隨著科技發(fā)展，極限條件下的試驗(yàn)測(cè)量已成為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)大自然的重要手段，這些試驗(yàn)中往往測(cè)量的都是一些非常弱的物理量，比如弱磁、弱聲、弱光、弱振動(dòng)等，由于這些微弱的信號(hào)一般都是通過傳感器進(jìn)行電量轉(zhuǎn)換，使待測(cè)的弱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。實(shí)際測(cè)量時(shí)，噪聲和干擾無法回避，影響了測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確性。以研究測(cè)量pA級(jí)電流為目的，開發(fā)設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確度為0.5級(jí)的微電流測(cè)量?jī)x，測(cè)量的最小范圍為10 pA.對(duì)于pA級(jí)電流測(cè)量，測(cè)量電路無法直接捕獲電流信號(hào)，需要進(jìn)行I/U轉(zhuǎn)換。對(duì)于轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)需進(jìn)行進(jìn)一步的放大，否則會(huì)被運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓、偏置電流這些直流信號(hào)干擾。問題在于，在放大捕獲待測(cè)信號(hào)的同時(shí)，工頻干擾、噪聲、電路失調(diào)等雜質(zhì)信號(hào)也同時(shí)被放大，所以需要設(shè)計(jì)出相關(guān)的后續(xù)電路加以過濾、去除。對(duì)于工頻干擾，通過采取屏蔽、濾波即可。而對(duì)于電路失調(diào)等這些直流雜質(zhì)信號(hào)的消除，是本文所要闡述的核心所在，即通過采用調(diào)制電路、差分電路過濾掉這些雜質(zhì)直流信號(hào)。

1微電流測(cè)量方法概述

1.1測(cè)量方法

微弱信號(hào)檢測(cè)就是要從信號(hào)源中過濾掉干擾信號(hào)，增強(qiáng)/最大限度地還原有用的待測(cè)信號(hào)，提高信噪比（SNR），有效抑制噪聲是微電流測(cè)量的難點(diǎn)和重點(diǎn)。新的微電流檢測(cè)方法的提出及微電流測(cè)量?jī)x的研制是目前該領(lǐng)域內(nèi)的一大熱點(diǎn)。就檢測(cè)方法而言，目前主要有：取樣積分法、相關(guān)檢測(cè)法、噪聲分析法、調(diào)制解調(diào)法、小波變換法、高阻抗輸入法、光電耦合法、集成運(yùn)放、計(jì)算機(jī)程序控制等，但取樣電阻法和運(yùn)放反饋電流法是微電流測(cè)量常用的方法。

噪聲干擾是一種有效的壓制性干擾信號(hào)，根據(jù)噪聲的種類和特點(diǎn)，主要有2大來源：1）來自電子系統(tǒng)內(nèi)部固有噪聲，包括運(yùn)放的偏置電流、失調(diào)電壓，電子元件發(fā)熱產(chǎn)生的熱噪聲，數(shù)字電路干擾產(chǎn)生的脈沖式噪聲，開關(guān)電路產(chǎn)生的尖峰噪聲等；2）來自電子系統(tǒng)外部，諸如工頻干擾、射頻噪聲、大氣噪聲、機(jī)械噪聲等。測(cè)量中，對(duì)噪聲的處理極其重要，該文提出，微電流測(cè)量的關(guān)鍵在于抑制電路雜質(zhì)直流信號(hào)和工頻干擾。

1.2微電流測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)吉時(shí)利公司利用在靈敏電流測(cè)量?jī)x器上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)開發(fā)出6482型雙通道皮安表/電壓源，測(cè)量分辨率高達(dá)1 fA，6位半，測(cè)量范圍2 nA～20 mA.

2設(shè)計(jì)理論

2.1微電流一電壓轉(zhuǎn)換原理

由戴維南定理可知，任何一個(gè)兩端網(wǎng)絡(luò)都可看成一個(gè)等效電壓源Us與等效電阻Rs串聯(lián)，即Rs=Us/Is.運(yùn)放反饋電流法測(cè)量原理如圖1所示。