[发明专利]一种用于fA～pA量级微弱电流的绝缘薄膜测量系统

权利要求书

1.一种用于fA～pA量级微弱电流的绝缘薄膜测量系统，其特征在于：绝缘薄膜测量系统包括样品固定装置、电学测试装置和计算机；电学测试装置用于测量样品的漏电流特性，计算机用于控制电学测试装置，并接收和记录电学测试装置回传的测量数据；

电学测试装置包括：前置跨阻放大器，前置跨阻放大器包括用于fA～pA量级微弱电流测量的ASIC；

所述ASIC内部包括有：CMOS运算放大器A1和CMOS运算放大器A2构成的放大电路、四个CMOS 传输门，第一CMOS 传输门设置在外部输入信号端与CMOS运算放大器A1的反相输入端之间，第二CMOS 传输门设置在外部输入信号端与电源地之间，第三CMOS 传输门设置在CMOS运算放大器A1的输出端与CMOS运算放大器A2的反相输入端之间，第四CMOS 传输门设置在CMOS运算放大器A1的输出端与CMOS运算放大器A2的同相输入端之间，四个CMOS 传输门均受控于时钟脉冲信号而工作于开关状态；

在时钟脉冲信号控制下：第一CMOS传输门和第二CMOS传输门同时开或关，第三CMOS传输门和第四CMOS传输门同时关或开，并且，第一CMOS传输门和第二CMOS传输门的开关状态与第三CMOS传输门和CMOS传输门的开关状态总是相反，即第一CMOS传输门和第二CMOS传输门处于导通低阻状态时，第三CMOS传输门和第四CMOS传输门则均处于截止状态，反之亦然；

通过四个CMOS 传输门构成的开关电路将放大电路按时间片轮切为两路，其中一路包含有待测信号和各种失调信号，另一路仅包含有各种失调信号，上述两路信号分别经过通过两组分别由电阻、电容、传输门构成的采样保持电路，再通过减法电路将两路复而为一，得到待测信号，消除输入偏置电流带来的失调信号；

在第一CMOS传输门的控制端与第二CMOS传输门的控制端之间插入2N个串联的CMOS反相器，N为正整数，N的取值由第一CMOS运算放大器A1的响应速度来决定，以此来实现与运算放大器A1的输入、输出端之间的微小相位差的匹配，避免第二CMOS传输门和第四CMOS传输门的开关动作不完全匹配第一CMOS运算放大器A1响应速度的问题。

2.一种如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：

电学测试装置包括：程序控制电压信号源、前置跨阻放大器、电流测量装置、计算机接口电路、A/D转换器，程序控制电压信号源由计算机通过计算机接口电路控制生成和输出测试电压信号，前置跨阻放大器输入端通过测试电缆电性连接至待测样品上的两个电极，前置跨阻放大器输出端电性连接至电流测量装置；电流测量装置用于测量经过待测样品的微弱电流，通过A/D转换器将模拟测量结果转换为数字测量结果，并将数字测量结果通过电学测试装置的计算机接口电路反馈至计算机；

前置跨阻放大器，包括有：用于fA～pA量级微弱电流测量的ASIC、中间电压放大器、后端电压放大器；

所述ASIC具有十个引脚；其中，第一引脚为信号输入引脚，用于输入待测电流；第七引脚为电源地引脚；第十引脚为电源正极引脚；第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚、第九引脚为功能引脚，用于连接ASIC外围元件；第五引脚还作为信号输出引脚，用于输出放大后的电压，并电性连接至中间放大器的输入端；ASIC的第七引脚连接至电源地端，ASIC的第十引脚连接至电源正端；ASIC的第一引脚作为待测电流信号输入端，用于输入待测电流；ASIC的第五引脚作为放大电压信号输出端，用于输入放大的电压信号；ASIC的第二引脚和第三引脚之间并联接入第一反馈电阻，ASIC的第四引脚和第五引脚之间并联接入第二反馈电阻，ASIC的第六引脚和电源地端之间串联接入第三反馈电阻；ASIC的第八引脚和第九引脚之间并联接入一个MΩ量级的电阻和一个晶体振荡器，该MΩ量级的电阻通过反馈作用将迫使第一CMOS反相器无法正常工作在开关状态，而是处于线性放大区，构成一个放大器，产生振荡，振荡频率取决于晶体振荡器的谐振频率。