовується для вимірювання струмів у діапазоні наноамп. Кілька мВ на виході є істотним. Постійні зсуви насправді не є проблемою, оскільки їх можна легко відкалібрувати, вимірявши вихідний сигнал з відкритим входом і віднісши його від наступних вимірювань.

Кожна плата має 6 або більше таких схем.

Компоненти

Вибраний підсилювач має дуже малі (<10 пА) зміщення вхідних струмів та зміщення вхідних струмів та дуже малу напругу зміщення (<1 мВ). Це AD8625AR .

SW1A і SW1B - це різні полюси одного і того ж CMOS-вимикача (ADG1236). Вони перемикаються разом, щоб вибрати резистор зворотного зв'язку, який визначає коефіцієнт посилення перетворювача. Максимальний струм витоку - 1 нА на штифтах джерела та зливу, увімкнено та вимкнено. Не показаний перемикач (для утримування інвертувального входу через резистор 10 К) має аналогічні показники. Типовий струм витоку дуже малий (<0,1nA).

Проблема

Проблема, яка у мене виникає, полягає в тому, що в деяких партіях плати деякі (або всі) ці схеми мають великі зміщення, які повільно розпадаються при включенні. Однак більшість дощок ідеально стійкі в усі часи, з невеликими зміщеннями.

Типовий зсув VOUT з плаваючим IN становить <1 мВ. На постраждалих дошках зсув може досягати 120 мВ.

Коли включені дошки увімкнені, зсув повільно (через години днів) стабілізується до ~ 5 мВ. Після вимкнення живлення зміщення знову накопичується, тому при включенні живлення через пару днів відключення знову стає високим.

Кожна плата має купу цих схем на ній. У першій партії з 5 дощок усі вони постраждали. У наступній партії ніхто не постраждав. В останній партії на кожній платі є одне зачеплене ланцюги, і це не завжди одна.

У гіршому випадку максимальний струм витоку всіх аналогових комутаторів склав би 1,2nA, що призведе до зміщення 12 мВ при найвищій настройці посилення, тому я не думаю, що це може спричинити всі зміщення, які я бачу.

Звідки ще могло надходити напруга зміщення? Чи є загальний дефект дошки, який може спричинити подібну поведінку?

Пара теорій тут:

• Наскільки впевнені, що джерела живлення піднімаються симетрично?
  Якщо одна рейка підійде до іншої, у вас може виникнути ненульові вихідні напруги від підсилювача на дуже короткий проміжок часу.
• Ви реалізували всі практики компонування PCB, необхідні для таких високих опорів? Як мінімум, вам знадобляться охоронні кільця на всіх вузлах надвисокого опору.
  Національний (зараз TI) LMC6082 лист даних добре обговорює, що потрібно, щоб отримати струми витоку плати досить низькі, щоб не виникнути проблем.

Це, ймовірно, не стосується можливості виникнення проблем з диелектричним вимиванням, про що йдеться у відповіді @ RocketSurgeon.
Хорошим і простим способом перевірити його відповідь було б відпаяти одну з кришок на поганій дошці і повернути її назад. Якщо зміщення буде перевернуто в інший бік, це питання діелектричного всмоктування (оскільки стійкий заряд у кришці матиме єдину полярність). Якщо напруга зміщення не змінюється, проблема не в конденсаторі.

Одне, що я не бачу в проблемі діелектричного всмоктування, що пояснює, чому заряд, здається, повертається, коли ланцюг не працює, і відходить, коли живиться. Оскільки елемент, який розряджає конденсатор, безперервно з'єднаний через ковпачок (наприклад, C1 || R2, C2 || R1), внесок будь-якого струму, що витікає з ковпачка, повинен бути постійним і не впливати на напругу живлення.

Єдине, що мені спадає на думку, - це те, що десь є щось гігроскопічне, і воно вводить зміщений струм. Коли ви живите дошку, вона нагрівається і виганяє вологу з часом. Вимкніть дошку, і вона починає розсмоктувати вологу.

Один коментар, який я маю, - це я не розумію, чому у вас є і SW1A, і SW1B. Ви можете повністю утилізувати SW1B. Просто зв’яжіть обидві пари R / C разом, і до виходу підсилювача. Коли вибрано один із наборів кришки / резистора, інший просто повільно розрядиться. Поки один кінець плаває (що досягається SW1A), напруга на іншому кінці не має значення.

Теорія 1. Замочування. Це діелектричний ефект поглинання. AKA soakage . Джерело енергії - це заряд конденсаторів, який здійснюється від тестувальної установки виробника конденсатора. Плівкові конденсатори протягом декількох хвилин випробовували високу напругу на заводі, потім закривали та зберігали з відкритими відводами.

Протягом декількох місяців залишкова поглинена енергія (не обов'язково заряд, але також може бути механічним старінням / сушінням / відстоюванням) відпливає зсередини діелектричних шарів до пластин. Швидкість може бути дуже повільною, скажімо, постійна часу поліпропілену множиться на тисячі (кілька років для повного розряду).

Цей ефект недостатньо вивчений. Це впливає лише на екстремальні схеми, як у вас, із пластиковими ковпачками та TeraOhm opamps. Найкращий звіт про ефект робиться Боб Пісом з Nat Semi, коли він працював з тефлоновими та pA струмами.

Вилікувати це може тимчасовий вплив джерела гамма-випромінювання без напруги протягом декількох годин, щоб розсіяти всі поглинені заряди без фізичного контакту з частинами.

Ще один метод - це відключення «Старіших» конденсаторів, які зберігалися на кілька місяців довше. Порівняйте дати заглушок від хорошої та поганої партії. Б'юсь об заклад, що старші конденсатори краще.

Або, замовляючи ковпачки, запитайте ті, що зберігалися ближче до відкритого вікна протягом літнього часу. Або покладіть зібрані нежиті дошки на суху електропровідну антистатичну килимок і нагрійте до 150 ° С протягом години (якщо тільки чистота контуру ПА не забороняє подібних маніпуляцій).

Теорія 2. Індукований термопарою струм. Струм трехпарень може бути викликаний різницею температур поперек стику двох різних металів. Щоб дізнатись, чи це він, занурте дошку в перемішану масляну ванну і порівняйте продуктивність з такою на вільному повітрі.