关于微弱信号放大
问：
我是做水分析仪器方面的，他们的传感器的输出大多十分微弱，好比拿氧来举例：给传感器供0.7V恒压，它会输出一个20nA~200nA这样一个电流，这么微弱的电流简直是无法想象的，功耗、速度、带宽之类都次之，我看了一些运放的资料，但是即使最高真个也不能完成这个任务啊。是不是需要一些复合的方法或者手段
答：
(1)你说微弱信号放大应该是提高前辈行I-V转换，再进行放大，当然也可一步到位；实现这种目的应该不难，题目在于其SENSOR敏捷度和I-V转换、放大所产生的噪声电平如何按捺？推荐NS、AD、BB公司的OP，其网站上有具体工程设计手册，应该对你有所匡助。
(2)这种情况一般选择Ib非常小的高精运放或者log AMP，对于信号范围较大的，可以在反馈端用模拟开关选择不同的反馈电阻。
(3)目前我也一直在解决这个题目：碰到的题目是若直接利用电阻将电流信号转换为电压信号（Vout=Iin*R,如R=1Mohm），后跟一个稿输入阻抗的运放跟随，发现因为采样电阻高，而引入了50HZ的干扰波“采用一个电阻（好比1Gohm）与一个低偏置电流较高输入阻抗的放大器组成一个跨导放大器（transconductance amplifier）即可完成IV变换(Vout=Iin*Rf， Rf为跨导--就是那个1Gohm的电阻，Iin为输入电流，Vout为放大器的输入电压)。”有一个疑问：1Gohm是否会引入干扰，如50HZ的周波。题目：50HZ的干扰波该如何消除呢？
(4) a、电路设计时留意平衡的处理，尽量平衡，对于按捺干扰有效，这些在NS、BB（被TI收购了）、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。（电流－电压转换，如光电接收电路等）
b、推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部门罩起来（开个小模具），金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。
c、nA级电流已经不小了，不要畏难。选择输入电流pA级的运放即可。假如对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是本钱高些，假如普通运放能知足要求，也可以不用，看你们精度要求了。（仪表放大器平衡性最好，见上面第1条）
d、若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简朴的高通电路，按捺50Hz干扰。
(5) 50Hz干扰是常常碰到的，不太清晰你的整个系统（电源，传感器，信号调理电路，等等）的连接关系，各部门供电及接地如何处理的。首先你要找出干扰源头在哪里，是从传感器那里来的，仍是在信号调理这边来的，你可以把信号调理电路的输入端对地短路使得输入差分信号为0，然后观察放大器输出有无干扰。需要留意的是，假如你用示波器丈量时使用不当，可能造成丈量假象，示波器的地线不能太长，示波器的 220v电源端地线要接地良好，将示波器探头地线与信号线短路（这样示波器的输入差分信号为0），然后接到调理电路的地上，看有没有50Hz的干扰，假如有，说昭示波器的丈量受到共模干扰的影响，解决方法：使用220v隔离变压器给示波器供电，用短的多股编织铜带连接示波器信号地和被测电路地。通常，假如放大器与传感器之间的电缆较长的话，很轻易引入50Hz干扰，建议使用屏蔽对称电缆来传送信号。
(6)对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必需使用一些较特别的方法和传感器激励手段。使用同步检测电路结构可以得到非常好的丈量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部门。电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。
(7)良多传感器都要加变换电路后才可以送去放大，前端长短常重要的。这个案例要先做I/V变换后就好处理了。另这种电流的变化对传感技术来说已经很可观的了。
(8)对于量程最小为20nA的电流丈量，张先生建议采用“交放逐大-同步检测”的方法。这种方法在弱电量丈量方面有广泛的应用。在弱电流丈量领域（行业内称丈量弱电流的仪表为静电计），有一种采用振动电容做‘调制器’的丈量弱电流的方法，用一定频率的交流信号激励振动电容的线圈，调制电容极板上的电场（不影响电荷，极板之间的DC leakage current几乎可以忽略不计），将电荷转换为交变电压信号，然后交放逐大，再进行相敏检波（或叫做相干解调，跟张先生所述‘同步检测’一个意思，可用4个二极管组成双平衡形式，输入的信号一路是携带了输入信号的调制信号，另一路是），检波输出经缓冲后接高电阻连到输入端---所谓‘高绝缘端 ‘或‘高端’，构成一个跨导放大器。这种方法可以取得很高的敏捷度，抗共模干扰能力特别强，最小可测电流几乎只受噪声特性限制。但是，题目的另外一个方面，采用这种方式需要的电路复杂，器件较多，本钱上很不具上风。实际上，在弱电流领域，20nA是“非常强”的信号，根本用不着如斯大费周折。在所需要的工作温度范围内，根据丈量误差限的要求（好比全温范围内小于0.5%），选用输入失调电流最大为pA量级（0.5%误差要求可选Ioffset<20nA/1000=20pA）的运放，再根据运放datasheet上的共模按捺比、失调电压（工作温度范围内）、输入阻抗、开环增益，以及传感器输出的 DC共模电压，进一步核算考虑了这些非理想因素带来的误差影响，看终极的结果能否知足误差要求。一般来说，可以选用低偏置电流的仪表运放，在共模按捺方面能有很好的表现。另外，仪表运放还可以利便地改变‘开环增益’增益而不影响输入阻抗（降低失调电压的影响需要降低开环增益）。实际电路中，还要加上调零电路，与输入信号相连的pcb布线附近要有大面积地包抄，如要不断改进的话，还可以考虑设计一个guard ring，用来降低pcb材料带来的额外直流漏电（对这个应用来说可能用不着）。
参考：霍尔电流传感器 http://www.njtxck.com/
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