從Williams的電路中可以看到，即使采用積分技術，要測量毫微安電流仍很困難。這個問題非常困難，因為測量者必須實時完成測量。還有更多復雜因素，如這種交流測量需要 32 kHz 的帶寬來捕捉示波器電流波形中的大量能量。Williams 用一只傳感器來解決這些問題。Tektronix CT-1 傳感器（參考文獻 2）價格高達 500 美元，但如果沒有好的傳感器，Williams 就不能從各種噪聲中恢復出信號。除了有好的靈敏度以外，CT-1 有 50Ω 的輸出阻抗，與高阻抗輸出相比可獲得較低的噪聲信號路徑。本例證明的另一個重要原則是，限制信號路徑的帶寬十分重要。Williams 做了一個窄帶放大器鏈，去除了不感興趣頻率部分帶來的所有噪聲。最后，Williams 在電路中采用了良好的低噪聲設計原則。將重要節(jié)點架空連接，盡量減少泄漏路徑，而在 50Ω 的源阻抗下，LT1028 可能是所有制造商中提供的噪聲最低的一種放大器。

　　毫微微安的偏置電流

　　Paul Grohe 是美國國家半導體公司的一位應用工程師，他提供了另一個測量微小電流的出色案例。數(shù)年

前，美國國家半導體公司決定銷售 LMC6001，這是一款保證 25 fA 偏置電流的放大器，這意味著該公司需要測量每只器件的偏置電流來驗證規(guī)格。測試部門無法在計劃階段提供測試設備，所有電路必須裝到一個標準的探測卡上。Grohe和同事Bob Pease建造了一個用于概念驗證的裝置，以證實解析低達1fA小型測試電路的可行性（圖4）。很多書籍與討論中都采用一只積分電容器來測量小電流（參考文獻3）。它的原理是，一個小電流可以為一只小電容器充電，你可以讀出電壓值來推算電流。在某些情況下，電流是來自傳感器的外部電流。此時，電流正離開放大器的輸入腳。圖 5 是一個簡單的原理電路，其中的放大器正在測量自己的偏置電流。

　　測量小電流的現(xiàn)實情況遠遠超過圖中所表述的內容。首先，Grohe 不能用器件本身測量自己的偏置電流。如果他嘗試將器件自身用作積分器，則無法校正一個插座的效應，以及與測試裝置有關的其它泄漏。要做到這一點，需要一個單獨的低偏置電流器件作積分器（圖 6）。用一只 CMOS 的 LMC660 放大器即可保證偏置電流小于 2 fA。Grohe 用這種技術可以簡單地去除任何 DUT（待測器件），而積分器就可以測量自己的偏置電流，以及測試插座和安裝積分器的PCB的泄漏電流。

　　圖7表明，Grohe并未將DUT插入插座內，所有管腳均未與PCB接觸。為盡量減小泄漏，Grohe只將兩只電源腳作為長而獨立的插座，而且并未安裝在PCB上。同樣，他將待測管腳連接到一個插座和一個2英寸懸置線上，并將管腳/插座組合連接到積分放大器的輸入端。為防止DUT運行在開環(huán)狀態(tài)，Grohe將兩個插座焊在一起，將空中懸浮的輸出腳橋接起來?？諝獾牧鲃訒沓潆姷碾x子，造成虛假讀數(shù)，因此Grohe將整個 DUT 封裝在一個屏蔽的覆銅盒內。

　　下一個問題是選擇一個積分電容器。開始時，Grohe 感覺最佳的電容器選擇可能是空氣介質電容器，因此他做了兩塊尺寸為4英寸×5英寸的大平板，用作積分電容器。這個電容器的尺寸正好是安裝 DUT 的第二個覆銅盒的大小。采用大電容器被證明是一個壞主意。大面積區(qū)域為宇宙射線提供了一個大目標，產生出能影響測量的離子電荷（圖 8）。Grohe 接下來盡量減小了電容器的尺寸，同時仍然使用一種良好的電介質。他偶然發(fā)現(xiàn) RG188 同軸電纜使用了 Teflon 絕緣層。2 英寸長的這種電纜可為積分電容器提供10 pF 的電容（圖 9）。另外它還有一個好處，外層的編織帶可以作為屏蔽。于是，Grohe 將其連接到放大器的低阻抗輸出端。換用這種電容器后，宇宙射線的密度只有每30秒左右一次。Grohe做15秒的積分測量，通過五次測量來消除射線的影響。后來，Grohe拋棄了單次測量。任何離子輻射源（包括有鐳刻度盤的老式手表）都會帶來射線輻射問題。注意Grohe將放大器的輸入端撬起，以避免PCB的泄漏。

　　在測量前，你需要將積分電容器復位為零。用半導體開關是不現(xiàn)實的，因為多數(shù)模擬開關都會帶來泄漏電流和5pF ~ 20pF的電容。電容也會有變容效應，容值隨施加的電壓而變化，使測量更加復雜化。為盡量減少這些問題，Grohe使用了一只Coto簧片繼電器。他知道在繼電器打開時，線圈可能與內部簧片耦合，于是他規(guī)定使用有靜電屏蔽的繼電器。但結果讓他沮喪，當繼電器由于電荷注入而打開時，測量中仍然有大的跳躍。你也可以將一只簧片繼電器看作一個變壓器，簧片組件可看作一個單匝繞組。這種現(xiàn)象表明，用靜電屏蔽防止干擾是失敗的，磁場在電路高阻抗端產生的電壓造成了電荷注入。繼電器沒有立即打開，需要為線圈充電的脈沖在繼電器打開前的瞬間產生一個相當大的電流注入。Grohe確定了使繼電器工作所需的最小絕對電壓擺幅，盡可能地減少了這種問題。這樣，繼電器將會以3.2V拉入，而以2.7V釋放。他在一只 LM317 可調穩(wěn)壓器上使用一組電阻分接頭，以控制這兩個值之間的輸出。他選擇不用全部5V為繼電器供能，從而減少了積分器輸出的跳躍，使之可以重復。然后，通過為第二級增益放大器注入一個小電流來消除跳躍。