
器件漏电流、绝缘材料、传感器暗电流——这些测试的共同点是电流在 pA(皮安,10⁻¹² A)量级。很多用户把探针台和源表连好后发现:读数乱跳、不扎针也有电流、白天晚上数据不一样。问题多半不在仪器,而在测试环境。
本文讲清楚 pA 级测量的噪声从哪来、怎么治。
1 pA 是什么概念?一根普通同轴电缆的绝缘漏电、空气湿度引起的表面漏电、人体感应——轻松就能达到甚至超过这个量级。测试系统的本底噪声必须比被测电流低一个数量级,即系统本底要压到 0.1 pA 以下。
| 噪声来源 | 典型量级 | 特征 |
|---|---|---|
| 电缆绝缘漏电 | pA–nA | 与施加电压成正比,随湿度增大 |
| 工频耦合(50 Hz) | pA–μA | 读数呈规律性摆动 |
| 摩擦电效应 | pA 级 | 移动/弯折电缆时出现 |
| 环境光/温度漂移 | pA 级 | 光电类器件明显,慢漂移 |
pA 测量的屏蔽层次:
接地原则只有一条:整个测试系统单点接地。接地环路是 pA 测量最经典的翻车点:
普通同轴电缆的屏蔽层兼作地,其绝缘介质上的漏电流直接叠加到被测电流里。三同轴结构多了一层:
| 层 | 接法 | 作用 |
|---|---|---|
| 中心导体 | 信号 | 传输被测电流 |
| 内屏蔽 | 接 Guard(保护端) | 由仪器驱动到与信号近等电位,漏电流被"顶"回去 |
| 外屏蔽 | 接地 | 外界干扰屏蔽 |
Guard 的原理是让内屏蔽与中心导体电位几乎相同,两者之间没有电压差就没有漏电流。皮安计和高端 SMU 的 Guard 端就是为这个设计的——接了三同轴不用 Guard,等于白花一半钱。
| 技巧 | 说明 |
|---|---|
| 量程选择 | 小量程分辨率高但响应慢且易饱和,选"被测值的 2–5 倍"量程,不用自动量程 |
| 积分时间 | 加长积分时间(如 1 NPLC → 10 NPLC)或平均多点,能显著压噪,代价是测速变慢 |
| 消偏校零 | 测量前做 zero check 与 rel 校零,扣除系统本底 |
| 开路检查 | 探针抬起(开路)时的读数即系统本底,本底应远小于被测值 |
可以,但难度上升。用高质量低噪同轴电缆 + 完善屏蔽箱 + 加长积分时间,多数场合能压到 1–10 pA 本底。要稳定测 1 pA 以下,三同轴 + Guard 基本是必需配置。
两个常见原因:环境湿度昼夜变化改变表面漏电(尤其未接 Guard 的线缆);光照变化引起光敏器件的光电流。前者靠环境控制和 Guard 解决,后者靠遮光。
要接,而且接到屏蔽系统的统一地。台面浮空会感应静电耦合进测量;但注意不要让它形成第二条接地路径——全系统仍然只有一点接地。