低电流测量仪器的电流测量方法

数字万用表(DMM)一般不适于测量极低电流，因为DMM的输入失调电流过大、电流分辨率不够高而且输入压降过大。

电流测量方法
测量电流的两种基本方法是分流电流表法(几乎所有DMM都采用，此方法的电流灵敏度有限)和反馈电流表法(静电计、皮安表和SMU等仪器使用)。虽然理想电流表电阻为零，但所有实际电流表都存在内阻。为了最小化负载误差，电流表的内部分流电阻应比DUT电阻小很多。

图2a举例说明了一种分流电流表电路。这是一个基本电压放大电路，其中分流电阻在输入端，形成了电流表。输入电流经过此分流电阻后测量该电压降并计算电流。输出电压Vout定义为：

使用反馈电流表电路(图2b)的仪器中，输入电流经过反馈电阻器(RF)。放大器的低输入偏置电流带来的电流变化量可忽略不计。放大器输出电压用输入电流与反馈电阻乘积的负值计算：

在这种情况下，输出电压能反映输入电流的大小而且反馈电阻器决定了总灵敏度。高增益运算放大器实现了低压降和对应的快速上升时间，这迫使输入电压接近于零。

图2：分流电流表电路(a)与反馈电流表电路(b)。

在衡量一台仪器是否适于低电流应用时，仔细查看准确度指标非常重要。然而，仪器data sheet可能采用不同格式来表示准确度，这会使比较变得复杂。增益和失调误差可以结合为百分数表示的指标以及一系列最低有效位计数表示的指标。准确度还能用百万分率表示。

高阻测量法
虽然可通过源电流/测量电压或者源电压/测量电流的方法测量电阻值，但高阻测量建议采用源电压/测量电流的方法。可以使用静电计(或皮安表)和电压源(见图3a)进行高阻测量。某些带有内建电压源的静电计和皮安表能够自动计算电阻值。

SMU还适于测量高电阻。在SMU内部，电流表和电压源采用串联连接(见图3b)。未知电阻连接在SMU的HI施加端子和LO施加端子之间。

图3：通过静电计(或皮安表)和电压源(a)或通过SMU(b)的源电压/测量电流方法测量高电阻。

用源电压/测量电流法进行高阻测量时，用户必须考虑电压源和电流表的准确度，以及器件连接的完整性。从连接器经过电缆进入测试夹具的整个信号路径都必须经过优化才能保持信号劣化最小。

电缆和连接器
用于低电流和高电阻测量的两种常见连接器类型是双接头的BNC连接器和三接头的三同轴连接器。BNC连接器用于屏蔽层包裹单芯导体构成的同轴电缆。在进行高灵敏度测量时，屏蔽电缆具有最小化噪声的重要作用。三同轴电缆配合SMU使用，因为第三根芯能实现防护测量。

测量高电阻时，应当选择芯与芯之间绝缘电阻高的电缆。质量好的三同轴电缆采用聚乙烯绝缘材料，而且一根芯专用于屏蔽约为1E12 Ω/ft的绝缘电阻。一定要核对厂家的指标并确保电缆和连接器都能用于高阻抗测量。同轴电缆和三同轴电缆都有适于低电平测量的低噪声版本。低噪声电缆的内部石墨涂层能让失调最小。即便普通同轴电缆的漏电流和噪声电流都高于低噪声电缆，但在某些情况下普通同轴电缆(例如RG-58)就够用了。

电缆电阻值、电容值和漏电流随电缆长度增加而变化，所以尽可能让所有连接电缆长度最短极为重要。用屏蔽电缆和测试夹具可以防静电。测试光敏器件时，一定要使用遮光的测试夹具。

为避免测量误差，将静电计、SMU或皮安表正确连至DUT非常重要。一定要将仪表的高阻端子连至被测电路的最高阻抗点。