引言

在电子束设备中，从电子枪阴极发射的电子在高压加速后经过透镜的聚焦，可以形成极细的电子束，打在不同用途的标记上，可以产生不同的信号，例如入射电子、二次电子、背散射电子等。由于电子束流的大小与电子束设备的性能有着直接的联系，精确的信号检测对调整电子束设备工作过程中的各参数起着至关重要的作用。随着大规模集成电路集成度的增加，电子束设备的工作对信号检测的要求愈发严格，电子束设备中的各待检测信号如入射电子、二次电子等，均为电流信号且非常微弱，一般为皮安量级，一般检测思路为I/V放大转换处理。然而，在对微弱电流信号进行检测时，不能单靠放大技术，想要成功提取出想要的信号，除了增大微弱信号的幅度外，还必须有效抑制噪声及其他干扰信号。因此，进行电路设计及测试前需要明确影响测试结果的各类噪声的来源与属性，深入分析噪声生成的缘由及变化规律，制定并实施具有针对性的方案，实现对噪声的有效屏蔽及其他干扰信号的抑制。

目前，微弱电流信号检测在工程应用、航天领域、生物医学传感、光电探测器、环境监测等领域都有应用之处，目前国内外在微电流检测电路开发中大多停留在纳安级，部分文献对微弱电流检测的相关理论及仪器设计做了说明[1-4]，相关检测产品中，部分有体积偏大、便携性差的问题，部分有成本高昂、维修困难的问题，部分文献对微弱电流检测技术的应用及电路设计做了相关介绍[5-10]，部分电路设计中应用的T型电阻反馈网络I/V转换电路有测试精度不高、噪声影响明显的问题，电容积分电路有响应慢的问题，部分微电流检测应用电路也有测试范围有限等问题。

本文设计的微电流检测系统通过选择低噪声高性能的集成运算放大器，设计对应的高反馈电阻的跨阻式I/V转换电路结构，再与二级放大电路组成级联放大，实现微弱信号的高增益放大，同时优化电源模块，通过多种方式进行降噪滤波，最后基于MCU开发嵌入式计算程序，进一步优化了检测精度。测试结果表示该系统可以在较强的电磁干扰环境下测量出皮安级别的信号，并且测量误差低于0.5%，响应迅速，且体积小质量轻，便于安装携带。此外特别设计了量程变更电路，使得该系统在应用中对皮安量级的电流与纳安量级的电流均具有测试能力与高测试精度。

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作者信息：

韩奥，谭小林，吴仕坤，陈章隆，巩小亮

（中国电子科技集团公司第四十八研究所，湖南 长沙 410111）