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pA级电流测量所面临的挑战

发布时间:2020/8/16 9:41:40 访问次数:1093

任意波形发生器在雷达、通信领域中发挥着重要作用,任意波形发生器大多使用静态存储器。这使得在任意波形发生器工作频率不断提高的情况下,波形的存储深度很难做得很大,从而不能精确地表达复杂信号。基于动态存储器(SDRAM)的设计能有效解决这一问题,一种简化SDRAM控制器的设计方法。

任意波形发生器的总体方案,工作频率、分辨率和存储长度是任意波形发生器最关键的三个性能参数。高的工作频率意味着高的输出信号频率和带宽,高的分辨率通常意味着高的信噪比,而存储长度决定了信号的精确程度。下面介绍的方案是实际开发的一款任意波形发生器/卡,它的工作频率为300MHz,分辨率为14位,存储长度为8M字,现已得到了广泛地应用。

电路主要有两种工作状态:写数据状态和读数据状态。下面简单描述其工作过程。

写数据状态:CPU根据所要设计的波形计算波形数据,并转换成14位的无符号数;打开总线开关,屏蔽FIFO操作,在SDRAM控制器的配合下,将波形数据通过接口电路交替写入SDRAM1和SDRAM2中,即SDRAM1中依次存放数据0,2,4,6...;SDRAM2中依次存放数据1,3,5,7...

制造商

Samsung Electro-Mechanics

制造商零件编号

CL31B104KACNBNC

描述

CAP ARRAY 0.1UF 25V X7R 1206

对无铅要求的达标情况/对限制有害物质指令(RoHS)规范的达标情况 无铅/符合限制有害物质指令(RoHS)规范要求

湿气敏感性等级 (MSL) 1(无限)

详细描述 0.1μF-隔离-Capacitor-pval-2081-Array-pval-2079-X7R-1206(3216-公制)

电容 0.1μF

容差 ±10%

电压 - 额定 25V

介电材料 陶瓷

电容器数 4

电路类型 隔离

温度系数 X7R

等级 -

安装类型 表面贴装

封装/外壳 1206(3216 公制)

大小/尺寸 0.126" 长 x 0.063" 宽(3.20mm x 1.60mm)

高度 - 安装(最大值) 0.039"(1.00mm)


从毫安到微安再到皮安,随着电子技术的发展,以及市场对于低功耗的需求,电子设备的电流水平有往小发展的趋势,比如手机电池待机电流(10−3 A)、光电二极管暗电流(10−12 A)、OLED的像素电流(10−12 A)等。而如何精确测量出微弱电流,则成了一道避不开的难题。为穿过这片“无人区”,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。然而,这片了无人烟的区域并不是那么好踏足,路上的荆棘羁绊是难免的,需克服重重挑战才能成功到达终点。

要考虑的便是测量中的偏置电流问题。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材料的泄漏电流所引起的。

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,我们还能愉快地测出待测电流大小吗?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。

包括很多设计上,工艺上的细节都会对测量结果造成很大的影响。比如噪声、电介质吸收、泄漏电流、绝缘、屏蔽、PCB材料,甚至电缆等。

(素材来源:eccn和ttic.如涉版权请联系删除。特别感谢)

任意波形发生器在雷达、通信领域中发挥着重要作用,任意波形发生器大多使用静态存储器。这使得在任意波形发生器工作频率不断提高的情况下,波形的存储深度很难做得很大,从而不能精确地表达复杂信号。基于动态存储器(SDRAM)的设计能有效解决这一问题,一种简化SDRAM控制器的设计方法。

任意波形发生器的总体方案,工作频率、分辨率和存储长度是任意波形发生器最关键的三个性能参数。高的工作频率意味着高的输出信号频率和带宽,高的分辨率通常意味着高的信噪比,而存储长度决定了信号的精确程度。下面介绍的方案是实际开发的一款任意波形发生器/卡,它的工作频率为300MHz,分辨率为14位,存储长度为8M字,现已得到了广泛地应用。

电路主要有两种工作状态:写数据状态和读数据状态。下面简单描述其工作过程。

写数据状态:CPU根据所要设计的波形计算波形数据,并转换成14位的无符号数;打开总线开关,屏蔽FIFO操作,在SDRAM控制器的配合下,将波形数据通过接口电路交替写入SDRAM1和SDRAM2中,即SDRAM1中依次存放数据0,2,4,6...;SDRAM2中依次存放数据1,3,5,7...

制造商

Samsung Electro-Mechanics

制造商零件编号

CL31B104KACNBNC

描述

CAP ARRAY 0.1UF 25V X7R 1206

对无铅要求的达标情况/对限制有害物质指令(RoHS)规范的达标情况 无铅/符合限制有害物质指令(RoHS)规范要求

湿气敏感性等级 (MSL) 1(无限)

详细描述 0.1μF-隔离-Capacitor-pval-2081-Array-pval-2079-X7R-1206(3216-公制)

电容 0.1μF

容差 ±10%

电压 - 额定 25V

介电材料 陶瓷

电容器数 4

电路类型 隔离

温度系数 X7R

等级 -

安装类型 表面贴装

封装/外壳 1206(3216 公制)

大小/尺寸 0.126" 长 x 0.063" 宽(3.20mm x 1.60mm)

高度 - 安装(最大值) 0.039"(1.00mm)


从毫安到微安再到皮安,随着电子技术的发展,以及市场对于低功耗的需求,电子设备的电流水平有往小发展的趋势,比如手机电池待机电流(10−3 A)、光电二极管暗电流(10−12 A)、OLED的像素电流(10−12 A)等。而如何精确测量出微弱电流,则成了一道避不开的难题。为穿过这片“无人区”,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。然而,这片了无人烟的区域并不是那么好踏足,路上的荆棘羁绊是难免的,需克服重重挑战才能成功到达终点。

要考虑的便是测量中的偏置电流问题。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材料的泄漏电流所引起的。

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,我们还能愉快地测出待测电流大小吗?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。

包括很多设计上,工艺上的细节都会对测量结果造成很大的影响。比如噪声、电介质吸收、泄漏电流、绝缘、屏蔽、PCB材料,甚至电缆等。

(素材来源:eccn和ttic.如涉版权请联系删除。特别感谢)

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