引言

在電子束設(shè)備中，從電子槍陰極發(fā)射的電子在高壓加速后經(jīng)過(guò)透鏡的聚焦，可以形成極細(xì)的電子束，打在不同用途的標(biāo)記上，可以產(chǎn)生不同的信號(hào)，例如入射電子、二次電子、背散射電子等。由于電子束流的大小與電子束設(shè)備的性能有著直接的聯(lián)系，精確的信號(hào)檢測(cè)對(duì)調(diào)整電子束設(shè)備工作過(guò)程中的各參數(shù)起著至關(guān)重要的作用。隨著大規(guī)模集成電路集成度的增加，電子束設(shè)備的工作對(duì)信號(hào)檢測(cè)的要求愈發(fā)嚴(yán)格，電子束設(shè)備中的各待檢測(cè)信號(hào)如入射電子、二次電子等，均為電流信號(hào)且非常微弱，一般為皮安量級(jí)，一般檢測(cè)思路為I/V放大轉(zhuǎn)換處理。然而，在對(duì)微弱電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不能單靠放大技術(shù)，想要成功提取出想要的信號(hào)，除了增大微弱信號(hào)的幅度外，還必須有效抑制噪聲及其他干擾信號(hào)。因此，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及測(cè)試前需要明確影響測(cè)試結(jié)果的各類噪聲的來(lái)源與屬性，深入分析噪聲生成的緣由及變化規(guī)律，制定并實(shí)施具有針對(duì)性的方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的有效屏蔽及其他干擾信號(hào)的抑制。

目前，微弱電流信號(hào)檢測(cè)在工程應(yīng)用、航天領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)傳感、光電探測(cè)器、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有應(yīng)用之處，目前國(guó)內(nèi)外在微電流檢測(cè)電路開(kāi)發(fā)中大多停留在納安級(jí)，部分文獻(xiàn)對(duì)微弱電流檢測(cè)的相關(guān)理論及儀器設(shè)計(jì)做了說(shuō)明[1-4]，相關(guān)檢測(cè)產(chǎn)品中，部分有體積偏大、便攜性差的問(wèn)題，部分有成本高昂、維修困難的問(wèn)題，部分文獻(xiàn)對(duì)微弱電流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及電路設(shè)計(jì)做了相關(guān)介紹[5-10]，部分電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用的T型電阻反饋網(wǎng)絡(luò)I/V轉(zhuǎn)換電路有測(cè)試精度不高、噪聲影響明顯的問(wèn)題，電容積分電路有響應(yīng)慢的問(wèn)題，部分微電流檢測(cè)應(yīng)用電路也有測(cè)試范圍有限等問(wèn)題。

本文設(shè)計(jì)的微電流檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)選擇低噪聲高性能的集成運(yùn)算放大器，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的高反饋電阻的跨阻式I/V轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)，再與二級(jí)放大電路組成級(jí)聯(lián)放大，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的高增益放大，同時(shí)優(yōu)化電源模塊，通過(guò)多種方式進(jìn)行降噪濾波，最后基于MCU開(kāi)發(fā)嵌入式計(jì)算程序，進(jìn)一步優(yōu)化了檢測(cè)精度。測(cè)試結(jié)果表示該系統(tǒng)可以在較強(qiáng)的電磁干擾環(huán)境下測(cè)量出皮安級(jí)別的信號(hào)，并且測(cè)量誤差低于0.5%，響應(yīng)迅速，且體積小質(zhì)量輕，便于安裝攜帶。此外特別設(shè)計(jì)了量程變更電路，使得該系統(tǒng)在應(yīng)用中對(duì)皮安量級(jí)的電流與納安量級(jí)的電流均具有測(cè)試能力與高測(cè)試精度。

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作者信息：

韓奧，譚小林，吳仕坤，陳章隆，鞏小亮

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