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ADS1219: 微弱电流测量转数字信号

Part Number: ADS1219
Other Parts Discussed in Thread: TL074, TINA-TI, OPA657, LMP7721

我希望能进行微弱电流的检测(1-100nA),我对精度要求不高,误差±5nA都可以,我对采样速率和延时也没有太大的要求,因为我的信号是近似直流的缓慢变化电流,我看了ADS1219的采样是1000SPS,足够使用了,电路图在下面,我找不到ADS1219它的输入阻抗是多少,会不会有太大的分流。另外我现在很担心这样的设计会引入噪声使得原始电流信号被淹没,ADS1219会在输入端引入多少噪声。如果这个方案不可行的话,希望您能推荐一个放大器加ADC的组合设计,虽然会更复杂,但是或许会有更好的效果。补充一点,我希望待测位置的电压不要被抬得太高,所以电阻我选了10k欧姆,我的chip最大能容忍输出端电压在100nA的电流下抬高到10mV,非常感谢!

  • 您好,

    datasheet 确实没描述ADS1219的输入阻抗是多少,仅是说输入阻抗很高,我再确认下这个问题;

    输入噪声5.04uVRMS,具体参考datasheet 7.1 Noise Performance部分。

  • 很抱歉现在才回复你的问题。

    看下面截图,输入电流随输入电压变化,说明输入阻抗不是固定值,我想可能是这个原因没有写明其输入阻抗值。

    在2.5V输入电压时,输入电流约5nA,根据欧姆定律可以算出输入阻抗约500MΩ:

    我希望能进行微弱电流的检测(1-100nA),我对精度要求不高,误差±5nA都可以

    ADS1219应该不能满足你的精度要求,因为其输入电流典型值是5nA,这就引入了5nA的误差,然后还有采样电阻引入的误差,ADC性能参数(输入失调电压、INL、增益误差、CMRR、PSRR)引入的误差,因此总的误差会大于5nA。

    Chip输出电流1-100nA具体是什么电流?是负载电流还是电流源或者是传感器输出的电流信号?

  • 它是我正在研究的一个忆阻器在3-5v电压下产生的电流,这个忆阻器是专门为低功耗设计的,所以它的阻值非常大,在10MΩ以上,我这几天已经重新设计了一个电路,我使用Tina-Ti做了仿真,我决定还是先用一个放大器在转为数字信号,我现在比较纠结是选择OPA657好还是TL074好,仿真的结果显示OPA657由于本身的GBW很大,似乎超出了我的需求范围,同时我不想让高频噪声信号在这里放大,所以我现在比较倾向于TL074,它的增益在5kHz明显下降,这比较好,我想在请教您一个问题,如果在PCB上整个布线长度不超过3cm的话,我有必要再在后端做50Hz陷波等其他滤噪操作吗?还需要做其他措施保护这个微弱电流吗?十分感谢!

  • 是的,如果有效信号频率比较低,不建议使用高带宽运放。如果您觉着TL074精度参数不好,您可以在精密放大器选型链接里重新选型放大器,因为我看到TL074是通用放大器,精度参数相对差一些:

    https://www.ti.com.cn/zh-cn/amplifier-circuit/op-amps/precision/products.html

    我不了解忆阻器,不知道它是否适用于TIA这种电路结构的放大,如下工作原理,即输入电流在RF上产生电压输出,放大增益就是RF,这样外围器件少一些,更多信息见:https://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/precisionhub/posts/transimpedance-amplifiers-what-op-amp-bandwidth-do-i-need-part-i

    如果在PCB上整个布线长度不超过3cm的话,我有必要再在后端做50Hz陷波等其他滤噪操作吗?

    很抱歉没有相关经验分享给您。

    还需要做其他措施保护这个微弱电流吗?

    在PCB布局时建议参考LMP7721 Multi-Function Evaluation Board,里面有Guards and Shields设计。

    因这些文件已有十多年历史,现只能提供LMP7721 Multi-Function Evaluation Board 的Gerber文件:

    980600409_Gerbers_to_EVG.zip

    LMP7721 Multi-Function Evaluation Board Users' Guide:https://www.ti.com/lit/ug/snou004/snou004.pdf