次の回路は、切り替え可能なゲインを備えたアクティブな電流/電圧コンバータです。

回路図

表示されていません：回路の電源が入っているが使用されていない場合、反転入力は10K抵抗を介してLowに保持されます。測定が行われているときはいつでも（INがフローティングの場合のキャリブレーション測定を含む）、その抵抗は切断されています。

アナログスイッチとオペアンプの電源は+/- 11.5 Vです。通常のV​​OUT範囲は-10V〜+ 10Vです。

目的

この回路は、ナノアンペア範囲の電流を測定するために使用されます。出力の数mVは重要です。一定のオフセットは、オープン入力で出力を測定し、それを後続の測定から差し引くことで簡単に校正できるため、実際には問題ありません。

各ボードには、これらの回路が6つ以上あります。

部品

選択したオペアンプのオフセットおよびバイアス入力電流は非常に小さく（<10 pA）、オフセット電圧は非常に小さい（<1 mV）。それはですAD8625AR。

SW1AとSW1Bは、同じCMOSスイッチ（ADG1236）の異なる極です。それらは一緒に切り替えられて、コンバータのゲインを決定するフィードバック抵抗を選択します。最大リーク電流は、ソースピンとドレインピンのオンまたはオフで1 nAです。図示されていないスイッチ（10K抵抗を介して反転入力をローに保持するため）も同様の性能を持っています。典型的なリーク電流は非常に小さい（<0.1nA）。

問題

私が抱えている問題は、一部のボードのバッチでは、これらの回路の一部（またはすべて）に大きなオフセットがあり、電源を入れるとゆっくりと減衰することです。ただし、ほとんどのボードは、オフセットが小さいため、常に完全に安定しています。

INがフローティングの場合のVOUTの標準的なオフセットは1 mV未満です。影響を受けるボードでは、オフセットは120 mVにもなることがあります。

影響を受けるボードの電源がオンになると、オフセットは（数時間後）ゆっくりと約5 mVに安定します。電力が取り除かれると、オフセットは再び蓄積されるため、オフにして数日後に電源を入れると、オフセットは再び高くなります。

各ボードには、これらの回路がたくさんあります。5つのボードの最初のバッチでは、それらすべてが影響を受けました。次のバッチでは、影響を受けたものはありません。最新のバッチでは、各ボードに1つの影響を受ける回路があり、常に同じであるとは限りません。

最悪の場合、すべてのアナログスイッチの最大リーク電流は1.2nAになるため、最高のゲイン設定で12 mVのオフセットが発生するため、表示されているすべてのオフセットを考慮できません。

他にオフセット電圧はどこから来るのでしょうか？この種の動作を引き起こす一般的なボードの欠陥はありますか？

ここにいくつかの理論：

• あなたの電源は対称的に立ち上がっていますか？
  一方のレールがもう一方のレールより先に立ち上がる場合、非常に短い期間、オペアンプからの出力電圧がゼロではない可能性があります。
• そのような高インピーダンスに必要なすべてのPCBレイアウトプラクティスを実装しましたか？少なくとも、すべての超高インピーダンスノードにガードリングが必要になります。
  National（現在のTI）LMC6082データシートには、基板リーク電流を問題にならないほど低くするために何が必要かについての良い議論があります。

これは、@ RocketSurgeonの回答で説明されているように、誘電体ソーキングの問題がある可能性に対処しない可能性があります。
彼の答えをテストするための良い簡単な方法は、不良なボードのキャップの1つをはんだ除去し、それを逆にすることです。オフセットが他の方向に反転する場合、それは誘電体の浸出の問題です（キャップ​​内の持続的な電荷は単一の極性を持つため）。オフセット電圧が変化しない場合、問題はコンデンサではありません。

誘電体ソーカージュの問題が説明されていないのは、回路に電力が供給されていないときに充電が戻り、電力が供給されているときに消える理由です。コンデンサを放電する要素はキャップ全体に連続的に接続されているため（C1 || R2、C2 || R1など）、キャップから漏れる電流の寄与は一定であり、電源電圧の影響を受けません。

頭に浮かぶのは、どこかに吸湿性があり、オフセット電流が流れることです。ボードに電力を供給すると、ボードが温まり、時間の経過とともに湿気が排出されます。ボードの電源を切ると、水分を吸収し始めます。

SW1AとSW1Bの両方がある理由はわかりません。SW1Bは完全に廃棄できます。両方のR / Cペアをオペアンプの出力に接続するだけです。キャップ/抵抗セットの1つを選択すると、もう一方はゆっくりと放電します。一端がフロートしている限り（SW1Aによって実現）、他端の電圧は関係ありません。

理論1.ソーセージ。これが誘電吸収効果です。AKA soakage。エネルギー源は、コンデンサのメーカーのテストセットアップから運ばれるコンデンサの電荷です。フィルムコンデンサは、工場で高電圧によって数分間テストされ、その後、充電され、オープンリードで保管されます。

数か月以上にわたって、吸収された残留エネルギー（必ずしも電荷ではないが、機械的な経年変化/乾燥/沈降の可能性がある）は、誘電体層の内側からプレートにドリフトします。速度は非常に遅くなる可能性があります。たとえば、ポリプロピレンの時定数に1000が掛けられます（完全放電まで数年）。

この効果は十分に研究されていません。プラスチック製のキャップやテラオームのオペアンプを使用しているような極端な回路にのみ影響します。効果の最良の報告は、テフロン電流とpA電流で作業したときのナットセミのボブピースによって行われました。

これを解決するには、無給電回路を中程度の強度のガンマ線源に数時間一時的に曝して、部品に物理的に接触することなく、吸収された電荷をすべて散逸させます。

もう1つの方法は、数か月以上保管された「古い」コンデンサを使用することです。良いバッチと悪いバッチのキャップの日付を比較します。古いコンデンサーのバッチの方が良いと思います。

または、キャップを注文するときは、夏の間、開いている窓の近くに保管されていたものを要求してください。または、組み立てられた電源の入っていないボードを乾燥した導電性帯電防止マットの上に置き、150Cに1時間加熱します（pA回路の清潔さがこのような操作を禁止している場合を除く）。

理論2.熱結合によって誘発される電流。血栓結合電流は、2つの異なる金属の接合部の温度差によって発生する可能性があります。それであるかどうかを確認するには、ボードを攪拌オイルバスに浸して、自由空気中でのパフォーマンスと比較します。