Il seguente circuito è un convertitore da corrente attiva a tensione con guadagno commutabile.

schematico

Non mostrato: l'ingresso invertito viene mantenuto basso attraverso una resistenza da 10K quando il circuito è acceso ma non viene utilizzato. Ogni volta che viene effettuata una misurazione (comprese le misurazioni di calibrazione in cui IN è mobile), quel resistore viene disconnesso.

Le alimentazioni sugli interruttori analogici e sull'amplificatore sono +/- 11,5 V. La gamma VOUT tipica è compresa tra -10 V e + 10 V.

Scopo

Il circuito viene utilizzato per misurare le correnti nella gamma nanoamp. Alcuni mV sull'uscita sono significativi. Gli offset costanti non sono realmente un problema, poiché possono essere facilmente calibrati misurando l'uscita con un input aperto e sottraendola dalle misurazioni successive.

Ogni scheda ha 6 o più di questi circuiti.

componenti

L'amplificatore operazionale selezionato presenta offset molto piccoli (<10 pA) e correnti di ingresso di polarizzazione e una tensione offset molto piccola (<1 mV). È un AD8625AR .

SW1A e SW1B sono poli diversi dello stesso interruttore CMOS (ADG1236). Sono commutati insieme per selezionare la resistenza di retroazione, che determina il guadagno del convertitore. La massima corrente di dispersione è 1 nA sui pin di source e drain, acceso o spento. L'interruttore non mostrato (per mantenere basso l'input di inversione attraverso una resistenza da 10K) ha prestazioni simili. Le correnti di dispersione tipiche sono molto piccole (<0,1nA).

Problema

Il problema che sto riscontrando è che in alcuni lotti di schede, alcuni (o tutti) di questi circuiti hanno grandi offset che si decompongono lentamente all'accensione. Tuttavia, la maggior parte delle schede sono perfettamente stabili in ogni momento, con piccoli offset.

Un offset tipico su VOUT con IN mobile è <1 mV. Su schede afflitte, l'offset può arrivare a 120 mV.

Quando le schede affette sono accese, l'offset si stabilizzerà lentamente (dopo ore di giorni) a ~ 5 mV. Dopo aver rimosso l'alimentazione, l'offset si accumula di nuovo, quindi quando si accende dopo un paio di giorni di spegnimento, è di nuovo alto.

Ogni scheda ha un mucchio di questi circuiti su di essa. Nel primo lotto di 5 schede, tutte sono state interessate. Nel batch successivo, nessuno è stato interessato. Nel batch più recente, ogni scheda ha un circuito interessato e non è sempre lo stesso.

Nel peggiore dei casi, la massima corrente di dispersione di tutti gli interruttori analogici sarebbe 1,2nA, con un offset di 12 mV con l'impostazione del guadagno più alto, quindi non credo che possa spiegare tutto l'offset che sto vedendo.

Da dove altro potrebbe venire la tensione di offset? C'è un difetto comune della scheda che provocherebbe questo tipo di comportamento?

Un paio di teorie qui:

• Quanto sono sicuri che i tuoi alimentatori si stiano simmetricamente?
  Se una rotaia si solleva prima dell'altra, si potrebbe avere tensioni di uscita diverse da zero dall'amplificatore operazionale per un periodo di tempo molto breve.
• Hai implementato tutte le pratiche di layout PCB necessarie per tali impedenze elevate? Come minimo, avrai bisogno di anelli di guardia su tutti i nodi ad altissima impedenza.
  La scheda tecnica National (Now TI) LMC6082 ha una buona discussione di ciò che è necessario per ottenere correnti di dispersione del circuito sufficientemente basse da non costituire un problema.

Questo probabilmente non affronterà la possibilità di avere problemi di assorbimento dielettrico, come discusso nella risposta di @ RocketSurgeon.
Un modo semplice e buono per testare la sua risposta sarebbe dissaldare uno dei tappi su una scheda difettosa e invertirlo. Se l'offset viene capovolto nella direzione opposta, si tratta di un problema di assorbimento dielettrico (poiché la carica persistente nel cappuccio avrà una sola polarità). Se la tensione di offset non cambia, il problema non è il condensatore.

Una cosa che non vedo spiegare il problema dell'immersione dielettrica è il motivo per cui la carica sembra tornare quando il circuito non è alimentato e sparire quando è alimentato. Poiché l'elemento che scarica il condensatore è collegato in modo continuo attraverso il tappo (ad es. C1 || R2, C2 || R1), il contributo di eventuali perdite di corrente dal cappuccio dovrebbe essere costante e non influenzato dalla tensione di alimentazione.

L'unica cosa che mi viene in mente sarebbe che c'è qualcosa di igroscopico da qualche parte, e inietta una corrente di offset. Quando si alimenta la scheda, si riscalda e allontana l'umidità nel tempo. Spegni la scheda e inizia a riassorbire l'umidità.

Un commento che ho è che non vedo perché hai sia SW1A che SW1B. Puoi eliminare completamente SW1B. Basta unire entrambe le coppie R / C e all'uscita dell'op-amp. Quando viene selezionato uno dei set di cappucci / resistori, l'altro si scarica lentamente. Finché un'estremità sta fluttuando (il che è realizzato da SW1A), la tensione all'altra estremità è irrilevante.

Teoria 1. Ammollo. Questo è l'effetto di assorbimento dielettrico. AKA soakage . La fonte di energia è una carica di condensatori trasportata dalla configurazione di prova del produttore del condensatore. I condensatori a film sono stati testati ad alta tensione per alcuni minuti in fabbrica, quindi scaricati e conservati con cavi aperti.

Nel giro di pochi mesi l'energia assorbita residua (non necessariamente la carica, ma può anche essere invecchiamento meccanico / essiccazione / decantazione) si sposta dall'interno degli strati di dielettrico verso le piastre. La velocità può essere molto lenta, diciamo che la costante di tempo del polipropilene si moltiplica per migliaia (pochi anni per la scarica completa).

Questo effetto è scarsamente studiato. Colpisce solo circuiti estremi come il tuo con tappi di plastica e opera TeraOhm. Il miglior rapporto di effetto è fatto da Bob Pease di Nat Semi quando ha lavorato con correnti di teflon e pA.

La cura per questo può essere l'esposizione temporanea del circuito non alimentato alla sorgente di radiazione gamma di intensità moderata per alcune ore per dissipare tutte le cariche assorbite senza contatto fisico con le parti.

Un altro metodo è quello di utilizzare condensatori "più vecchi", che sono stati conservati per qualche mese in più. Confronta le date dei tappi dal lotto buono a quello cattivo. Scommetto che il vecchio gruppo di condensatori è migliore.

Oppure, quando si ordinano i tappi, chiedere quelli che sono stati conservati più vicino alla finestra aperta durante il periodo estivo. Oppure metti le schede assemblate non alimentate sul tappetino antistatico conduttivo asciutto e riscalda a 150 ° C per un'ora (a meno che la pulizia del circuito pA non vieti manipolazioni come questa).

Teoria 2. Corrente indotta per termocoppia. La corrente di tremore può essere causata dalla differenza di temperatura attraverso la giunzione di due metalli diversi. Per scoprire se lo è, immergere la scheda in un bagno d'olio mescolato e confrontare le prestazioni con una in aria libera.