ADI早已涉足小数点后15位的电流测量无人区

小数点后15位的世界，是片了无人烟的区域。其实早在三十年前，ADI便已涉足了这片无人区，以推出飞安级偏置电流运算放大器的方式；而今，ADI的开拓更进一步，再次在小数点后15位的无人区深处竖起了一面旗……

现实生活中电子设备的电流处于什么样的水平？从下图中我们可窥一斑

从毫安到微安再到皮安，随着电子技术的发展，以及对低功耗的需求，电子设备的电流水平有往小发展的趋势，而如何精确测量出微弱电流，则成了一道避不开的难题。为了测量出pA等级的电流，我们必须踏入小数点后15位（fA等级）的世界。

测量微弱电流偏置电流成拦路虎

当输入端开路时，理想电流计的读数应当为零。然而，实际的电流计在输入端开路时的确有一些小的电流。这些电流是由有源器件的偏置电流以及流过仪器内部的绝缘子的泄漏电流所引起的。

试想一下，待测电流小到1pA，而构成电流计的器件之一——运算放大器的偏置电流却达到100pA（其实这已是非常小的偏置电流了），我们还能愉快地测出待测电流大小吗？当然不行，因为信号（待测电流）已被误差电流（偏置电流）掩盖，除非我们能将偏置电流控制在fA水平。

于是在测量微弱电流的应用中，偏置电流成了拦路虎；而打倒这个拦路虎，则是ADI放大器工程师们追求的目标之一，他们已为该目标持续奋斗了数十年。

鱼（低偏置电流）和熊掌（高ESD防护等级）不可兼得？ADI用创新设计举出反例！

在ADI低偏置电流放大器系列产品中，推出已有三十年之久的旗舰产品AD549采用J-FET工艺，但为了实现偏置电流最大60fA的指标，芯片内部没有ESD二极管，导致AD549的ESD防护等级比较低，这给用户带来了一定的设计障碍；而后续推出的另一款放大器AD462同样采用了J-FET工艺，内部虽然增加了ESD二极管用来保护放大器，但二极管的引入却使得偏置电流恶化到10pA。

Q

在提高ESD防护等级的同时，如何Hold住偏置电流？

A

ADI的创新设计使鱼和熊掌可以兼得。

ADI推出的ADA4530采用偏置电流相对较小的CMOS工艺，但为提升ESD防护等级，加入了若干二极管，这些二极管将其ESD防护等级提升至4000V。为了Hold住随之提高的偏置电流，ADI的工程师采用了一种特殊电路。如下图所示，引入了一个缓冲器，这个缓冲器会强制D1、D2、D3、D4两端的电压相等，而二极管两端的电压如果一样，就不会有电流流过二极管。ADI的工程师通过这种特殊设计，规避了引入ESD二极管导致的偏置电流升高的问题，使得ADA4530在拥有超低偏置电流的同时，ESD防护性能优异。

既不偏科还有特长ADA4530新晋超低偏置电流放大器扛把子

AD549是ADI最早推出的超低偏置电流放大器，其偏置电流低至60fA。这款产品一经推出，立刻成为超低偏置电流放大器的标杆，至今三十年仍被广泛用于微弱电流的测量应用中。可以说早在三十年前，ADI便在小数点后15位的无人区插上了一面旗。而新近推出的ADA4530，将偏置电流降低至20fA，一举成为超低偏置电流放大器的新标杆。在小数点后15位的无人区，ADI再次竖起了一面旗。

ADA4530运算放大器在125℃时的输入偏压电流是250fA，是竞品的1/20；在85℃时降至20fA，为竞品的1/50。而且，ADA4530还是目前唯一一款能够在室温至85℃范围内保持最大20fA输入偏置电流的运算放大器，也是唯一一款在室温至125℃范围内通过最大250fA偏置电流生产测试的放大器！且其ESD防护等级高达4000V，彻底解决了因ESD防护等级低而带来的设计不便的问题。

值得一提的是，ADA4530在25℃下偏置电流的典型值低至0.1fA！电流的定义是每秒钟流过横切面的电子个数，而一个电子带电量大概是1.6乘以10的负19次方，若把0.1fA转化为电子数，也就是说，在室温条件下，ADA4530每秒钟的泄漏电子仅为624个。

ADI合作伙伴打造的皮安级评估套件助力AD549到ADA4530实现完美切换

为了便于用户评估微弱电流信号检测转换，ADI合作伙伴——世健国际贸易(上海)有限公司设计打造了皮安级电流计量评估套件。该评估套件基于ADA4530，采用模块化设计，既可以单独评估ADA4530性能，也可以用来评估整体系统的性能。同时，该评估套件采用USB供电，可直接与实际仪器对接使用。

该评估套件包括电流输入转换板、电压输入转换板、引脚转换板和数据采集板部分：

• 电流输入转换板关键元件采用插拔式设计，用户可以根据实际需要安装1M-1G反馈电阻和不同型号的光电传感器；

• 电压输入转换板对应电压输入时需要运放非常高的输入阻抗，可用于自动滴定仪和高阻抗电压型传感器中；

• 数据采集板采用超低噪声的供电电路，同时采用USB供电和数据传输；

• 引脚转换板采用ADA4530，板上的管脚按照AD549的管脚做了兼容化设计。板上集成电源转换芯片，将AD549使用的+/-15V电源转换成ADA4530支持的+/-5V。

用户使用AD549时会对负输入管脚做悬空式连接来降低电路板到输入管脚的漏电流，在引脚转换板上这一设计也得到了继承，用户可以直接在原先使用AD549的产品上直接评估ADA4530的效果。另外，世健还设计了专业的分析软件，可以观察探测器所测量的数据谱图及直方图，计算统计数据的最大值、最小值、平均值和标准方差等，并且可以另存为Excel文档进行分析。