Sirkuit berikut adalah konverter arus aktif ke voltase dengan penguatan switchable.

Skema

Tidak diperlihatkan: Input pembalik ditekan rendah melalui resistor 10K saat sirkuit dinyalakan tetapi tidak digunakan. Setiap kali pengukuran sedang dilakukan (termasuk pengukuran kalibrasi di mana IN mengambang), resistor itu terputus.

Persediaan pada sakelar dan opamp analog adalah +/- 11,5 V. Kisaran VOUT tipikal adalah antara -10V dan + 10V.

Tujuan

Rangkaian ini digunakan untuk mengukur arus dalam rentang nanoamp. Beberapa mV pada output signifikan. Offset konstan tidak benar-benar masalah, karena mereka dapat dengan mudah dikalibrasi dengan mengukur output dengan input terbuka dan mengurangkannya dari pengukuran selanjutnya.

Setiap papan memiliki 6 atau lebih dari sirkuit ini.

Komponen

Op amp yang dipilih memiliki arus input offset dan bias yang sangat kecil (<10 pA) dan tegangan offset yang sangat kecil (<1 mV). Ini adalah AD8625AR .

SW1A dan SW1B adalah kutub yang berbeda dari saklar CMOS yang sama (ADG1236). Mereka beralih bersama untuk memilih resistor umpan balik, yang menentukan keuntungan konverter. Arus bocor maksimum adalah 1 nA pada pin sumber dan tiriskan, hidup atau mati. Sakelar yang tidak ditampilkan (untuk menahan masukan pembalik rendah melalui resistor 10K) memiliki kinerja yang serupa. Arus kebocoran tipikal sangat kecil (<0,1 nA).

Masalah

Masalah yang saya alami adalah bahwa dalam beberapa batch papan, beberapa (atau semua) sirkuit ini memiliki offset besar yang membusuk secara perlahan saat dinyalakan. Namun, sebagian besar papan sangat stabil setiap saat, dengan offset kecil.

Offset tipikal pada VOUT dengan IN floating adalah <1 mV. Pada papan yang terserang, offset bisa setinggi 120 mV.

Ketika papan yang terkena dihidupkan, offset akan perlahan (setelah berjam-jam hari) stabil ke ~ 5 mV. Setelah daya dilepas, offset terakumulasi lagi, jadi ketika dinyalakan setelah beberapa hari mati, tinggi kembali.

Setiap papan memiliki banyak sirkuit di atasnya. Dalam batch pertama dari 5 papan, semuanya terpengaruh. Dalam batch berikutnya, tidak ada yang terpengaruh. Dalam batch terbaru, setiap papan memiliki satu sirkuit yang terpengaruh, dan tidak selalu sama.

Pada kasus terburuk, arus bocor maksimum dari semua sakelar analog adalah 1,2nA, menghasilkan offset 12 mV pada pengaturan penguatan tertinggi, jadi saya tidak berpikir itu bisa menjelaskan semua offset yang saya lihat.

Di mana lagi tegangan offset berasal? Apakah ada cacat papan umum yang akan menghasilkan perilaku semacam ini?

Beberapa teori di sini:

• Seberapa yakin catu daya Anda datang secara simetris?
  Jika satu rel muncul sebelum yang lain, Anda mungkin memiliki tegangan keluaran non-nol dari op-amp untuk periode waktu yang sangat singkat.
• Sudahkah Anda menerapkan semua praktik tata letak PCB yang diperlukan untuk impedansi tinggi seperti itu? Minimal, Anda akan membutuhkan cincin pengaman di semua node impedansi sangat tinggi. Lembar data LMC6082
  Nasional (Sekarang TI) memiliki diskusi yang baik tentang apa yang diperlukan untuk mendapatkan arus kebocoran papan yang cukup rendah untuk tidak menjadi masalah.

Ini kemungkinan tidak akan membahas kemungkinan bahwa Anda memiliki masalah perendaman dielektrik, seperti yang dibahas dalam jawaban @ RocketSurgeon.
Cara yang baik dan mudah untuk menguji jawabannya adalah dengan memasang salah satu tutup pada papan yang buruk, dan membalikkannya. Jika offset dibalik ke arah lain, ini merupakan masalah perendaman dielektrik (karena muatan tahan di tutup akan memiliki polaritas tunggal). Jika tegangan offset tidak berubah, masalahnya bukan kapasitor.

Satu hal yang saya tidak melihat masalah soelage dielektrik menjelaskan adalah mengapa muatan tampaknya kembali ketika sirkuit tidak berdaya, dan pergi ketika dihidupkan. Karena elemen yang melepaskan kapasitor dihubungkan secara terus-menerus melintasi tutup, (misalnya C1 || R2, C2 || R1), kontribusi dari setiap arus yang bocor dari tutup harus konstan, dan tidak terpengaruh oleh tegangan suplai.

Satu-satunya hal yang terlintas dalam pikiran saya adalah ada sesuatu yang higroskopis di suatu tempat, dan menyuntikkan arus offset. Saat Anda memberi daya pada papan, itu akan menghangat, dan mengusir kelembapan seiring waktu. Matikan papan, dan mulai menyerap kelembaban.

Satu komentar saya miliki adalah saya tidak melihat mengapa Anda memiliki baik SW1A, dan SW1B. Anda sepenuhnya dapat membuang SW1B. Ikat kedua pasangan R / C bersama-sama, dan ke keluaran op-amp. Ketika salah satu dari set cap / resistor dipilih, yang lain hanya akan secara perlahan melepaskan. Selama salah satu ujungnya mengambang (yang dicapai oleh SW1A), tegangan di ujung lainnya tidak relevan.

Teori 1. Kebocoran. Ini adalah efek penyerapan dielektrik. Perendaman AKA . Sumber energi adalah muatan kapasitor yang dibawa dari pengaturan pengujian pabrik kapasitor. Kapasitor film telah diuji dengan voltase tinggi selama beberapa menit di pabrik, kemudian dicharged dan disimpan dengan lead terbuka.

Lebih dari beberapa bulan sisa energi yang diserap (tidak harus menjadi muatan, tetapi dapat juga berupa penuaan mekanik / pengeringan / pengendapan) melayang dari dalam lapisan dielektrik ke pelat. Kecepatannya bisa sangat lambat, katakanlah konstanta waktu polipropilen dikalikan ribuan (beberapa tahun untuk pelepasan penuh).

Efek ini kurang dipelajari. Ini hanya mempengaruhi sirkuit ekstrim seperti milik Anda dengan tutup plastik dan opamp TeraOhm. Laporan efek terbaik dilakukan oleh Bob Pease dari Nat Semi ketika ia bekerja dengan arus teflon dan pA.

Obat untuk ini dapat paparan sementara sirkuit tidak berdaya untuk intensitas sedang sumber radiasi Gamma selama beberapa jam untuk menghilangkan semua biaya yang diserap tanpa kontak fisik ke bagian.

Metode lain, adalah bying kapasitor "Lama", yang disimpan selama beberapa bulan lebih lama. Bandingkan tanggal tutup dari batch baik vs buruk. Saya yakin batch kapasitor yang lebih tua lebih baik.

Atau, ketika memesan topi, tanyakan yang disimpan lebih dekat untuk membuka jendela selama musim panas. Atau letakkan papan yang tidak berdaya pada alas antistatik konduktif kering dan panaskan ke 150C selama satu jam (kecuali kebersihan sirkuit pA melarang manipulasi seperti ini).

Teori 2. Thermocoupling diinduksi saat ini. Arus pelipatan daya dapat disebabkan oleh perbedaan suhu di persimpangan dua logam yang berbeda. Untuk mengetahui apakah benar, rendam papan ke dalam bak minyak yang diaduk dan bandingkan kinerjanya dengan yang ada di udara bebas.