題:
為什麼我的部分IE轉換器電路具有較大的失調電壓?
Steven T. Snyder
2012-08-18 02:41:55 UTC
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以下電路是具有可切換增益的有源電流電壓轉換器。

原理圖

Op-amp current to voltage converter with gain switch

未顯示:反相電路上電但不使用時,輸入端通過10K電阻保持為低電平。每當進行測量(包括IN懸空的校準測量)時,都會斷開該電阻。

模擬開關和運算放大器的電源電壓為+/- 11.5V。典型的VOUT範圍電壓介於-10V和+ 10V之間。

目的

該電路用於測量納安級範圍內的電流。輸出上的幾個mV很大。恆定偏移量並不是真正的問題,因為可以通過使用開路輸入測量輸出並將其減去後續測量值來輕鬆地校準它們。

每塊板上有6個或更多這樣的電路。

組件

所選的運算放大器具有非常小的(< 10 pA)偏置和偏置輸入電流,並且非常小的偏移電壓(< 1 mV)。這是 AD8625AR

SW1A和SW1B是同一CMOS開關(ADG1236)的不同極。它們一起切換以選擇反饋電阻,該電阻確定轉換器的增益。源極和漏極引腳導通或截止時的最大洩漏電流為1 nA。未顯示的開關(用於通過10K電阻將反相輸入保持為低電平)的性能類似。典型的洩漏電流很小(<為0.1nA)。

問題

我遇到的問題是,在某些批次的電路板中,這些電路中的某些(或全部)電路很大上電時衰減緩慢的偏移量。但是,大多數電路板始終都能保持穩定,偏移很小。

在VOUT上具有IN浮動的典型偏移為< 1 mV。在受災的板上,失調可能高達120 mV。

當患難的電路板上電時,失調將緩慢地(在數小時後)穩定在〜5 mV。斷開電源後,偏移量會再次累積,因此在關閉幾天后重新打開電源時,它又變高了。

每塊板上都有許多這樣的電路。在第一批5個板中,所有這些板均受影響。在下一批中,沒有任何受影響。在最近一批中,每塊電路板都有一個受影響的電路,而且電路並不總是相同。

在最壞的情況下,所有模擬開關的最大洩漏電流為1.2nA,因此在最高增益設置下以12 mV的失調電壓工作,因此我認為這不能解釋我所看到的所有失調電壓。

失調電壓又可能從何而來?是否存在常見的電路板缺陷會導致這種現象?

您正在使用哪個運算放大器?
它是[AD8625AR](http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8625_8626_8627.pdf)。其他通道也用於其他目的(該電路的輸出緩衝區和其他一些東西)
您使用哪種類型的電容器?我立即想到的是“奇怪的電容器效應” ...如果您使用塑料薄膜電容器,火箭醫生的答案給出了一種可能性。如果使用陶瓷,則焊接過程中電容器上的殘餘應力會導致壓電效應。但是我對此不是專家,也不知道這種效應產生的100 mV是否合理。
您的PCB是否清除了所有助焊劑殘留物? C1和C2是什麼結構?電路板相關部分的照片可能會提供一些線索。
@markrages, C1和C2是陶瓷蓋。我們在第一批原型中就存在殘留有助焊劑的PCB遇到了問題。這導致可測量的洩漏電流在掃描受控電壓時發生變化。供應商確認問題並解決。我用自然光以及365nM紫外線(在半黑暗的rom中)檢查了這些板,並且沒有可見的助焊劑殘留。
二 答案:
Connor Wolf
2012-08-18 09:24:34 UTC
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這裡有一對理論:

  • 電源的對稱性如何確定?
    如果一個電源出現在另一個電源之前,那麼您的輸出電壓可能為非零。
  • 您是否已實現了此類高阻抗所需的所有PCB佈局實踐?至少,您將在所有超高阻抗節點上都需要保護環。
    National(Now TI) LMC6082數據表很好地討論了獲得什麼要求。板洩漏電流足夠低,不會造成問題。

這可能無法解決@RocketSurgeon的答案中所述的介電滲透問題。
測試他的答案的一種好簡單的方法是在一個壞的板上拆下其中一個蓋帽,並將其反轉。如果偏移在另一個方向上發生翻轉,則是電介質的滲透問題(因為帽中的持久性電荷將具有單一極性)。如果失調電壓沒有變化,那麼問題就出在電容器上。

我沒有看到介電滲透問題的原因是為什麼當電路斷電時電荷似乎又回來了,所以去掉了。通電後消失。由於使電容器放電的元件連續跨接在電容帽上(例如C1 || R2,C2 || R1),因此從電容帽漏出的任何電流的貢獻應為恆定值,並且不受供電電壓的影響。

對我而言,唯一想到的是某處存在吸濕性,並註入了偏置電流。給電路板供電時,它會變熱,並隨著時間的流逝驅除水分。關閉電路板,它開始吸收水分。


我要說的一句話是,我不明白為什麼同時擁有 SW1A和SW1B。您可以完全處置SW1B。只需將兩個R / C對連接在一起,然後連接到運算放大器的輸出即可。當選擇了一組電容/電阻時,另一組將緩慢放電。只要一端浮動(由SW1A完成),另一端的電壓就無關緊要。

RE:電源,我不確定它們是不是。上電期間使用“示波器”監控運放處的電源電壓是否是測量此值的最佳方法?
RE:佈局;高阻抗網絡有很大的間隙(1毫米),但沒有保護環。最壞的情況是從12V電源軌洩漏到該電路,並且需要10 ^ 9ohm的電阻來超過1 nA。電路附近唯一的可變電壓是相關電路控制部分的輸入。我通過監視IE轉換器的輸出並執行全範圍電壓掃描來測試洩漏。我們先前測量了板上殘留助焊劑的洩漏,測試發現了洩漏。在這裡,失調在控制電壓掃描期間不會變化,只會隨時間變化。
RE:水分;好主意!我將在一個乾燥器中放置一個板一兩天,看看是否有任何變化。
@Series8217-助焊劑具有吸濕性!那可能是對水分敏感的成分。
user924
2012-08-18 04:10:47 UTC
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理論1.滲透。這是介電吸收效應。又名浸泡。能量的來源是電容器製造商測試設置中攜帶的電容器電荷。薄膜電容器已經在工廠經過了高壓測試,然後進行了放電和裸線存儲。

幾個月後,殘餘的吸收能量(不一定是電荷,但可能會機械老化/乾燥/沉降)從介電層內部漂移到板。速度可能非常慢,比如說聚丙烯的時間常數乘以一千(完全放電需要幾年)。它僅會通過塑料蓋和TeraOhm運算放大器影響像您這樣的極端電路。最好的效果報告是由 Nat Semi的鮑勃·皮斯(bob Pease of Nat Semi)在使用聚四氟乙烯和pA電流時完成的。伽馬射線源可以消散數小時,以消散所有吸收的電荷,而無需與零件物理接觸。

另一種方法是使用“較舊”的電容器,該電容器可保存幾個月。比較好批次和不良批次的上限日期。我敢打賭,較早的電容器批次更好。或將組裝好的未供電的電路板放在乾燥的導電抗靜電墊上,加熱至150°C持續一個小時(除非pA電路的清潔性禁止進行任何此類操作)。

理論2.熱耦合感應電流。通過兩種不同金屬的結溫差要找到它,將板浸入攪拌的油浴中,然後將其與自由空氣中的性能進行比較。

該電路中的放電元件與電容器並聯永久佈線。這樣,我看不出電路是否通電會導致失調逐漸消失,而斷電會導致失調逐漸恢復。如果帽電介質漏出一些電流,我希望它會產生一個恆定的(逐漸衰減的)偏移量。
不幸的是,我沒有足夠大的用於攪拌的油浴。是200mm x 280mm。對測試這種熱效應的替代方法有何建議?
鮑勃·皮斯(Bob Pease)曾經描述了裝有紙板箱和風扇的熱室設置。如果空氣溫度長期穩定並且風扇正在攪拌箱內的空氣,則可能與油浴一樣好。


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