一、TIA布板的漏电流注意
表1 TIA布板的漏电流注意项
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序号 |
注意项 |
说明 |
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1 |
什么情况下需注意布板的漏电流？ |
一般nA及以下的电流放大电路需考虑，因为TIA的跨阻有时甚至达到GΩ级别——重要的是跨阻大小。 |
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2 |
不注意会有什么危害？ |
1、影响DC精度（校准一般并不可行）； 2、减小输出动态范围； 3、漏电流随温湿度、时间会有变化，类似增加了低频噪声； |
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3 |
常见的两种处理方法 |
1、空气布线（I=V/R，增加R）； 2、保护环（I=V/R，减小V）。 本文重点整理这部分内容 |
二、加法器电路理解TIA的漏电流来源
我们现在准备测量1nA的输入电流信号，带漏电流路径的TIA电路板布局参见图1。
图1 带漏电流路径的TIA电路板布局
参考图1，完全可以把隐藏的原理图画出来，如图2。实际上这可以理解为一个加法器电路，这样就能用叠加法了。
图2 考虑漏电流路径的TIA电路原理图（强烈推荐翻一下ADA4530-1的数据手册，那里有很多关于弱电流信号处理的实用知识）
我们预期的结果为1V，实际仿真结果竟然为-4V，与实际结果偏差了-400%！这是完全没办法接受的。
图3 仿真结果发现直流误差非常大
三、解决漏电流的两种常见方法
表2 解决漏电流的两种常见方法
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序号 |
方法 |
说明 |
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1 |
空气布线 |
参见图4。这种方法简单粗暴但很管用，我们以前就是这么用的，但不利于生产，且易受震动等影响。 |
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2 |
保护环 |
参见图5图6。在图5电路中，保护环用低阻抗的GND即可，因为同相输入电压是接地了。这样保护环和Vin-结点的压差基本就是运放的输入失调电压了，非常小。 更多的内容参见ADA4530-1规格书，它有一个专门的GRD引脚用于保护环，低阻抗输出。 |
图4 空气布线方法解决漏电流的原理图（I=V/R，增加R以减小I）
图5 使用保护环降低外部漏电流
图6 使用保护走线降低漏电流的原理图（I=V/R，减小V以减小I）
四、实测板卡漏电流大小的方法
如果想要测试板卡漏电流大小，去掉输入电流源即可，因为它其实就是一个加法器，是可以利用叠加法的，如图7。
图7 检查实际电路板的漏电流方法即去掉输入电流，观察运放输出电压即可（这里与预期不符合，不能到-5V，是因为运放供电的原因）
五、什么情况下需要考虑布板漏电流？
最后一个问题，如果测量电流范围较大如10nA到4uA，跨阻选为1MΩ，即输出电压范围为10mV~4V。是否需要特别考虑布板的漏电流呢？我觉得没必要，原因参见图8。决定是否考虑漏电流影响的因素只能是跨阻的大小，而不是输入电流。
图8虽然输入电流最小为10nA但是跨阻只有1MΩ，所以漏电流的影响很小，最大只有5mV直流误差！（这里绝缘电阻为1G是比较常见的，一般板卡无湿常温等条件下可能会更大）
六、总结
当TIA电路的跨阻较大如1GΩ时，就需要特别考虑布板漏电流的影响了，否则会极大的影响直流精度和输出动态范围，软件校准也并不可行，因为漏电流随温湿度和时间会变化。可以通过搭建一个加法器电路去理解漏电流的原因。两种常见的解决漏电流的方法分别为“空气布线”和“保护环”，一般后者更优。
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