一种高精微电流测量放大器的研制

电子设计工程ElectronicDesignEngineering第19卷Vol.19第20期No.202011年10月Oct.2011一种高精度微电流测量放大器的研制陈振生1,张玉林2,孙德芬1,王月1(1.山东凯文科技职业学院电工电子实训中心,山东济南250200;2.山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061摘要:介绍了用于电子束曝光机束斑和束流测量的高精度电流/电压转换放大器。根据束流极其微弱这一特定情况,为了得到超低漂移、超低噪声和强抗干扰的高精度性能指标要求,采用了对称补偿电路设计方案,合理选用高精度集成电路作为电路的核心器件。为了加强抗干扰能力,对关键技术进行了针对性的有效处理。通过实际工作运行,证明效果良好工作可靠,满足了电子束曝光机束斑和束流的高精度测量要求。关键词:束流和束斑;超低漂移;超低噪声;强抗干扰;高精度:TN305.7文献标识码:A:1674-6236(201120-0072-04Developmentofonekindofhigh-precisionamplifiertomeasuremicrocurrentCHENZhen-sheng1,ZHANGYu-lin2,SUNDe-fen1,WANGYue1(1.ShandongKaiwenCollegeofScienceTechnology,激nan250200,China;2.DepartmentofControlScienceandEngineering,ShandongUniversity,激nan250061,ChinaAbstract:Thispaperpresentsthedesignanddevelopmentofthehigh-precisionamplifierwhichisusedforthemeasurementoftheelectron-beamspotandcurrent.Inordertoensureultralow-driftandultralow-noiseandstubbornaniti-disturbancetoachieve,thisamplifieradoptsthedesignschemeofthesymmetrycompensatingcircuit.Indesignofamplifiercircuit,high-precisionintegratecircuitsarereasonablyused.Inaccordancewiththetechnicalrequirementofstubbornaniti-disturbance,somekeytechniqueshavebeenproperlyhandled.Throughthetestoftheperformanceindexandthepracticalusage,Thismeasurementamplifierisprovedtobesatisfactoryforthemeasurementamplificationofthebeamspotandthebeamcurrent.Keywords:beamspotandbeamcurrent;ultralow-drift;ultralow-noise;stubbornaniti-disturbance;high-precision收稿日期:2011-08-15稿件编号:201108040作者简介:陈振生(1946—,男,山东东平人,教授。研究方向:电工电子技术及电子测控技术。电子束曝光机的不同束斑直径对应不同束流大小,两者有确定的对应关系。束径和束流的选择应配合适当使之处最佳状态。这是曝光机达最佳曝光制版的主要条件之一。这就要求准确快速地检测束斑和束流,并把检测结果送入计算机,计算机把检测结果与最佳数据相比较,再根据比较结果由计算机控制曝光机有关部件工作参数,从而达到束斑直径和束流大小的最佳配合,保证曝光机曝光制版精度。束径和束流由扫描刀口法检测装置检测,计算机根据检测的束流波形变化计算出束斑和束流。由于检测装置输出电流很微弱(10-10~10-7A,且周围存在电磁干扰,特别是工频干扰,因此束流的高精度测量是曝光机自动测控系统有效工作的基础[1]。为此,针对我校电子束曝光机的实际情况,设计和研制了高精度微电流测量放大器,以满足曝光机工作运行中对束斑和束流的准确测控要求。1测量放大器基本工作原理测量放大器原理框图如图1所示。放大器输入电流来自扫描刀口法检测装置电极。前置级是精度非常高的超低漂移、超低噪声和强抗干扰电流/电压转换器,也就是极高精度的互阻放大器,其作用是把极微弱电流准确地转换为电压。中间级是高精度电压放大器,其作用是放大前置级输出电压,并把单端输出电压转换双端输出电压。程控放大器的增益受控于计算机,使整个测量放大器成为程控电流/电压转换器。工频陷波器滤除放大器输出中的工频干扰,进一步保证送入A/D转换器的电压足够准确。2低漂移低噪声测量放大器设计束斑和束流测量放大电路如图2所示。放大器输入电流来自束流检测装置电极。其输出电压Vo经工频陷波器送入A/D转换电路。测量放大器主电路由3级构成。运放A1和A2构成前置级,是电流/电压变换器。运放A3和A4构成中间级,是电压放大器。可编程仪用放大器PGA202构成输出级,PGA202的14管脚是数字地端。对放大器采取了以下高精度。图1检测放大器原理框图Fig.1Fundamentaldiagramofmeasurementampli...

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