Wie sind so niedrige Eingangsströme des Operationsverstärkers möglich?

Ich verstehe, dass Operationsverstärker niedrige Eingangsströme haben; das ist eines ihrer bestimmenden Merkmale. Aber wenn ich mir das Datenblatt für den LMC6001 anschaue (amüsanterweise "Ultra, Ultra-Low-Eingangsstromverstärker" genannt, weil ein Ultra einfach nicht genug war), muss ich mich fragen: Wie bekommen die <zensierten> so niedrige Eingangsströme?

Der LMC6001 beansprucht einen maximalen Eingangsvorspannungsstrom bei 25 ° C von 25 Femtoampere . Mit einer Offset-Nennspannung von 10 mV zwischen den Pins entspricht dies einem 400-GΩ-Widerstand zwischen den Eingängen, bei denen es sich um zwei benachbarte Pins eines SOIC-Gehäuses handelt. Und die äquivalenten Eingangs-Leistungs-Widerstände sind noch höher!

Und wenn man sich die Komparatoren ansieht, ist das noch beeindruckender. Nehmen wir zum Beispiel den TLV7211 , bei dem die äquivalenten Eingänge von Eingang zu Eingang und von Eingang zu Leistung in der Größenordnung von 100 TΩ liegen und sich in einem noch kleineren SC-70-Gehäuse befinden. Wie wird dies nicht von Leckströmen durch die Leiterplatte und die Verpackung dominiert?

Die Eingangsimpedanz kann nicht direkt mit dem Leckstrom verglichen werden.

Die Eingangsimpedanz ist die Änderung des Eingangsstroms mit der Spannung. Ein Eingang könnte einen Vorspannungsstrom von 1 uA und einen Eingangswiderstand von 1 G wenn 1 uA mit der Eingangsspannung sehr stabil wäre.$\Omega$

Sie sind MOSFETs und ein Gate-Leck von nahezu Null ist völlig normal. Denken Sie daran, dass Sie Ladung 100 Jahre lang in einem nichtflüchtigen Speicher speichern können, wenn Sie nur ein wenig Ladung auf einer winzigen Gate-Kapazität haben. Die eindrucksvollere Leistung besteht darin, innerhalb dieser Leckageanforderung jede Art von Torschutz bereitzustellen. Ich vermute, dass sie eine clevere Bootstrap-Schaltung haben, um Leckagen zu minimieren. Sie können nach Patenten suchen, um festzustellen, ob sie etwas Relevantes offengelegt haben (es wäre ein National Semiconductor-Patent).

Es gibt Optionen für die Verwendung von FR4-Leiterplatten, die selbst bei perfekter Reinigung nicht perfekt sind (und leicht durch einige Flussmittel verunreinigt werden können, um eine relativ massive Leckage zu haben). Hier ist ein Dokument, in dem einige der Probleme behandelt werden. Ich denke, Bob Pease hatte auch einige gute Tipps und Tricks, um eine geringe Leckage zu erreichen. Sie können eine Leiterplatte für den Stift mit geringer Leckage vollständig vermeiden und beispielsweise einen PTFE-Abstandshalter (Teflon) verwenden.

Sie erhalten durch die richtige Verwendung von CMOS-Transistoren so niedrige Eingangsströme. Bei der Geschwindigkeit gibt es einen großen Kompromiss. Sie werden keine GHZ CMOS-Operationsverstärker finden.

Das PCB-Layout MUSS 2 Optionen im Design enthalten. Leitplanken zwischen den Eingangsstiften verhindern, dass Leckströme von nahe gelegenen Versorgungsschienen Versätze und Rauschen in den Ausgängen verursachen. Option 2 bedeutet die Verwendung von Teflon in diesem Teil der Platine sowie das Herausführen schmaler Platinenstreifen. Der Eingangspin, der an seinen Eingängen möglicherweise einen 100-Megaohm-Widerstand hat, hat jetzt überhaupt keinen Kontakt mit benachbarten Leiterplattenspuren. Einige Teflonpfosten werden mit einem verzinnten Draht in der Mitte für Eingänge im Bereich von 100 M bis Gigaohm verwendet.

Messgeräte, die Picoampere und Picovolt messen, verwenden eine solche Schaltungstopologie, wobei Teflon für die anspruchsvollsten Anforderungen verwendet wird. Ein separater Staubschutz und eine Schutzbeschichtung verhindern, dass Staub und Feuchtigkeit Geräusche und / oder Versatzfehler verursachen.