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智能产品低功耗分析技术——巧用“0V” 压降电流表

02/21 14:00
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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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