nanovoltio

Un nanovoltio (nV) es una milmillonésima de voltio, o 10⁻⁹ V. A esta escala, se miden diferencias de potencial eléctrico tan pequeñas que se sitúan incómodamente cerca del nivel de ruido térmico de la mayoría de los circuitos electrónicos. Un solo nanovoltio representa el tipo de señal que existe en el límite entre la medición real y el artefacto del instrumento, razón por la cual es importante en metrología de precisión.

Las mediciones de nanovoltios surgen en algunos dominios específicos. La medición de temperatura mediante termopar, particularmente en aplicaciones de alta precisión donde se requiere una resolución de miligrados, genera señales en el rango de microvoltios que deben leerse con sensibilidad de nanovoltios para evitar perder resolución. La medición de resistencia de impedancias muy bajas (milésimas de ohmio e inferiores) requiere una resolución de nanovoltios porque las pequeñas caídas de potencial inducidas por la corriente deben separarse de los errores de offset y deriva en el propio sistema de medición. Los sensores de efecto Hall y las mediciones de campos magnéticos en condiciones de laboratorio también producen señales a nivel de nanovoltios.

El problema del ruido

Detectar un nanovoltio de forma fiable no es cuestión de enchufar un voltímetro. El ruido térmico en una resistencia de 1 megaohmio a temperatura ambiente es del orden de 130 nanovoltios por raíz de hercio de ancho de banda. Un voltímetro digital con un tiempo de integración de 1 segundo en un ancho de banda de 1 Hz tendrá dificultades para resolver una señal mucho más pequeña que esta. Los circuitos de medición que operan con sensibilidad de nanovoltios requieren una cuidadosa atención a la impedancia de la fuente, el blindaje, el filtrado, la ganancia y la deriva del amplificador de entrada, y la estabilidad térmica del propio aparato de medición.

Los instrumentos que afirman tener resolución de nanovoltios suelen utilizar amplificadores de bajo ruido, a menudo amplificadores chopper-estabilizados o de instrumentación con especificaciones de ruido referido a la entrada inferiores a 50 nV por raíz de hercio. La medición también debe tener en cuenta la deriva del voltaje de offset con el tiempo y la temperatura, que puede exceder fácilmente unos pocos nanovoltios por grado Celsius en amplificadores operacionales comunes. Se utilizan referencias de precisión, circuitos protegidos y, a veces, operación criogénica para alcanzar este nivel de forma fiable.

El nanovoltio se sitúa muy por debajo del rango de microvoltios (10⁻⁶ V) común en trabajos de audio y sensores, y muy por debajo de la escala de milivoltios de los circuitos electrónicos cotidianos. En la práctica, lograr una verdadera repetibilidad de medición de nanovoltios durante horas o días es una tarea especializada reservada para laboratorios de calibración, entornos de investigación y control de procesos industriales críticos donde la inversión en estabilización y blindaje está justificada por la aplicación.