Poniższy obwód to przetwornica prądu na napięcie czynne z przełączalnym wzmocnieniem.

Schematyczny

Nie pokazano: wejście odwracające jest utrzymywane na niskim poziomie przez rezystor 10K, gdy obwód jest włączony, ale nie jest używany. Za każdym razem, gdy wykonywany jest pomiar (w tym pomiary kalibracyjne, gdy IN pływa), rezystor jest odłączany.

Zasilanie przełączników analogowych i opamp wynosi +/- 11,5 V. Typowy zakres VOUT wynosi od -10 V do + 10 V.

Cel, powód

Obwód służy do pomiaru prądów w zakresie nanoamperów. Kilka mV na wyjściu jest znaczące. Stałe przesunięcia nie są tak naprawdę problemem, ponieważ można je łatwo skalibrować, mierząc wynik przy otwartym wejściu i odejmując go od kolejnych pomiarów.

Każda płytka ma 6 lub więcej z tych obwodów.

składniki

Wybrany wzmacniacz operacyjny ma bardzo małe (<10 pA) przesunięcie i prądy wejściowe polaryzacji oraz bardzo małe napięcie przesunięcia (<1 mV). To jest AD8625AR .

SW1A i SW1B to różne bieguny tego samego przełącznika CMOS (ADG1236). Są one łączone razem, aby wybrać rezystor sprzężenia zwrotnego, który określa wzmocnienie przetwornika. Maksymalny prąd upływowy wynosi 1 nA na bolcach źródła i drenu, włączony lub wyłączony. Przełącznik niepokazany (do utrzymywania niskiego poziomu wejścia odwracającego przez rezystor 10K) ma podobną wydajność. Typowe prądy upływowe są bardzo małe (<0,1nA).

Problem

Problemem jest to, że w niektórych partiach płyt niektóre (lub wszystkie) z tych obwodów mają duże przesunięcia, które powoli zanikają po włączeniu. Jednak większość płyt jest przez cały czas idealnie stabilna, z niewielkimi przesunięciami.

Typowe przesunięcie dla VOUT przy pływającym IN wynosi <1 mV. Na uszkodzonych płytach przesunięcie może wynosić nawet 120 mV.

Gdy uszkodzone płyty zostaną włączone, przesunięcie powoli (po godzinach dni) ustabilizuje się do ~ 5 mV. Po odłączeniu zasilania przesunięcie ponownie się kumuluje, więc po włączeniu zasilania po kilku dniach wyłączenia jest znowu wysokie.

Na każdej płytce jest kilka takich obwodów. W pierwszej partii 5 plansz dotyczyło to wszystkich. W następnej partii nie miało to wpływu. W najnowszej partii każda płytka ma jeden uszkodzony obwód i nie zawsze jest taki sam.

W najgorszym przypadku maksymalne prądy upływowe wszystkich przełączników analogowych wyniosłyby 1,2nA, co daje przesunięcie 12 mV przy najwyższym ustawieniu wzmocnienia, więc nie sądzę, że może to uwzględniać całe przesunięcie, które widzę.

Skąd jeszcze może pochodzić napięcie przesunięte? Czy istnieje jakaś wada płytki, która spowodowałaby takie zachowanie?

Kilka teorii tutaj:

• Czy masz pewność, że zasilacze pojawią się symetrycznie?
  Jeśli jedna szyna pojawi się przed drugą, możesz mieć niezerowe napięcie wyjściowe z wzmacniacza operacyjnego przez bardzo krótki czas.
• Czy wdrożyłeś wszystkie praktyki związane z układem PCB potrzebne do uzyskania tak wysokich impedancji? Przynajmniej będziesz potrzebować pierścieni ochronnych na wszystkich węzłach o ultra wysokiej impedancji. Arkusz danych
  krajowych (Teraz TI) LMC6082 ma dobrą dyskusję na temat tego, co jest wymagane, aby prądy upływowe na płytce były wystarczająco niskie, aby nie stanowiły problemu.

To prawdopodobnie nie rozwiąże problemu, że masz problemy z nasiąkaniem dielektrykiem, jak omówiono w odpowiedzi @ RocketSurgeon.
Dobrym i łatwym sposobem na sprawdzenie jego odpowiedzi byłoby odlutowanie jednego z czapek na złej planszy i odwrócenie go. Jeśli przesunięcie jest odwrócone w przeciwnym kierunku, jest to problem z nasiąkaniem dielektrykiem (ponieważ trwały ładunek w nasadce będzie miał jedną biegunowość). Jeśli napięcie przesunięcia nie zmienia się, problemem nie jest kondensator.

Jednej rzeczy, której nie widzę w związku z wyjaśnieniem problemu nasiąkania dielektrykiem, jest to, dlaczego ładunek wydaje się wracać, gdy obwód nie jest zasilany i znika, gdy jest zasilany. Ponieważ element, który rozładowuje kondensator, jest podłączony w sposób ciągły przez nasadkę (np. C1 || R2, C2 || R1), udział prądu upływającego z nasadki powinien być stały i nie powinien mieć na niego wpływu napięcie zasilania.

Jedyne, co przychodzi mi na myśl, to to, że gdzieś jest coś higroskopijnego i wstrzykuje on prąd przesunięty. Kiedy zasilasz płytę, rozgrzewa się i z czasem usuwa wilgoć. Wyłącz tablicę, a zacznie ona wchłaniać wilgoć.

Jeden z moich komentarzy brzmi: nie rozumiem, dlaczego masz zarówno SW1A, jak i SW1B. Możesz całkowicie pozbyć się SW1B. Po prostu połącz obie pary R / C razem z wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Po wybraniu jednego z zestawów kołpaków / rezystorów drugi powoli się rozładuje. Tak długo, jak jeden koniec jest pływający (co osiąga SW1A), napięcie na drugim końcu jest nieistotne.

Teoria 1. Namaczanie. Jest to efekt absorpcji dielektrycznej. AKA namaczanie . Źródłem energii jest ładunek kondensatorów przenoszony z zestawu testowego producenta kondensatora. Kondensatory foliowe były testowane pod wysokim napięciem przez kilka minut w fabryce, a następnie rozładowane i przechowywane z otwartymi przewodami.

W ciągu kilku miesięcy resztkowa pochłonięta energia (niekoniecznie ładunek, ale może to być również mechaniczne starzenie / suszenie / osiadanie) dryfuje z wnętrza warstw dielektrycznych na płyty. Prędkość może być bardzo wolna, powiedzmy stała czasowa polipropylenu pomnożona przez tysiąc (kilka lat dla pełnego rozładowania).

Ten efekt jest słabo zbadany. Wpływa tylko na ekstremalne obwody, takie jak twój, z plastikowymi nasadkami i opampami TeraOhm. Najlepszy raport o efektach sporządził Bob Pease z Nat Semi, gdy pracował z prądami teflonowymi i pA.

Lekarstwem na to może być chwilowe wystawienie obwodu bez zasilania na źródło promieniowania gamma o umiarkowanym natężeniu przez kilka godzin w celu rozproszenia wszystkich zaabsorbowanych ładunków bez fizycznego kontaktu z częściami.

Inną metodą jest użycie „starszych” kondensatorów, które były przechowywane przez kilka miesięcy dłużej. Porównaj daty wielkich i małych partii. Założę się, że starsza partia kondensatorów jest lepsza.

Lub zamawiając czapki, poproś o te, które były przechowywane bliżej otwartego okna w okresie letnim. Lub połóż zmontowane niezasilane płyty na suchej przewodzącej matie antystatycznej i ogrzewaj do 150 ° C przez godzinę (chyba że czystość obwodu pA uniemożliwia takie manipulacje).

Teoria 2. Prąd indukowany termoparowaniem. Prąd termo-sprzęgający może być spowodowany różnicą temperatur na złączu dwóch różnych metali. Aby to sprawdzić, zanurz deskę w mieszanej łaźni olejowej i porównaj wydajność z wydajnością na wolnym powietrzu.