智能产品低功耗分析技术——巧用“0V” 压降电流表

在10月31日和12月20日两期是德科技的微信公众号中，我们分享了低功耗分析的两项技术，即电流无缝量程切换技术和长时间的数据记录。前者是解决智能设备中高速、高动态变化电流的精确测试，后者则是对电流进行数小时、甚至数周的长时间记录，以评估产品的功耗和电池续航能力。这两种手段，都是在利用电源来取代电池对产品进行供电的同时，对电流进行测量，即测试被测件总电流的特性。

但在智能产品电流分析的过程中，很多情况下需要对子电路或功能模块进行电流的测试和分析。例如下图这个物联网模块：

在这个模块中，不仅有供电电池和电源管理，还有传感器、天线、MCU、状态显示等若干个模块。如果在研发过程中需要测量TP1、TP2，TP3、TP4几个节点的电流，以及它们之间的相关性，那该怎么办呢？

相信大多数工程师的第一反映，就是示波器+电流探头。但我们以前就谈过，示波器虽然采样速度很高，但对mA以下的电流测量，基本上就是无能为力，无论是底噪还是动态范围，都无法满足nA 至uA的动态电流测量。

还有工程师会用具备50KHz 数字化仪的数字万用表串在回路里，来监测从nA至mA级的高动态小电流。如果需要同时测量4路，就要接上4台，同时通过上位机控制同步和获得数据。但有的工程师在尝试后，就不得不放弃了，因为这种方法，经常会使被测件出现工作异常、经常重启，甚至关机，即便万用表有读数，也不停跳动，不知道该如何获得正确的测量结果。而且多台同步的工作也很繁琐。

问题出在哪里了呢？我们来看下图

这是数字万用表测量电流常用的方法，电表被串在回路中，通过内置的高精度分流器作为电流传感器，来监测电流。这个分流器在不同的电流测量档位，电阻值不同。我们以是德科技34465A高性能六位半数字万用表为例：

34465A 高性能六位半数字万用表

万用表在电流测量时，为了得到最佳的测量精度，就会根据输入信号的幅度自动调整量程， 这对于静态电流的精密测量，无疑是非常有价值的。但对于动态电流时，由于万用表在切换量程时，不断地更换“取样电阻”的阻值，容易造成电路工作异常，甚至关机。

能否将具有无缝量程切换技术的N6781A电源模块串在回路中，用于每个功能模块动态电流的测量呢？答案是肯定的。

使用N6781A作为电流表，不但可以精确测量从nA至安培级的高动态变化的电流，而且还能克服传统电流表“取样电阻”分压的问题，并解除其20V的电压限制。在使用N6781A工作在电流表时，将其电压设为0，可以保持输入、输出端子上始终0V的电压差。

在N6705C中，可以安装4个N6781A SMU模块，因此，它可以同步监测4路电流；或者，用其中一路供电并测量总电流，其它的用于各路电流的测量，可以极大方便测试和验证工作。同时，由于N6781A 为差分输出并浮地，所以和通用万用表一样，不必担心接地带来的问题。

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