第1部分定義并描述了承載這些低電流的設(shè)計(jì)，解釋了設(shè)計(jì)這些電路時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，并研究了屏蔽和防護(hù)方法的應(yīng)用。在第 2 部分中，將研究元件選擇如何影響低泄漏電路的性能，并討論噪聲如何滲透到低泄漏設(shè)計(jì)中。 元件效應(yīng)電阻器高阻抗電路本質(zhì)上涉及使用高阻值電阻器。值范圍從數(shù)百千歐到數(shù)百兆歐，甚至高達(dá)數(shù)十兆歐。

玻璃封裝的多千兆電阻器 除了我們預(yù)期的正常電阻誤差、熟悉的容差和溫度系數(shù) (tempco) 之外，這些電路中還有其他重要的誤差。

大電阻會(huì)產(chǎn)生大量噪聲。約翰遜先生喜愛(ài)的熱方程1在求解這些非常大的電阻值時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的數(shù)字。

10Meg 電阻器僅在 1Hz 帶寬內(nèi)產(chǎn)生 2.4μVp-p 的噪聲。

1Gigohm 電阻器僅在 1Hz 帶寬下即可產(chǎn)生 24μ Vp-p 噪聲。

圖 2. 電阻器熱噪聲

獲得室溫 (25°C) 下粗略 nV/Hz RMS 電阻噪聲的快速方法是將電阻的平方乘以 0.13（或 0.128299）。

電阻器噪聲，單位為 nVrtHz = 0.13 * sqrt(R)（將 RMS 乘以 6 以獲得 Vpp）。

在大多數(shù)情況下，會(huì)發(fā)現(xiàn)噪聲大于預(yù)期的信號(hào)電平。將測(cè)量帶寬限制在所需的范圍內(nèi)非常重要。每增加一赫茲的帶寬只會(huì)增加更多的噪聲。

用于構(gòu)建高阻值電阻器的特殊材料也會(huì)增加額外的噪聲，從而增加理論噪聲。發(fā)現(xiàn)噪聲略高于電阻值計(jì)算值的情況并不罕見(jiàn)。

電阻器還可以具有顯著的并聯(lián)電容。典型的 1/4 瓦電阻可以與電阻并聯(lián) 0.15pF 至 0.5pF。在處理高阻抗時(shí)，每個(gè) pF 都很重要，尤其是對(duì)于高值反饋網(wǎng)絡(luò)。

減少串聯(lián)電容的一種技巧是使用串聯(lián)的多個(gè)電阻器而不是一個(gè)電阻器。通過(guò)這種方式，電容雜散被串聯(lián)放置。

如果一個(gè)10Meg電阻為0.2pF，則串聯(lián)兩個(gè)5Meg電阻為0.1pF，五個(gè)2Meg電阻為0.04pF，十個(gè)1Meg電阻為0.02pF。超過(guò)五個(gè)正在陷入收益遞減。電阻器應(yīng)端到端焊接，并全部放置在電路板上方以獲得最佳效果。兩個(gè)或三個(gè)表面貼裝電阻器可以垂直安裝在同一焊盤(pán)上。

高值電阻器還可以具有電壓系數(shù)，其中電阻值隨著電阻器兩端的電壓增加而變化。這在高電壓 (>100V) 下最為明顯，對(duì)于小信號(hào)反饋電阻器來(lái)說(shuō)通常不是一個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儍啥说碾妷悍浅５突驗(yàn)榱恪?/p>

一些電阻器，特別是多吉?dú)W表面安裝類(lèi)型，是由特殊的基板材料制成的，可能需要銀焊料或其他特殊的焊接預(yù)防措施。仔細(xì)檢查電阻器數(shù)據(jù)表，并閱讀制造商的應(yīng)用說(shuō)明。

請(qǐng)勿觸摸高值電阻器的本體，并且只能小心地處理引線，以防止電阻器本體表面沾上人體油脂。這些電阻器還可能具有薄薄的保護(hù)性硅膠涂層，以密封必須受到保護(hù)的濕氣。如果需要操作電阻體，建議戴手套。阻值數(shù)千吉?dú)W的電阻器通常封裝在玻璃體中，以減少泄漏并保護(hù)元件。再次，請(qǐng)仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)表中的任何警告或特殊處理和清潔說(shuō)明。

電容 電容

有兩種類(lèi)型：有意的和無(wú)意的。

“有意”電容器是有意放置在電路中的電容器，

“無(wú)意”電容器是沒(méi)有放置在那里但自然地懸掛在電路的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電容器。

這些無(wú)意的電容器被稱為“雜散”，因?yàn)槿魏蚊鎸?duì)另一個(gè)導(dǎo)體的導(dǎo)體都是電容器。

由于低電流測(cè)量通常涉及超高阻抗（>Gohm），因此器件和雜散電路電容的影響非常普遍且不容忽視。幾 pF 的雜散電容，在“正常”電路中通常人們不會(huì)考慮，但在高阻抗電路中可能會(huì)成為一大麻煩。數(shù)吉?dú)W和皮法世界中的時(shí)間常數(shù)可以達(dá)到秒，甚至分鐘。

元件和雜散電容通常決定電路的最終帶寬，而不是放大器的帶寬。因此，如果需要任何帶寬，最大限度地減少雜散電容至關(guān)重要。

電容器“浸泡”或介電吸收

電容器“浸泡”或介電吸收是一種電容器，似乎能夠在放電后“記住”之前充電到的電壓。

人們可以將浸泡模型視為與主電容器并聯(lián)的具有非常大串聯(lián)電阻的第二電容器。

圖 4. 電容器浸泡模型

由于串聯(lián)電阻的原因，簡(jiǎn)單地短接主 1uF 電容器并不能完全使“并聯(lián)”電容器完全放電。然后并聯(lián)電容器通過(guò)串聯(lián)電阻緩慢地對(duì)主電容器重新充電。結(jié)果是主電容器開(kāi)路電壓緩慢上升到接近原始充電電壓的值。 由于低電流電路中通常使用高阻抗，因此這種效應(yīng)可能是測(cè)量中的一個(gè)明顯部分，特別是在采樣和保持、集成電容器，甚至某些絕緣材料的電容中。 電介質(zhì)或絕緣體的類(lèi)型和質(zhì)量決定了滲透量。特氟隆和多晶硅電容器非常好，而鉭、陶瓷和大多數(shù)電解電容器可能很差。即使是其他材料，例如印刷電路板、連接器和絕緣體也可能具有這些吸收效應(yīng)。聚四氟乙烯和各種多晶硅電容器位居吸收最低的榜首，鉭、云母和陶瓷的吸收最高。 節(jié)點(diǎn)閑置時(shí)應(yīng)接地或保持在最低電位，以盡量減少電介質(zhì)吸收。閑置時(shí)應(yīng)將電容器與小阻值電阻短接。

避免在測(cè)量節(jié)點(diǎn)上長(zhǎng)時(shí)間保持大電壓，并且不要讓積分器長(zhǎng)時(shí)間“跟蹤”。 運(yùn)算放大器輸入偏置電流效應(yīng)運(yùn)算放大器的“偏置電流”通常是需要克服的第一個(gè)障礙，并且可能是高阻抗電路中的主要誤差電流。溫度和輸入電壓的影響也不容忽視。每個(gè)運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)表都提到了偏置電流規(guī)格。但它是什么以及為什么如此重要？運(yùn)算放大器的輸入設(shè)備主要分為三種類(lèi)型：雙極結(jié)型晶體管 (BJT)、結(jié)型 FET（或 JFET）和 CMOS MOSFET 器件。 雙極輸入的偏置電流是輸入晶體管的基極電流。 雙極偏置電流值的范圍從極高速雙極器件的幾微安到較慢的精密器件的納安。

由于雙極輸入器件很少用于亞皮安電流應(yīng)用，因此我們將主要關(guān)注 JFET 和 MOSFET 器件。

JFET 的偏置電流遠(yuǎn)低于雙極晶體管，但柵極仍然是 PN 結(jié)，并且具有反向偏置二極管的漏電特性。JFET 器件（如流行的 LF4xx 或 TL0xx 系列）的偏置電流范圍低至數(shù)十皮安至數(shù)百飛安。 CMOS MOSFET 器件的柵極通過(guò)一層薄薄的氧化物（就像一個(gè)小玻璃窗）與溝道絕緣。CMOS 器件的泄漏通常在幾十飛安到幾乎不可估量。 然而，對(duì)于 CMOS 運(yùn)算放大器，柵極電流只是 CMOS 運(yùn)算放大器輸入引腳上常見(jiàn)的“偏置電流”的一小部分。 形成柵極絕緣體的氧化物“玻璃”只有幾埃厚，很容易因過(guò)電壓（有時(shí)低至 10V）而破裂。如果設(shè)備要在現(xiàn)實(shí)世界中生存，就需要一些保護(hù)。

圖 5. 輸入保護(hù)二極管 為了防止氧化物破裂，每個(gè)輸入都有兩個(gè) ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu)（“二極管”）；一根連接至 V+，一根連接至 V-，以將任何多余的輸入電壓鉗位至電源線。

圖 6. 二極管泄漏取消 這些 ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu)確實(shí)會(huì)泄漏，但兩種結(jié)構(gòu)的泄漏程度相同，并且泄漏到相反的電源線，因此最終結(jié)果是泄漏電流往往會(huì)在輸入引腳處抵消。嚴(yán)格的工藝控制和仔細(xì)的布局允許在室溫下將芯片上的結(jié)構(gòu)漏電流匹配到幾飛安以內(nèi)。這對(duì)于外部分立二極管來(lái)說(shuō)幾乎是不可能做到的。 但由于沒(méi)有什么是完美的，這兩種結(jié)構(gòu)之間總是存在輕微的不匹配。因此，在輸入引腳上看到的“偏置電流”主要是 ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu)的泄漏以及芯片或封裝的任何雜散泄漏的差異。 由于這些 ESD 結(jié)構(gòu)基本上都是二極管，因此它們的泄漏曲線在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都遵循二極管的泄漏曲線。隨著二極管變熱，泄漏增加。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，CMOS 運(yùn)算放大器的偏置電流大約每升高 10°C 就會(huì)增加一倍。因此，25°C 時(shí)的 2fA 電流在 125°C 時(shí)應(yīng)變?yōu)榇蠹s 2pA。

圖 7. LMC6001 偏置電流隨溫度變化的示例 實(shí)際上，這條經(jīng)驗(yàn)法則主要在較高工作溫度（高于 40°C）下是正確的，而在較低溫度下，由于內(nèi)部芯片走線和封裝泄漏成為理論電流的較大部分，曲線會(huì)出現(xiàn)偏差，如圖所示如圖 7 所示。 由于偏置電流是兩個(gè) ESD 二極管之間的平衡，因此這會(huì)在 VCM 范圍中間（中間電源）產(chǎn)生一個(gè)低電流“最佳點(diǎn)”，電流在此抵消。

圖 8. 共模和溫度范圍內(nèi)的偏置電流示例 (LMC6001) 請(qǐng)注意曲線如何隨溫度變化而圍繞 2.5V 變化。始終嘗試設(shè)計(jì)電路，使輸入電壓位于輸入電壓范圍的中心附近，以實(shí)現(xiàn)最低的偏置電流和溫度影響。 當(dāng)輸入電壓達(dá)到電源的 1-2V 范圍內(nèi)時(shí)，偏置電流將開(kāi)始緩慢上升，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)二極管開(kāi)始被夾斷并且失去平衡。 輸入電阻關(guān)于術(shù)語(yǔ)“輸入電阻”的簡(jiǎn)單介紹，因?yàn)樗m用于 JFET 和 MOSFET 運(yùn)算放大器。這有點(diǎn)用詞不當(dāng)。人們很容易將輸入視為高電阻，通常在吉?dú)W到太歐范圍內(nèi)。但認(rèn)為運(yùn)算放大器的輸入看起來(lái)純電阻是有風(fēng)險(xiǎn)的，而實(shí)際上它更像是雙向電流源。偏置電流可以流出或流入源電路，從而導(dǎo)致正向和負(fù)向誤差。 正如在前面的圖表中所看到的，該電流可以根據(jù)共模、溫度甚至器件之間的變化來(lái)改變方向。運(yùn)算放大器提供給源的“負(fù)載”既不是固定值也不是單向的。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)將輸入偏置電流誤差視為隨機(jī)雙向電流，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來(lái)適應(yīng)這些變化（偏移調(diào)整微調(diào)、調(diào)零檢查等）。 關(guān)于“輸入電阻”的另一個(gè)假設(shè)是它在頻率范圍內(nèi)保持恒定。它不是。太歐姆輸入電阻值僅適用于直流電。在除直流以外的任何頻率下，“輸入電阻”現(xiàn)在是總輸入電容的阻抗。直流時(shí)的“阻抗”可能是太歐姆，但如果輸入電容很高，則在 1KHz 時(shí)可能會(huì)下降到較低的兆歐姆。

在交流頻率下，您將與輸入電容作斗爭(zhēng)。 當(dāng)使用 CMOS 或 JFET 放大器時(shí)，通常不需要與雙極器件一起使用的第二個(gè)“偏置電流消除”電阻器，它只會(huì)增加系統(tǒng)噪聲。 抵消偏置電流或泄漏在某些情況下，有必要抵消偏置電流或泄漏的影響。 最常見(jiàn)的強(qiáng)力解決方案是偏移電路參考電壓以消除或“清零”誤差。但是，當(dāng)無(wú)法進(jìn)行基線偏移時(shí)（如積分器的情況），會(huì)發(fā)生什么？首先想到的電路可能是從輸入到可調(diào)電壓源的一個(gè)大電阻，就像“正常”電流電路中通常所做的那樣來(lái)補(bǔ)償用于偏移量。這可以工作，但輸入阻抗會(huì)降低，并且大電阻器的額外噪聲會(huì)添加到輸入中（加上任何電流噪聲貢獻(xiàn)），并且在低電流下，這些電阻器可能會(huì)變得相當(dāng)大。 還有更好的方法。每個(gè)電路和設(shè)計(jì)都是獨(dú)特的，但有一些基本電路可以進(jìn)行調(diào)整以供使用。

如果使用驅(qū)動(dòng)保護(hù)，則可以向保護(hù)電壓添加正或負(fù)偏移以補(bǔ)償泄漏。僅建議將基線“微調(diào)”一兩個(gè)百分點(diǎn)。 如果無(wú)法抵消防護(hù)裝置，則可以使用“探針”或偽防護(hù)裝置。這是故意將電極或跡線放置在靠近輸入跡線的位置，并驅(qū)動(dòng)至某個(gè)電位以抵消泄漏。然后探頭或跡線“泄漏”通過(guò)介質(zhì)并進(jìn)入輸入跡線，抵消泄漏。 如果泄漏來(lái)自某一特定源（例如印刷電路板），則保護(hù)抵消或“探測(cè)”技術(shù)是自補(bǔ)償?shù)模矗绻孤╇娏饔捎跍囟然驖穸榷黾樱瑒t補(bǔ)償電流也會(huì)增加）。多個(gè)來(lái)源的綜合泄漏更難以補(bǔ)償。 還可以在輸入和小可調(diào)電位（幾毫伏）之間使用反向偏置二極管。可調(diào)電壓允許用戶精確控制輸入中的二極管“泄漏”量。然而，這可能會(huì)給輸入帶來(lái)一些額外的噪聲和可變電容。優(yōu)點(diǎn)之一是“泄漏”將遵循二極管溫度系數(shù)曲線，最適合抵消半導(dǎo)體器件造成的泄漏。通常可以使用二極管連接的晶體管來(lái)代替二極管，以降低泄漏。 噪聲源外部噪聲可以通過(guò)多種方式引入電路中。

靜電耦合靜電耦合通常是將噪聲引入高阻抗電路的最常見(jiàn)方式。 靜電耦合可以被認(rèn)為是長(zhǎng)距離電容耦合。輻射表面或?qū)w包括電容器的一個(gè)極板，并且電路節(jié)點(diǎn)成為電容器的第二個(gè)極板。即使是幾分之一皮法的等效電容也可以將重要信號(hào)耦合到敏感的高阻抗節(jié)點(diǎn)。

圖 9. 靜電耦合模型

如果干擾（例如電源線噪聲）隨著你的手靠近電路而增加，并且隨著您接觸地面而減少，則說(shuō)明正在遭受靜電耦合。 靜電耦合最常見(jiàn)的效應(yīng)是“鄰近”效應(yīng)，或者敏感電路“看到”你的手在幾厘米外移動(dòng)的能力，或者“天線”效應(yīng)，其中電路可以“感知”另一個(gè)信號(hào)（功率）線路噪聲）從遠(yuǎn)處。 為了解釋這一點(diǎn)，我們必須看看電容變化率公式。

i = Δv/Δt * C

對(duì)于給定的電荷，電容的任何變化都會(huì)引起電流的變化。或者，對(duì)于給定的電容，任何電壓變化都會(huì)導(dǎo)致電流變化（Δt 永遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)時(shí)停止）。因此，任何物理移動(dòng)（改變電容）或具有變化電壓（波動(dòng)信號(hào)）的導(dǎo)體都會(huì)通過(guò)靜電“電容器”將電流感應(yīng)到電路中。因此，附近運(yùn)行的導(dǎo)體要么物理振動(dòng)，要么包含波動(dòng)電壓，可能會(huì)將噪聲耦合到高阻抗電路中。由于這種效應(yīng)，當(dāng)燈具移動(dòng)時(shí)，松動(dòng)且未屏蔽的電源線也會(huì)導(dǎo)致輸出“擺動(dòng)”。 幸運(yùn)的是，這是最容易解決的噪音問(wèn)題之一。避免靜電耦合所需要做的就是在這兩個(gè)“板”之間插入一個(gè)堅(jiān)固的第三個(gè)“板”以中斷靜電路徑。

圖 10. 解決靜電耦合問(wèn)題

將輸入級(jí)包圍在導(dǎo)電“繭”中將消除大部分靜電耦合。屏蔽層不必是含鐵的，但至少是導(dǎo)電的。 靜電耦合的另一個(gè)副作用是高增益應(yīng)用中的輸入到輸出振蕩，其中輸入電路可以“看到”增益后的輸出信號(hào)導(dǎo)體。輸入可以感測(cè)輸出的移動(dòng)并產(chǎn)生正反饋，類(lèi)似于 PA 系統(tǒng)麥克風(fēng)反饋“嘯叫”。輸入走線應(yīng)始終與輸出信號(hào)線屏蔽。 需要注意的是：如果你使用一大片薄鋁箔或銅箔來(lái)屏蔽電路，請(qǐng)注意你可能會(huì)無(wú)意中創(chuàng)建靜電麥克風(fēng)。大而薄的區(qū)域會(huì)因聲波或機(jī)械擾動(dòng)而振動(dòng)，并在這些表面振動(dòng)時(shí)相反地調(diào)制雜散電容 (Δc)。這種“麥克風(fēng)”可以調(diào)制低頻噪音，例如空調(diào)的隆隆聲，處理噪音和腳步聲，甚至是聲音。確保任何大的表面區(qū)域足夠厚、足夠硬或足夠阻尼，以最大限度地減少振動(dòng)。 電磁耦合我們最熟悉的是電磁耦合。這就是“變壓器”效應(yīng)，穿過(guò)導(dǎo)體的磁場(chǎng)會(huì)在該導(dǎo)體上產(chǎn)生電流。這種耦合可以是來(lái)自電源變壓器或射頻發(fā)射器的雜散磁通的“嗡嗡聲”形式。開(kāi)關(guān)電源可以將高頻磁通“噴射”到附近的導(dǎo)體中——即使它們是電屏蔽的。這是最難消除的影響。 最常見(jiàn)的影響是電源線“嗡嗡聲”，它似乎對(duì)位置敏感，因?yàn)槲宋寺暤姆入S著電路板的移動(dòng)而變化。常見(jiàn)的解決方法是將輸入和返回導(dǎo)體絞合在一起，以便消除感應(yīng)電流，但這對(duì)于同軸或三軸電纜或其他單端不平衡導(dǎo)體來(lái)說(shuō)可能是不可能的。

電磁耦合更難以消除，可能需要使用特殊的屏蔽材料（鋼、高導(dǎo)磁合金），或者重新定位垂直于磁通的電路以最大限度地減少拾取。 接地環(huán)路更加敏感接地環(huán)路在低電流水平下變得更加普遍。在大多數(shù)情況下，只有幾個(gè)納安的接地環(huán)路甚至不會(huì)引起任何人的注意。然而，如果傳感器的輸入公共端與屏蔽或電源地共享，則接地電流最終可能會(huì)疊加在測(cè)量參考信號(hào)上。傳感器的公共端或參考端不應(yīng)與任何保護(hù)接地或電源接地共享。 電路電壓噪聲（放大器）/放大器選擇對(duì)于敏感電路，人們很容易使用噪聲最低的運(yùn)算放大器，但在高阻抗電路的情況下，這可能是矯枉過(guò)正，甚至有損電路性能。 在大多數(shù)情況下，最大的噪聲源是反饋電阻器或傳感器源阻抗。噪聲以平方和的方式增加，因此如果源噪聲為 400nV/Hz，則 6nV/Hz 甚至 50nV/Hz 放大器不會(huì)對(duì)整體噪聲系數(shù)產(chǎn)生太大影響（400.04nV 與 403.11nV）。

為了使JFET或CMOS器件“低噪聲”，必須通過(guò)并聯(lián)多個(gè)器件來(lái)增加輸入器件的柵極面積。柵極表面積的增加將成比例地增加輸入電容。標(biāo)準(zhǔn) CMOS 器件，如 LMC662（22nV√Hz），將具有 2-3pF 的輸入電容，而低噪聲 CMOS 器件，如 LMV7715（6nV√Hz），將具有近 15pF 的輸入電容。 在反相或跨阻應(yīng)用中，反相節(jié)點(diǎn)中的額外輸入電容可能會(huì)導(dǎo)致峰值，這將需要反饋補(bǔ)償，從而占用系統(tǒng)帶寬。 對(duì)于同相或緩沖應(yīng)用，電容將增加源的電容負(fù)載，形成具有源電阻的 RC 極，從而降低整體系統(tǒng)帶寬。 如果需要最大化帶寬，則可能需要使用具有較小輸入電容的噪聲較大的放大器。 電路電流噪聲（放大器、電阻器）有源器件也有噪聲電流。

噪聲電流可以被認(rèn)為是相當(dāng)于直流偏置電流的交流噪聲。在低阻抗下，電流噪聲通常不是問(wèn)題。但在高阻抗時(shí)，該噪聲電流會(huì)在輸入阻抗上產(chǎn)生噪聲電壓，就像直流偏置電流在輸入電阻上產(chǎn)生電壓偏移一樣。 即使消除 DC 偏置電流，噪聲電流為 0.1pA/Hz 的器件也會(huì)在 10Megohm 電阻器上產(chǎn)生額外的 1000nV/Hz 噪聲電壓。電流噪聲是不相關(guān)的，不能用另一個(gè)電阻器（如直流偏置電流）“消除”。 開(kāi)關(guān)和切換在某些應(yīng)用中，可能需要輸入切換或多路復(fù)用。在上述皮安世界中，使用 JFET 和 MOSFET 開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)很常見(jiàn)。

然而，在亞皮安世界中，機(jī)械開(kāi)關(guān)和繼電器仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。 雖然 MOSFET 和 JFET 開(kāi)關(guān)的漏電流相對(duì)較低，但它們往往會(huì)受到電荷注入、有限共模范圍和雜散電容效應(yīng)的影響。簧片繼電器因其尺寸緊湊、運(yùn)行速度快、泄漏低且易于防護(hù)而占據(jù)主導(dǎo)地位。

簧片繼電器由一對(duì)封裝在長(zhǎng)密封玻璃管內(nèi)的觸點(diǎn)組成。線圈圍繞簧片，當(dāng)線圈通電時(shí)，以磁性方式閉合觸點(diǎn)。 對(duì)于低泄漏應(yīng)用，可以將簧片放置在銅管內(nèi)（線圈內(nèi)），為整個(gè)簧片組件提供完整的保護(hù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，繼電器對(duì)于電路來(lái)說(shuō)幾乎是不可見(jiàn)的。防護(hù)觸點(diǎn)如圖 13 左側(cè)所示。 使用干簧繼電器需要注意的一件事是單匝“變壓器”效應(yīng)。在線圈通電和觸點(diǎn)打開(kāi)之間的時(shí)間內(nèi)，簧片充當(dāng)一匝次級(jí)線圈（線圈作為初級(jí)線圈）。這會(huì)在繼電器觸點(diǎn)上產(chǎn)生幾毫伏的電壓，持續(xù)一到兩毫秒，直到它們打開(kāi)。

請(qǐng)注意這一點(diǎn)，特別是在積分器電容器復(fù)位應(yīng)用中。由于線圈匝數(shù)較少，電壓較低的繼電器的這種影響較小。 機(jī)械電樞繼電器由于體積大、不易防護(hù)，一般不使用。 電源線噪聲電源線噪聲可以通過(guò)多種不同的方式表現(xiàn)出來(lái)。明顯的方法是前面提到的接地環(huán)路、靜電和電磁耦合，但線路噪聲還可以通過(guò)其他一些途徑滲透到高阻抗電路中。 對(duì)于運(yùn)算放大器、儀表放大器、CMOS 開(kāi)關(guān)和多路復(fù)用器、A/D 和其他具有高阻抗輸入的有源器件，輸入引腳很可能在其輸入引腳上具有 ESD 保護(hù)或鉗位結(jié)構(gòu)（如前所述）。這些結(jié)構(gòu)與電源線直接連接，并且還具有跨其的固有設(shè)備電容。這種小電容可以將噪聲直接耦合到高阻抗輸入信號(hào)中，從而繞過(guò)器件的任何本機(jī)電源抑制比 (PSRR)。電源線上的幾毫伏“嗡嗡聲”或數(shù)字“雜音”可以通過(guò)保護(hù)二極管電容并將其自身嵌入到輸入信號(hào)中。

圖 12. 通過(guò) ESD 二極管電容耦合的電源噪聲

另一個(gè)切入點(diǎn)是電源衍生的偏置電壓，通常通過(guò)電阻分壓器獲得。典型的 Vs/2 分壓器在沒(méi)有任何濾波的情況下只有 6dB 的電源抑制。在抽頭中添加旁路電容器可能會(huì)在高頻下將其提升至 20-30dB 或更多，但在低頻下，電容可能不足以完全消除電源線頻率（及其諧波）。如果該偏置線用于為傳感器提供偏置電壓（在增益級(jí)之前），則噪聲可以“調(diào)制”傳感器信號(hào)并與傳感器信號(hào)一起被放大。 顯然，這里的規(guī)則是保持電源和偏置電壓盡可能干凈。非常敏感的階段應(yīng)由單獨(dú)的電源供電。在大多數(shù)情況下，電源線上的簡(jiǎn)單 RCL 濾波器就足夠了。 警告：在進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，數(shù)控電源可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)嗡嗡聲、開(kāi)關(guān)噪聲和數(shù)字“哈希”。此外，許多數(shù)字萬(wàn)用表的輸入端都有大量數(shù)字采樣瞬變。當(dāng)數(shù)字萬(wàn)用表連接到模擬電源以監(jiān)控電壓時(shí)，可能會(huì)將數(shù)字噪聲注入電源線。如果你信號(hào)中存在與 DMM 顯示更新速率相關(guān)的噪聲，請(qǐng)關(guān)閉 DMM 并查看噪聲是否消失。 電離輻射飛安級(jí)別發(fā)生的一種有趣現(xiàn)象是檢測(cè)自然發(fā)生的電離輻射3。最常見(jiàn)的影響是測(cè)量值突然“突然”變化或階躍變化。

圖 13. 電離輻射在電路上沉積電荷。 當(dāng)粒子以光速飛過(guò)時(shí)，它們會(huì)電離尾隨的空氣。如果輸入導(dǎo)體恰好在附近，它們就會(huì)積聚一些電荷。 輻射源有地球的和地外的，而且就在我們周?chē)Ｗ畲蟮呢暙I(xiàn)者是外星人。高能粒子是由太陽(yáng)、太陽(yáng)耀斑、超新星爆炸和其他銀河來(lái)源產(chǎn)生的。這些粒子已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)干擾了您的測(cè)量！地面輻射源可以包括陶瓷、石頭和花崗巖等常見(jiàn)材料。氡可以在封閉的地下區(qū)域積聚。 阿爾法和貝塔粒子可以用幾毫米的鋁來(lái)阻止，但能量更高的伽馬和“X”射線（可以產(chǎn)生阿爾法和貝塔粒子）可以被更致密的材料（厘米厚的鉛）阻止。

這種現(xiàn)象可能每周發(fā)生一次，或者一天發(fā)生幾次，也許一年一次。撞擊的時(shí)間和幅度都是隨機(jī)的，頻率取決于電路布局、靈敏度、高度和建筑材料。 對(duì)于積分器，這種電荷的突然積累看起來(lái)像是一個(gè)急劇的臺(tái)階，但線的斜率通常不會(huì)改變。互阻放大器將呈現(xiàn)急劇上升沿，然后呈現(xiàn)指數(shù)衰減。 最大限度地減少這些事件的唯一方法是最大限度地減少測(cè)量節(jié)點(diǎn)和防護(hù)裝置之間的空氣量，并將輸入導(dǎo)體的表面積保持在最低限度。不要無(wú)意中創(chuàng)建自己的小型電離室！ 摩擦起電效應(yīng) 摩擦起電4電荷是指兩種不同的材料摩擦在一起并產(chǎn)生電荷。這就是熟悉的“梳理頭發(fā)”火花效果。 這種效應(yīng)在同軸電纜中最為明顯，當(dāng)電纜彎曲時(shí)，導(dǎo)體會(huì)與塑料電介質(zhì)發(fā)生摩擦。這些材料相互摩擦，可以在外屏蔽層和內(nèi)導(dǎo)體之間產(chǎn)生電荷。

要親自觀察這種效果，請(qǐng)將同軸電纜的一端連接到示波器，并將示波器設(shè)置為最低靈敏度，然后擺動(dòng)或敲擊電纜。您將看到僅通過(guò)移動(dòng)電纜就產(chǎn)生了電壓波形。專為高阻抗而設(shè)計(jì)的特殊“低噪聲”同軸電纜在電介質(zhì)周?chē)胖檬勰宰畲笙薅鹊販p少影響。凌亂，但有效。 許多連接器（例如廉價(jià)的 BNC 或多線 IDC 接頭和 D-Sub 連接器）也會(huì)因塑料絕緣體與引腳或外殼摩擦而表現(xiàn)出這種效應(yīng)。選擇用于低電平信號(hào)的連接器時(shí)應(yīng)特別小心。建議使用聚四氟乙烯 (PTFE) 絕緣連接器。

壓電效應(yīng)另一種電荷發(fā)生器是壓電5特性。壓電電荷是指單一材料在受到壓力、沖擊或彎曲時(shí)自產(chǎn)生電荷。其中最熟悉的是壓電晶體，用于壓電揚(yáng)聲器、燒烤打火機(jī)和“水晶”麥克風(fēng)。許多材料，包括陶瓷和玻璃，都具有壓電特性。 正如音頻人員可以告訴您的那樣，陶瓷電容器的顫噪性非常大，并且在受到壓力或振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的電壓。在低電流水平下，這種效應(yīng)可能是“機(jī)械”噪聲的重要來(lái)源，特別是對(duì)于表面貼裝器件，它們牢固地固定在電路板上，可以感應(yīng)電路板的彎曲和振動(dòng)。使用陶瓷電容器時(shí)應(yīng)小心，以免其受到應(yīng)力和振動(dòng)。 機(jī)械應(yīng)力和振動(dòng)組件或絕緣材料上的機(jī)械應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生電荷，從而干擾信號(hào)。通常容易受到反復(fù)壓力的組件是印刷電路板、控制裝置和外部信號(hào)連接器。 如果彎曲或受壓，印刷電路板本身會(huì)產(chǎn)生電荷。這在便攜式、車(chē)載或其他“堅(jiān)固耐用”的操作環(huán)境中可能是一個(gè)問(wèn)題。可能需要多個(gè)安裝點(diǎn)、板加強(qiáng)件和板支撐件。開(kāi)關(guān)、電位器、連接器和其他外部設(shè)備應(yīng)牢固地安裝到面板上，而不是依賴 PCB 進(jìn)行機(jī)械支撐。

審核編輯：劉清