要测量在10aA带宽肯定没法做到1Hz了,10aA电流的测量还是经典的两种方式:跨阻法和电容积分法。与常规的微弱电流测量不同的是,当前常见半导体器件已经不太能满足10aA电流测量的噪声或者漏电流要求了,所以在很早期的时候就有了利用机械斩波的方式来读取微弱电流在高阻或者电容上产生的电压变化,有种锁相放大器到那种相干检波的意思,用来在噪声中提取被同频调制的目标信号的电压。我之前也整理过一些相关的资料,其中我就搞到了一个常压电离室的内部电子学前端,就是使用机械斩波+跨阻法实现的:
这里面使用了4.5TΩ的跨阻,底部这个金属的圆柱内部就是机械电容斩波器,我这没拆开,但是我找了个前苏联的电容积分式超微电流计内部的机械电容斩波器的拆机图:
图片来自:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
这个网站里面关于这个V7-45的资料还蛮详细的,有原理图和程序固件,但是苏联的电子元件找起资料来还是比较困难的。
然后回到这个电离室的微电流前端,它的电路示意图如下所示:
最后就是我使用一些现代半导体元器件设计制作的一个简易的纯固态亚aA级的微电流计,量程从100fA到500μA,下面使用10mV电压源和1T标准高阻产生10fA,测试下来rms噪声130多aA,Peak-to-Peak噪声700多aA。
从图表的正负切换的时间中可以看到为了在100G跨阻的情况下达成这个指标,也是狠狠的压了带宽。此外还有复杂的数字滤波算法运行在单片机上。