Medición de baja corriente a muy alta velocidad

Por lo tanto, debe medir la corriente de suministro a 10 ksamp/s de 100 µA a 30 mA, que es un rango de 300:1.

Eso por sí mismo suena bastante factible. Incluso un A/D de 10 bits integrado en un microcontrolador tiene suficiente resolución si la señal se amplifica correctamente. La frecuencia de muestreo de 10 kHz también es bastante factible. De hecho, me gustaría muestrear más rápido que eso y hacer un poco de filtrado de paso bajo y diezmado en el micro. La frecuencia de muestreo de 100 kHz ni siquiera lo está presionando para algo como un PIC 24H. A 40 MIPS eso dejaría 400 instrucciones/muestra. Eso es mucho más de lo necesario para un poco de filtrado de paso bajo y contabilidad de fondo, por lo que también funciona bien.

La verdadera pregunta es cómo se ve la fuente de alimentación y hasta qué punto puede entrar en ella. ¿Están las unidades bajo prueba alimentadas con LDO? Eso sería útil, ya que un pequeño resistor de detección de corriente antes del LDO no afectaría en absoluto a la unidad bajo el voltaje de alimentación de prueba. Tendría que restar la corriente LDO, pero eso es factible. Al poner el sentido actual antes del LDO, puede permitirse que baje un poco más el voltaje, ya que el LDO se asegurará de que la UUT aún vea el mismo voltaje de suministro. Por supuesto, esto supone que hay suficiente margen de tensión de entrada para jugar.

Si tiene que poner el sentido actual directamente en línea con la UUT, entonces debe considerar cuidadosamente la caída de voltaje versus la sensibilidad y, por lo tanto, en última instancia, la relación señal / ruido. Tal vez 1Ω sea razonable. Eso solo reduciría 30 mV como máximo, lo que no afectaría mucho a la mayoría de los dispositivos. Necesitaría un amplificador diferencial y una ganancia general de 100 para que 0-30 mA resulte en 0-3,0 V, que es casi el objetivo correcto para un procesador que funciona a 3,3 V. Varias personas fabrican amplificadores diferenciales o amplificadores de detección de corriente de lado específicamente alto. Si esto es único, comenzaría con Analog Devices. Un amplificador diferencial 10x con un ancho de banda de ganancia de 1 MHz no debería ser difícil de encontrar. Eso tendría que ser seguido por un amplificador ordinario de 10x antes del micro, nuevamente con un ancho de banda de ganancia de 1 MHz adecuado. Puede intentar hacer todo con un solo amplificador diferencial de 100x, pero el producto de ancho de banda de ganancia debe ser de al menos 10 MHz, por lo que las opciones serán más limitadas.

Aquí hay un circuito que usé en un accesorio de prueba para medir la corriente.

La corriente entra en V3 y sale hacia el objetivo en VTG.

La resistencia de detección es de un ohmio, que no hace caer mucho el voltaje, pero la transresistencia del circuito es de 100 ohmios. (R1*R24/R23)

Es importante utilizar un buen amplificador operacional de puesta a cero automática para U4, porque cualquier voltaje de compensación causará grandes errores en la salida. Con un buen amplificador operacional, los errores son principalmente la coincidencia de resistencias y el alfa de Q1. Usé un OPA2333.

R23, Q1 y U4a probablemente podrían reemplazarse con un ZXCT1009 .

El circuito tiene dos salidas: VCR es la señal de corriente sin filtrar. Debido a que la mayoría de los sistemas de baja potencia logran sus bajas corrientes mediante el ciclo de trabajo de las salidas de mayor corriente, el monitoreo de VCR en un osciloscopio le dará una buena instantánea de la salud y la operación del sistema. Y es fácil de integrar visualmente bajo los picos actuales para tener una idea rápida del presupuesto de energía. Aquí hay un ejemplo de un sistema con un módulo de radio de 2,4 GHz (he anotado las diferentes partes del sistema que usan energía):

Debido al ciclo de trabajo, es difícil obtener una buena lectura de corriente promedio con un multímetro digital que muestrea varias veces por segundo. La salida VC proporciona una vista filtrada de paso bajo de la señal actual. (El capacitor muestra un símbolo +, pero no use un electrolítico con su alta corriente de fuga).

Esta no es una solución de bajo costo, pero en realidad podría hacer lo que está pidiendo.

Considere un multímetro de sobremesa de gama alta como el 34410A o el 34411A de Agilent . Es probable que Keithley y otros proveedores tengan modelos comparables disponibles. El medidor Agilent puede medir 10k muestras por segundo (50k/s para 34411A) a una resolución de 5-1/2 dígitos y tiene un disparador externo que le permitiría sincronizar las mediciones entre 4 medidores. Las lecturas pueden registrarse en la memoria interna o transmitirse a través de USB, GPIB o LAN a su PC.

La desventaja es un precio de lista de $ 1300 por canal.

Solo como información, encontramos que este analizador de potencia de CC con esta unidad de medición de suministro (SMU) es la mejor solución para nuestro propósito. Es un juguete muuuuy bonito, aunque solo tengamos dos de estos módulos. Tiene una gran cantidad de características, como funciones de rango automático que permiten medir hasta 3A y hasta aproximadamente 10 nA automáticamente. Puede registrar hasta 5 us/muestra y hasta 999 horas. Ah, también tiene puerto USB con interfaz de PC dedicada.

Definitivamente, más de lo que necesitamos, excepto por la cantidad de canales, pero logramos que sea suficiente :). El precio no es el más bajo, pero nosotros (en otro laboratorio, por supuesto) ya teníamos uno, así que... ¡Si te lo puedes permitir, definitivamente vale la pena!