Конструкция Low-pA TIA и минимальный уровень шума

В настоящее время я учусь на факультете электроэнергетики и физики и занимаюсь исследованиями в области сканирующей туннельной микроскопии в местном университете. Для будущих экспериментов было бы полезно использовать предусилитель с более высоким усилением, чем у нас есть сейчас, и, учитывая, что другие группы построили их, я собирался сделать то же самое.

Мы надеемся измерять токовые сигналы от 0,05-10 пА от постоянного тока до нескольких кГц (хотя широкая полоса пропускания с низким уровнем шума, безусловно, приветствуется), требуя трансимпедансного усиления порядка 0,1-1 тераом. Это, безусловно, кажется возможным, поскольку это было сделано во Флорентийском университете (схема ниже), а также в ряде других работ. Несколько других топологий представлены здесь .

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Мне удалось выполнить анализ шума схемы в LTspice, но я немного не уверен, как преобразовать спектр мкВ/ртГц в зависимости от частоты в среднее значение минимального шума, поскольку он, кажется, взрывается на низких частотах с 1/f шум.

Кроме того, LTC6268, по-видимому, имеет очень низкое смещение на входе и приемлемые шумовые характеристики, поэтому я рассматривал возможность использования его вместо вышеперечисленного для первого каскада.

Есть компания, которая производит малошумящие усилители с высоким коэффициентом усиления и низким входным сопротивлением, которые называются EM nanovolt Amplifiers. Но они дорогие
Я использовал все: ACF2101 (в некотором роде удивительная производительность, с очень тщательно сбалансированной работой по инжекции заряда), IVC102 (мех) и DDC112 (тоже очень хороший) для малых токов. Вы изучали или рассматривали какие-либо из них?

Ответы (2)

Глядя на низкочастотный шум напряжения (от 0,1 до 10 Гц) от AD549J и LTC6268, я бы сказал, что AD549 лучше при 4 мкВпик-пик. LTC6268 имеет шум 13 мкВпик-пик. Так что это то, с чем следует быть осторожным, если вы рассматриваете возможность изменения.

Что касается шумов входного тока на низких частотах, то, по-видимому, не указано ничего, что было бы значительно ниже 10 МГц для LTC6268, и это могло бы вызвать беспокойство. Для сравнения AD549 имеет среднеквадратичное значение 0,7 фА в диапазоне от 0,1 до 10 Гц.

Я думаю, что LTC6268 лучше подходит для высокоскоростных фотодиодных приложений, а не для низкочастотных приложений, таких как измерение ионного пучка.

Похоже, что TI не указывает значения шума в диапазоне 0,1–10 Гц ни для одного из своих операционных усилителей; Я свяжусь с ними, чтобы узнать, есть ли что-то, что можно было бы сравнить. Сайт, который я просматривал ранее, по-видимому, указывает на то, что AD549 снят с производства (возможно, старая версия?), но, похоже, это не так на веб-сайте производителя, так что это, безусловно, все еще вариант.

1/f Шум представляет собой реальную проблему в низкочастотных приложениях, около 10 Гц он увеличивается примерно до 0,01 Гц или 0,001 Гц и составляет большую часть шума в усилителях и электронике.

Это сложно, потому что это интересующая вас частота, и ее нельзя отфильтровать.

Если шум 1/f является проблемой, используйте прерывающий усилитель. Однако они могут не иметь нужных вам характеристик усиления без обратной связи и характеристик входного тока смещения. Я не думаю, что какой-либо из основных производителей имеет характеристику входного тока смещения, которая соответствует вашим низким требованиям.

Тем не менее, существует компания, которая производит малошумящие усилители с низким входным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления, называемые Nanovolt EM Amplifiers, без шума 1/f и входным сопротивлением TΩ. Но они дорогие.

Конструкция Low-pA TIA и минимальный уровень шума
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v