如何实现模拟零漂移采样并保持数小时？

这种所谓的“零漂移”运算放大器在85°C的温度下以1 uF的电容下垂.001V / sec。如果我正确阅读规范，则为3.6V /小时！

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lf398-n.pdf

有没有一种方法可以将低电流V保持长达约5个小时，而漂移或下降则在我要求的约250 ppm或等效的12位分辨率内？

“低电流”表示mA或uA标度。

采样率介于每秒一次和每5小时一次之间。

宁愿留在模拟领域，因为我想探索和扩展我的模拟知识。

该解决方案应该是实用的，并使用通用组件

数字解决方案是可以的，但应该是无代码的，因此非编码人员可以访问它，并且不需要计算机即可实现，因此，没有计算机的人（例如，经济上处于劣势的青少年导师）也可以访问它。 。

不要求特定的部件号，而只是基本方法。

更新：
制造商确认我的每小时下降估计是正确的。根据制造商的说法，下垂在很大程度上受到缓冲放大器的输入偏置电流以及开关可能发生的任何泄漏的影响，而不仅仅是正常的电容器泄漏。 https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/641041/2365384#2365384

嗯，似乎有解决方案，尽管这是过去的爆炸……

模拟存储设备概述（自1962年开始）

“该transpolarizer中，更广为人知的静电模拟transfiuxor ...”

对于更现代的解决方案，带ADC和DAC的微型微处理器似乎是必经之路。而且，与模拟解决方案不同，它更可能在温度下保持稳定，这始终是一个不错的选择……

关于大盘股：存在几个问题。

• 电容器的值取决于温度，因此，在您的电容器中充有恒定电荷的情况下，电压会随温度而变化。取决于笔帽类型，效果会很小或很大。

• 电容器泄漏取决于温度（对于电解）

• X7R是压电麦克风。

• 介电吸收意味着您要为帽充电，然后断开帽连接，稍等片刻，然后帽上的电压会有所不同！这取决于充电（或放电）之前的电压。另外，对于打算用于电源去耦的大电容，其效果绝对是无害的，因此没有人关心它，因此没有规格。我不知道这是否取决于温度和老化程度，但没有理由不这样做。您将仅获得适用于高精度积分器等的盖帽的有用规格。

我记得在470µF 6V3 Panasonic FR盖上测量泄漏。我将其充电至5V几分钟，然后每隔几分钟对其进行测量。由于DA，电压会迅速下降，然后稳定在4V左右。我把帽子放在架子上一周，然后再次测量。计算出的泄漏量以纳安为单位，但是您必须将其保持在目标电压一段时间（例如至少数小时，如果不是几天的话），以克服介电吸收……因此，在此应用中它将完全无用。

获取电动电位器。要进行采样，请使用运算放大器将差值驱动为零，并保持不动。精度可能会很低，但是请注意不要漂移。

对于标准的模拟组件，答案不是肯定的，不是真的。

当然，如果有足够大的电容器或其他存储元件，则可以长时间将电平保持在所需的差值之内，但是随着时间的流逝总会有一些损耗。此外，从存储设备提取信息的动作从该设备去除能量。

从理论上讲，通过将超导回路与任何外部磁场适当隔离，可以建立不确定的电流。但是再次，测量该电流将涉及能量去除。

加成

另一种选择是在存在霍尔效应传感器的情况下“永久”磁化某些材料或物质。使用正确的材料，您可以长时间存储该“级别”。

但是，当然，仅通过数字方式进行操作将更加便宜和容易。

但是，您不需要微型。

以下是混合的模拟/数字峰值检测和保持电路。

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

该电路使用跟随器DAC转换计数器的电压电平，以匹配电容器上的电压。一旦DAC值匹配，只要电源打开或直到发送CLEAR信号，计数就会停止并且输出电压将保持不变。现在，电容只需要保持峰值电平很长时间，而计数器要花很长时间才能上升到该电压。显然，输出的粒度取决于计数器/ DAC中的位数。

真正的“采样和保持”电路将需要一个额外的输入，如下所示，或者需要某种形式的窗口比较器来检测计数器何时在该值的一步之内。

^{模拟该电路}

如果计数器/ DAC的转换速率比原始信号的转换速率快，则完全不需要模拟采样器。

尽管在数字方面要容易得多，但是您可以通过一些谨慎的零件选择在模拟方面做到这一点。

本质上，您需要三个高性能组件：

• 低泄漏电容器
• 低泄漏模拟开关
• 用于输出缓冲器的低输入偏置电流运算放大器

如果您打算保持几个小时，就不用再使用传统的陶瓷电容器了。最好的选择是聚丙烯薄膜电容器。鲍勃·皮斯（Bob Pease）写了一篇很棒的文章，描述了它们的泄漏率：电容器泄漏的东西到底是什么？每天大约为毫伏，这可能足以满足您的应用需求。

交换机是其中经常被忽略的一部分。您会发现，即使最好的现成固态模拟开关的漏电范围也仅为几皮安。10 pA的泄漏率意味着对于一个1uF的电容，您将在五个小时内消耗掉180mV的电压。您可能会接受，也可能无法接受。如果您需要做得更好，则更好的解决方案是簧片继电器，该簧片继电器实际上会在触点之间形成气隙，因此泄漏量几乎可以忽略不计。

就低输入偏置电流运算放大器而言，有很多选择。我最近在高阻抗设计中使用了TI的LMP7721。室温下的最大Ib为20 fA，85°C下的最大Ib为900 fA。

因此，我们可以很容易地想到一个设计，其中包含一个聚丙烯帽，一个簧片继电器和一个低Ib缓冲器。假设我们使用：

• 甲0.33uF Vishay的聚丙烯电容器，其具有从泄漏的数量级上的RC时间常数$4 \cdot 10^5$ 在室温下秒。

• 甲最好的一流的舌簧继电器，具有一个开路电阻$10^{14} \Omega$。

• 前面提到的LMP7721运算放大器。

如果上述组件处于室温，则5小时后您将产生以下错误贡献：

• 上限的RC时间常数下降4.5％。
• 簧片继电器的漂移几乎可以忽略不计
• 从缓冲区的漂移基本上可以忽略不计。

这是假定您具有适当的低阻抗布局（例如：从板上移除阻焊层，使用从动保护环）。

另外，聚丙烯瓶盖的RC值是最坏的情况：现实世界可能更好。校正：这是一个典型值。但是，正如Pease在上面链接的文章中发现的那样，浸泡后的聚丙烯瓶盖的时间常数可能在数年左右。因此，这将需要一些实验，并且可能需要合并。

因此，当然可以以模拟方式执行此操作，尽管在将输出数字化时可能不切实际。

我已经看到这是通过一个簧片继电器，一个AD545运算放大器（现在有更好的放大器）和一个大的100伏聚丙烯电容器完成的。电路板制造商可以在板上进行切割，其效果比单独使用保护环更好。继电器不是环氧成型的，而是某种“开放式”的。运算放大器装在罐子里，但是最近这不可能。

该钻机稳定了几天。

解决方案1

如果您知道帽的泄漏斜率，则可以按一定的时间间隔反复“顶”帽，以补偿下垂。

但是，斜率可能是非线性的，因此，补足量将是非线性的。金额可能只是上限费用水平的简单百分比，这将简化事情。

解决方案2

如果您可以使用芯片制造厂，则可以复制具有14位有效分辨率的深奥“ 3晶体管非易失性模拟存储单元，它由存储在MOS晶体管浮栅上的电荷组成，通过热电子写入通过栅极氧化物隧穿注入和擦除，体积小且功耗低。”

https://pdfs.semanticscholar.org/ed68/f94ad3d4bfad1126e83d152e23e6e6e0e495.pdf

或使用EEPROM作为模拟存储设备的此技术：

https://people.eecs.berkeley.edu/~hu/PUBLICATIONS/Hu_papers/Hu_JNL/HuC_JNL_194.pdf

解决方案3

如果不是模拟的，则可以将专用的ADC芯片直接用于锁存器。这样可以避免使用每个OP都保留解决方案代码免维护的MCU。

您可能必须使用各种分立的逻辑芯片，时钟或计数器，才能使闩锁起作用。

例如，据说该Maxim芯片无需MCU即可使用（不是产品认可）。

https://www.maximintegrated.com/zh-CN/app-notes/index.mvp/id/1041

这是使用不带MCU的ADC的另一个示例，该系统比OP所需的复杂得多。例如，作为录音机，它的采样率和存储要求远远超出了OP的需求。

http://ultimationee.blogspot.com/2011/09/digitally-recording-and-playing-back.html

解决方案4

您可以使用价格便宜的通用数字电位器。它们可用于持久性存储，并且易于使用。

但是，它们的分辨率不是很高，范围从100到256步。您可以串联使用5个以实现有效的12位分辨率。

可以直接从输入端的ADC驱动，而无需使用MCU。因此，基本上，您将使用它们作为闩锁。闩锁可能会更容易。

此链接不代表任何产品或分销商的认可

https://www.mouser.com/Mobile/半导体/数字电位器-IC /// N-4c498 /