Поскажите пожалуйста в каком направлении нужно двигаться !
Есть сигнал : постоянный ток, фон 0,001pA, ток может возрастать до 10mA. Все что нужно сделать - это оцифровать этот сигнал как можно с большей точностью.
Подскажите общую идею,куда смотреть, что читать, элементную базу, схемное решение, вообщем кто чем может.
Зарание благодарен .

Сначала нужно оценить требуемую точность и разрешающую способность. Если можно использовать датчик тока - резистор, включенный на землю - значит обычное АЦП, может быть интегрированное в контроллер.

Чем вы измеряли ток в 1 фА (1*10^-15 А) ? Если посчитать требуемый вам динамический диапазон, отталкиваясь от данной величины как минимальной, то получим 260 дБ (1 фА - 10 мА). Реализовать измерительный прибор с таким диапазоном - грандиозная задача, если вообще решаемая. Я думаю, вы ошиблись с минимальной величиной. Если вам нужна точность - смотрите сигма-дельта АЦП промышленного назначения, они обычно идут 24 бит, точность с соответвующим источником опорного напряжения можно обеспечить лучше 0,02%. Только у них скорости измерения маленькие, редко больше 20 отсчетов в секунду без потери точности. Неплохо было бы узнать требуемую скорость квантования, а то если вам нужно охватить спектр в 100 МГц - все будет иначе, чем если вас частоты выше нескольких герц не интересуют.

Частота следования всплесков примерно 100 Гц.

Не слабый динамический диапазон Подумайте над его сужением.
Когда нужен большой динамический диапазон, то как правило делают по следующей схеме: логарифмический усилитель + АЦП (сигма-дельта).
В качестве логарифмического усилителя можете посмотреть AD8304 160 dB Logarithmic Amplifier with Photo-Diode Interface

Не знаю каких результатов Вы достигнете, думаю более скромных, чем предполагаете.
Направление движения:
- дифференциальный токовый вход с шунтом на входе
- качественная разводка входных цепей и питаний
- цифровая фильтрация данных.
Каждый пункт - это отдельная тема.

Уважаемый alexander55 если можете опишите поподробнее 1 пункт

/*- дифференциальный токовый вход с шунтом на входе*/
Перевожу на русский язык.
Весь измеряемый ток проходит через резистор на входе платы. Это есть шунт.
Далее стоит ОУ в дифференциальном включении, т.е. входным сигналом для ОУ является падение напряжения на шунте.

Остается самая малость- что-то сделать с шумами резистора- шунта и паразитными токами всех видов. А также с шумовыми токами и шумовыми ЭДС усилителя.

А какой канкретно вы посоветовали бы применять ОУ в этом случае.
Я где то видел PGA - говорят хотошие , термостабильные и малощумящие.

OP297


В тему
http://www.elart.narod.ru/articles/article8/article8.htm

Как правило, такие малые токи(пикоамперы), преобразуют в напряжение с помощью трансимпендансного усилителя (преобразователь тока в напряжение, обычно схема инвертирующего усилителя на ОУ с большим резистором в обратной связи), нужно сделать автоматическое переключение КУ(помогает решаеть проблему с большим динамическим диапазоном), в зависимости от переполнения, и оцифровывайте, только это подходит для довольно медленных процессов.

p.s.
неплохо бы указать область(напр. фототоки итд), в которой применяется такой сигнал (частоты? итд.)

Вообще было бы хорошо на берегу определиться с точностью, разрешающей способностью и прочь. В цифрах. Тогда все станет намного яснее.

Измерение таких малых токов, как 1 фА, достаточно проблематично. Оно точно надо ? Просто еще не встречал датчики со столь малыми токами. Можете пояснить вашу задачу ?

вполне реализуем преобразователь ток-напряжение с погрешностью измерения на уровне процентов при токах на уровне сотен фемтоампер и выше. лучше/точнее сделать сложно по следующим объективным причинам:
- шумы резистора в трансимпедансном усилителе (его номинал - гигаомы). причем шумы не только тепловые, с предсказуемым распределением, и возможностью увеличить разрешение за счет сужения полосы, а и всякие дробовые и пр. шумы.
- как правило, низкая температурная стабильность таких резисторов. лучше 200ррм/С при номинале в 1 ГОм не встречал, да и те золотые. хотя вру, есть CADDOC серия TG - там 25 ррм/С у 1 ГОм. в руках не держал.
- дикая чувствительность к ЭМ-полям, статическим разрядам и пр. любых схем на такие порядки токов. посмотрите, как сделаны электрометры.
- необходимость применения ЛАМП. электрометрических ламп, вроде ЭМ-1 и т.д., динамических конденсаторов и других хитрых приемов, поскольку полупроводники тут заканчиваются.

приходилось делать измеритель тока для электрохимии с диапазоном токов от пикоампер до 100мА. он представлял из себя многодиапазонный преобразователь ток-напряжение с коммутацией резисторов обратной связи с помощью герконовых реле
-

Ток 100 фА на резисторе 10 ГОм создаст падение всего 1 мВ. Такое напряжение само по себе сложно точно измерить, тем более быстро.
Если бы не требования по динамике, можно было бы попробовать решить задачу интегрированием измеряемого тока на конденсаторе с ультрамалой утечкой.

про то и речь, что быстро такое не измерить. никак. ни интегратором, ни ПТН... хотя о требуемой полосе ни слова не было.

к автору просьба точнее сформулировать требования.

"Подскажите новичку"... Эта задача очень даже нехилая и для профи :-)
По поводу трансимпедансного усилителя на ОУ:
1. входные токи ОУ - как раз и лежать в диапазоне fA-pA...
2. чем больше сопротивление ОС, тем бОльшим должно быть выходное сопротивление источника тока. Иначе ОУ не будет "чувствовать себя по входу" и уйдёт в смещение.

Полностью согласен.
Обычно всегда вопрос стоит так.
- Точность при малом быстродействии.
- Быстродействие при малой точности.
Мне кажется, что автор недопонял что-то и подстраховался на всякий случай.

что-то где-то здесь упоминалось о 100 герцах

Да, я тоже помню.
Обычно частоты такого порядка требуются для регулирования. Бессмысленно что-то регулировать на уровне шума (надо вначале что-то получить более-менее похожее на правду).

не видел насчет 100Гц. ну да ладно.
просто напомню, что за 10миллисекунд при токе 1 фемтоампер мимо нас проскочит всего около 60 электронов

Уважаемый Electrovoicer очень интересно было бы посмотреть на схемку которую вы делали для электрохимией.

В инете нарыл вот такие микрухи: LOG114, OPA380/381, IVC102, DDC112.
Впринципе видимо это то что мне нужно. Только вот по datasheet пока непонял какие входные токи у DDC112. Может кто подскажет.
И вообще если кто работал с этим делом - поделитесь опытом.

схемка по сути очень простая. AD549 + набор прецизионных резисторов, переключаемых с помощью специальных герконовых реле. алгоритм автодиапазона реализован на микроконтроллере. основные сложности:
- конструкция (монтаж входных цепей на фторопластовых стойках, защитные кольца, двойной экран (посеребряная медь + магнитомягкое железо))
- способы подключения исследуемой цепи (двойные экраны с "активной землей")
- выбор комплектующих (резисторы, реле)
- сложности в реализации защитных цепей (статика) без ущерба для характеристик схемы
- источник питания

в результате измерял ток на поддиапазоне 100 пА с разрешением 10 фА и погрешностью измерения порядка 1.5% при полосе единицы герц

не пытайтесь на одном поддиапазоне на микротоках получить больше 60-80дб

А что вы скажете по поводу предыдущей моей реплики ?

Почему нет? Вполне. Только всё действительно зависит от точности и других конкретных требований. С которыми автор сам не может пока определиться.... Пусть расскажет, для чего это нужно.


Что это значит?


Совершенно непонятно, для чего? ТИ-усилитель применить гораздо логичнее, ИМХО.


PGA - это всего лишь усилитель с программируемым коэффициентом усиления. Термостабильность и шумы здесь ни при чём и могут быть у них совсем не очень...


+1.

На счет требований к точности пока так - чем точнее тем лучше. Вопрос этот у меня пока на обдумывании. Я просто хотел услышать какие либо советы, что да как. На счет сигнала : возникают пики(всплески) тока примерно с частотой 100 Гц, которые могут достигать 1мА.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Вы сначала обрисуйте задачу подробнее.


Зачем Вам "какие-либо" советы? Среди них могут быть и ненужные и даже вредные. Советы должны быть конкретными по конкретным вопросам, ИМХО.

Вы и правда бы обрисовали задачу... вполне возможно, что не нужны Вам пикоамперы...

Вообщем дело вот в чем : я студент. Предполажительная тема моего диплома такая : разработать устройство детектирования сигнала пламенно-ионизационного детектора, применяемого в хроматографии. У меня щас время на обдумываня вопроса, поэто я и задаю немного глупые и не точные вопросы, и прошу у вас совета.

Herz !
Насколько я умею переводить с энгл. Input bias current - это смещение входного тока. А мне интересен минимальный уровень тока который регистрирует эта микруха.

Herz !
Насколько я умею переводить с энгл. Input bias current - это смещение входного тока. А мне интересен минимальный уровень тока который регистрирует эта микруха.

Не верю! Не верю, что в хроматографе пики с частотой 100 герц вылезают....
Раньше делали на вибрирующем конденсаторе и электрометрической лампе методом компенсации тока.
Предел самый мелкий на старом ИМТ (примерно по памяти) 2 пикоампера на всю шкалу...

Input bias current если дословно, то "входной смещающий ток". Т.е. это дополнительный к входному (собственный для ОУ) ток, который суммируется (с учетом знака) со входным током.

Занимаемся измерением малых токов в хроматографии (вещь специфическая). Схема измеряет малые токи с переключением диапазонов. Самый маленький диапазон 0..200 пА.
В процессоре реализована достаточно мощная цифровая фильтрация. В принципе разрядов 18 выжимаем. Только весь монтаж входного каскада выполняется на весу (ножка 2 весит в воздухе). Весь входной каскад убирается в металлическую коробку, которая землится.

rezident !!! ну я так и понял по поводу Input bias current.
А вот какой сигнал (диапазон) можно подавать не понял.

URANst, а в каком институте учитесь?
В принципе, по хроматографии могу предложить любые схемы и программы, поскольку работаю в этой области

wodya !!! Мне видимо очень повезло , что я стокнулся с вами. Если вы можете помогите плиз. Меня интересует электронная часть прибора. В первую очередь усиление сигнала датчика и вывод его на компьютер. Не отказался бы посмотреть и на схему управления подачи газа и регулятора температуры. Если вы производитель то укажите адрес сайта с вашей продукцией. Поделитесь опытом что тяжелее всего реализовать (электроника) каких наилучших результатов вы добились в этом деле. Вообщем меня интересует все что вы знаете по этому поводу. Если вы сможете, то вышлите мне пожалуйста документацию (схемы, может быть платы и т.д.). Буду очень вам блогодарен. E-mail : URANstin@mail.ru

Не наделайте глупостей. Есть секреты фирмы, собственность фирмы, в которой Вы работаете, промышленный шпионаж и т.д.