Excelpoint - 只是及格線-世健推出增強版超寬溫度范圍、皮安計模塊-新品速遞

精品文檔-下載后可編輯Excelpoint-只是及格線——世健推出增強版超寬溫度范圍、皮安計模塊-新品速遞準確的弱電信號測量是各種科學分析設備、環(huán)境監(jiān)測和過程控制的關鍵環(huán)節(jié)之一，尤其是當弱電信號達到pA甚至fA水平時。如何測量微弱信號？這向來是各大儀器廠商津津樂道的話題。如何設計檢測微弱電流的產(chǎn)品？這對設計者來說也是巨大的挑戰(zhàn)。

一直以來，基于ADI的JFET放大器AD549芯片方案在微弱電流采樣的前端扮演著主力中堅的角色，在儀器儀表行業(yè)持續(xù)橫行了30多年，經(jīng)久不衰。但由于JFET工藝的芯片短板很明顯，它缺少Bipolar型放大器所擁有的低失調(diào)、低電壓噪聲以及低溫漂高共模等特性，對于不同溫度下的特性補償很難拿捏得準確。隨著科技的進步，ADI基于新型CMOS工藝，通過DigiTrim?技術革新，在2022年發(fā)布了ADA4530-1，在具備了極低的偏置電流和超高輸入阻抗的同時，還擁有更低的失調(diào)電壓，更優(yōu)良的溫漂特性，以及更高的環(huán)路帶寬和ESD保護功能等等。以下圖1是ADA4530和AD549的對比圖，不難發(fā)現(xiàn)即使是高溫的情況下，ADA4530依舊有著良好的偏置電流特性。

圖1ADA4530-1與AD549性能對比表

但不同的是，CMOS工藝往往推出的是SMT封裝，實際在應用上增加了設計者的難度。由于AD549是DIP封裝，用戶只需要把輸入引腳騰空就可以得到良好的絕緣效果，但ADA4530卻不能，所以對如何挑選PCB的板材和PCB布線都有很高的設計要求。

（注：極低的輸入偏置電流和極高的輸入電阻要求，使得用于構建電路的材料的絕緣電阻常常成為的誤差源。任何具有有限電阻且與高阻抗導體接觸的絕緣體都會產(chǎn)生誤差電流，比如PCB層壓材料、電纜和連接器絕緣層）

針對以上應用難題，與ADI合作三十多年的技術型分銷商Excelpoint世健上海技術團隊，從ADA4530芯片預發(fā)布起就開始對其進行針對性的研究和技術積累?；谌绾瓮ㄟ^良好的設計全面發(fā)揮ADA4530-1的性能，Excelpoint世健在皮安級電流計量評估套件上不斷更新設計和研發(fā)，自2022年9月推出超高皮安計模塊EPSH-PAM2.0后得到了用戶的一致好評。近期更發(fā)布了超高皮安計模塊的增強版本EPSH-PAM2.0EP，為終端用戶提供兩種細分的選擇，加速客戶系統(tǒng)設計。（后文均以PAM2.0EP來描述）。

作為皮安計模組的進階版產(chǎn)品，PAM2.0EP擁有更強的性能特點：

PAM2.0EP優(yōu)勢特點

更強的對外絕緣能力

利用多年的設計研究經(jīng)驗，優(yōu)選SMA接口和PCB板材，PCB設計采用的是4層板布局及FR-4PCB板材，利用良好的物理懸空結構設計，大大增加了PCB對外的絕緣阻值

更強的對外屏蔽能力和通用性

采用的雙金屬屏蔽罩，有效的降低來自外界的干擾

（套件中還提供了一根高性能屏蔽線用于BNC轉SMA，便于與各種電流輸入源對接）

極高的數(shù)據(jù)線性度

產(chǎn)品擁有超高的線性度，并在溫度范圍內(nèi)也能得到良好的線性保障

超低噪聲

相比之前的模塊，擁有更低的噪聲系數(shù)以及超低的本體底噪

高性價比

采用Ohmite低溫漂高的10G電阻

更寬溫度范圍下的產(chǎn)品的性能保障

常溫到115?6?2C溫度范圍內(nèi)進行99個點的數(shù)據(jù)測試保障

每個皮安計模塊都經(jīng)過較為嚴格的加工工藝及85?6?2C8小時的老化

(模塊工作溫度范圍為-35?6?2Cto+115?6?2C）

電路設計上，ADA4530-1通過10GR跨阻后進行IV轉換，第二級則采用低噪的軌對軌零漂放大器ADA4522-1對ADA4530輸出的電壓信號進行調(diào)理。值得一提的是，這里為方便客戶單獨使用模塊的前端，世健在ADA4522-1上加入了增益可控電路（通過低Ron的多路開關ADG1608和固定阻值搭配達到增益可控）并留有測試點TP。

后端的模數(shù)轉換器的選擇上同樣采用的是ADI經(jīng)典24bitΔ-∑ADC-AD7124，AD7124更像是一款小型采集系統(tǒng)，高的ADC內(nèi)核以及內(nèi)置的PAG能在靈活調(diào)整信號增益和采集的同時，還保證了低的增益誤差和較高的ENOB值。另外，AD7124的三態(tài)工作模式，非常適合需要不同功耗領域的產(chǎn)品應用，它的數(shù)據(jù)采集速率可達到19.2KSPS。

在供電端，世健采用了兩顆低噪聲高電源抑制比的LDO，LTC3260和LT1762，前者是一顆功能性超強的Chargepump加內(nèi)置正負輸出型LDO的產(chǎn)品，可以很好的保證了運放的供電需求，后者則提供穩(wěn)定的3.3V供給數(shù)字部分。圖2PAM2.0EP系統(tǒng)框圖

MCU部分采用的是MicrochipARMCortex-M0，通過單片機內(nèi)置USB端口與PC端對話?？梢暬腉UI界面可圈可點，用戶可以通過安裝LabviewGUI軟件，在PC端通過軟件界面來實時的配置模塊上的各個功能，讓其給出信號波形、直方圖以及統(tǒng)計分析等，同時軟件還支持Excel數(shù)據(jù)導出，非常適合需要做長時間測試記錄的用戶。

圖3外觀與軟件界面

PAM2.0EP模塊有者非常出色的線性度數(shù)據(jù)，不僅在常溫下測試數(shù)據(jù)優(yōu)異，在全溫度范圍下的線性度表現(xiàn)也非常出色。

模塊的品質檢測，均采用的是Keithley6220源表測量，每款產(chǎn)品都會在不同的溫度點進行多次測試，通過99個點的數(shù)據(jù)合格的情況下判定為可供出貨產(chǎn)品，出廠產(chǎn)品均會配發(fā)這99點測試。被測點包括：

1.常溫25?6?2C，0~100pA范圍中步進為10pA的11個數(shù)據(jù)測試點和1個底噪數(shù)據(jù)點

2.常溫25?6?2C，0~20pA范圍中步進為1pA的21個數(shù)據(jù)測試點

3.溫度40?6?2C、55?6?2C、70?6?2C、85?6?2C、100?6?2C和115?6?2C時，每個溫度點0~100pA的范圍中步進為10pA的11個數(shù)據(jù)測試點，共66個數(shù)據(jù)

在常溫25°C時

0-100pA的I-V曲線（見圖4），線性度好于百萬分之一（0.999999x）。

0-20pA的I-V曲線（見圖5），線性度好于萬分之一（0.9999x）。

圖40-100pA的I-V曲線測試圖表（溫度25°C）

圖50-20pA的I-V線性曲線測試（溫度25°C）

從圖6測試結果看，在每個電流輸入點，溫度對電流引起的電流峰峰偏差ΔIp-p約為1pA。用戶可以根據(jù)溫度曲線，結合現(xiàn)場應用進行進一步線性化處理，提供。

從40?6?2C至115?6?2C，以15?6?2C為間隔的選擇了7點溫度點25?6?2C,40?6?2C,55?6?2C,70?6?2C,85?6?2C,100?6?2C,115?6?2C，每個溫度點下以10pA每步從0到100pA測試11點數(shù)。

圖640?6?2C至115?6?2C溫度下0-100pA的I-V曲線測試圖表