污染源对电路精度的影响
发布时间:2020/8/16 9:58:33 访问次数:1276
低偏置电流运算放大器的选择。相对于常规运放,方案中使用的放大器ADA4530-1是一款fA (10−15 A)级输入偏置电流运算放大器,集成式保护环缓冲器用于隔离输入引脚以防受到印刷电路板(PCB) 漏电流的影响,而且能减少电路板元件数。相比于同类竞争器件,输入偏置电流低45倍,直流精度提高10倍。除了适用于此方案中的跨阻放大器,也可用于化学传感器和电容传感器的高阻抗缓冲器。
在设计中需考虑可能影响测量结果的多个因素,才能最大程度地发挥器件的优越性能,达到设计指标要求。
一般做法是用另一导体将高阻抗节点包围起来,并将导体驱动到保护电压(等于或接近高阻抗节点电位),这样就不会有电流流经绝缘电阻,并且更好的布局产生更好的性能,性能随时间和环境条件的变化越小。
保护环
保护表面泄漏
去除保护环/走线上的焊罩/丝网
避免吸潮
需要由与输入端等电位的放大器(如缓冲器)驱动
保护层
保护PCB主体
过孔防护
保护侧面漏电流路径
屏蔽的设计
屏蔽有助于让杂散场远离敏感节点,可以采取屏蔽盒的方式
操作员能接触到的屏蔽应接地以确保安全
污染源处理,污染源容易形成弱电池,将该污染电池连接在TIA电路的A端和B端,可得到一个简化模型。A端和B端均被驱动到相同电压,产生一个误差电流(IBAT T),因为输出电阻上存在一个等于电池开路电压的压降,如下式所示:IBATT = VBATT ÷ RBATT。此电池电流流过反馈电阻,在反馈电阻上与电路中的信号电流和其他误差电流合并对测量精度造成影响。一般要注意以下几种污染源的影响:
焊剂残留
尘土和其他颗粒状堆积
灰尘
体油
含盐潮气
世健工程师给出以下几点建议:
装配后清洗/清洁PCB
潮气会降低PCB和电缆的绝缘性
选择合适的材料并在受控环境中测量
清洗后烘烤以消除吸收的湿气
不要使用免清洁型焊膏
电介质吸收,介电弛豫(也称为介电吸收或浸润)是所有绝缘材料都有的特性,它会限制需要建立到数fA水平的静电计电路性能。常用的PCB薄片是工业标准FR-4玻璃环氧树脂。测量结果如图9所示。玻璃环氧树脂薄片需要1小时才能将介电弛豫电流耗散到10 fA以下。玻璃环氧树脂薄片不适合用于高性能静电计电路。
玻璃环氧树脂介电弛豫性能,考虑的另一种PCB薄片是Rogers 4350B。Rogers 4350B是一种设计用于射频/微波电路的陶瓷薄片。Rogers 4350B兼容标准PCB生产技术,使用广泛。Rogers 4350B材料的测量结果。该材料在不到20秒时间内,便可将介电弛豫电流耗散到1fA以下。
鉴于其性能出色, Kayden建议,在最高性能应用中,将Rogers 4350B薄片配合ADA4530-1使用。ADA4530-1的所有关键特性测量都是利用Rogers 4350B进行。
同时根据世健的支持经验,建议PCB加工工艺:
四层板,成品板厚约1.5mm
板材:1/2层,3/4层为rogers 4350B, 厚度10mil;2/3层为FR408或Roger 4450(注意不是普通的FR-4板材)。
铜箔厚度:内层1oz,外层1.5oz
阻焊:双面,绿色
字符:双面,白色
过孔:双面露环
表面沉金处理
电缆和连接器
最佳:使用三同轴电缆
有一根额外的内部导线来保护信号
只要中心导线与屏蔽体之间的电位差非常小,BNC、SMA和同轴电缆是可行的
某些RF材料(PTFE)具有良好的低漏电、低DA属性
捆扎电缆以减少摩擦起电效应
(素材来源:eccn和ttic.如涉版权请联系删除。特别感谢)
低偏置电流运算放大器的选择。相对于常规运放,方案中使用的放大器ADA4530-1是一款fA (10−15 A)级输入偏置电流运算放大器,集成式保护环缓冲器用于隔离输入引脚以防受到印刷电路板(PCB) 漏电流的影响,而且能减少电路板元件数。相比于同类竞争器件,输入偏置电流低45倍,直流精度提高10倍。除了适用于此方案中的跨阻放大器,也可用于化学传感器和电容传感器的高阻抗缓冲器。
在设计中需考虑可能影响测量结果的多个因素,才能最大程度地发挥器件的优越性能,达到设计指标要求。
一般做法是用另一导体将高阻抗节点包围起来,并将导体驱动到保护电压(等于或接近高阻抗节点电位),这样就不会有电流流经绝缘电阻,并且更好的布局产生更好的性能,性能随时间和环境条件的变化越小。
保护环
保护表面泄漏
去除保护环/走线上的焊罩/丝网
避免吸潮
需要由与输入端等电位的放大器(如缓冲器)驱动
保护层
保护PCB主体
过孔防护
保护侧面漏电流路径
屏蔽的设计
屏蔽有助于让杂散场远离敏感节点,可以采取屏蔽盒的方式
操作员能接触到的屏蔽应接地以确保安全
污染源处理,污染源容易形成弱电池,将该污染电池连接在TIA电路的A端和B端,可得到一个简化模型。A端和B端均被驱动到相同电压,产生一个误差电流(IBAT T),因为输出电阻上存在一个等于电池开路电压的压降,如下式所示:IBATT = VBATT ÷ RBATT。此电池电流流过反馈电阻,在反馈电阻上与电路中的信号电流和其他误差电流合并对测量精度造成影响。一般要注意以下几种污染源的影响:
焊剂残留
尘土和其他颗粒状堆积
灰尘
体油
含盐潮气
世健工程师给出以下几点建议:
装配后清洗/清洁PCB
潮气会降低PCB和电缆的绝缘性
选择合适的材料并在受控环境中测量
清洗后烘烤以消除吸收的湿气
不要使用免清洁型焊膏
电介质吸收,介电弛豫(也称为介电吸收或浸润)是所有绝缘材料都有的特性,它会限制需要建立到数fA水平的静电计电路性能。常用的PCB薄片是工业标准FR-4玻璃环氧树脂。测量结果如图9所示。玻璃环氧树脂薄片需要1小时才能将介电弛豫电流耗散到10 fA以下。玻璃环氧树脂薄片不适合用于高性能静电计电路。
玻璃环氧树脂介电弛豫性能,考虑的另一种PCB薄片是Rogers 4350B。Rogers 4350B是一种设计用于射频/微波电路的陶瓷薄片。Rogers 4350B兼容标准PCB生产技术,使用广泛。Rogers 4350B材料的测量结果。该材料在不到20秒时间内,便可将介电弛豫电流耗散到1fA以下。
鉴于其性能出色, Kayden建议,在最高性能应用中,将Rogers 4350B薄片配合ADA4530-1使用。ADA4530-1的所有关键特性测量都是利用Rogers 4350B进行。
同时根据世健的支持经验,建议PCB加工工艺:
四层板,成品板厚约1.5mm
板材:1/2层,3/4层为rogers 4350B, 厚度10mil;2/3层为FR408或Roger 4450(注意不是普通的FR-4板材)。
铜箔厚度:内层1oz,外层1.5oz
阻焊:双面,绿色
字符:双面,白色
过孔:双面露环
表面沉金处理
电缆和连接器
最佳:使用三同轴电缆
有一根额外的内部导线来保护信号
只要中心导线与屏蔽体之间的电位差非常小,BNC、SMA和同轴电缆是可行的
某些RF材料(PTFE)具有良好的低漏电、低DA属性
捆扎电缆以减少摩擦起电效应
(素材来源:eccn和ttic.如涉版权请联系删除。特别感谢)
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