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Medición de baja corriente a muy alta velocidad

Tengo un circuito con un módulo Jennic JN5148 de muy bajo consumo con microcontrolador y radio de 2,4 GHz, y algunos sensores de bajo consumo.

Tengo que medir la corriente de alimentación de todos estos componentes, en un intervalo de alrededor de un segundo y con una resolución de unos 100 uA. Estas corrientes pueden tener un valor máximo de unos 30 mA para el módulo Jennic, y algo menos de 1 mA para los demás componentes.

Debo medir estas corrientes simultáneamente y a una frecuencia de unos 10 ksample/s, y necesito al menos 4 canales.

Los otros requisitos son utilizar lo más posible instrumentos sobre la construcción de amplificadores y así, y perturbar lo menos posible el suministro de componentes. En realidad, el requisito es NO COMPONENTES y SÓLO INSTRUMENTOS.

¿Alguien tiene alguna idea sobre la solución más adecuada? (creo que lo he explicado todo pero decidme si le falta algo)

EDIT: Encontrado este esa podría ser una solución, pero ¿puedes ayudarme a entender cual es la perturbación que añade al circuito?

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RelaXNow Puntos 1164

Así que necesitas medir la corriente de alimentación a 10 ksamp/s de 100µA a 30mA, que es un rango de 300:1.

Eso ya suena bastante factible. Incluso un A/D de 10 bits integrado en un microcontrolador tiene suficiente resolución si la señal se amplifica adecuadamente. Una 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 decimación en el micro. 100 kHz de frecuencia de muestreo no es ni siquiera empujando 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 la contabilidad de fondo, por lo que se comprueba que bien también.

La verdadera cuestión es cómo es la alimentación del poder y hasta qué punto se puede entrar en ella. ¿Se alimentan las unidades de prueba con LDO? Eso sería útil, ya que una pequeña resistencia sensora de corriente antes del LDO no afectaría en absoluto a la tensión de alimentación de la unidad bajo prueba. Tendrías que restar la corriente del LDO, pero es posible. Poniendo el sensor de corriente antes del LDO, puedes permitirte que caiga un poco más de tensión, ya que el LDO se asegurará de que la UUT siga viendo la misma tensión de alimentación. Esto, por supuesto, supone que hay suficiente margen de tensión de entrada para jugar.

Si tienes que poner el sensor de corriente directamente en línea con la UUT, entonces tienes que considerar cuidadosamente la caída de tensión frente a la sensibilidad y, por lo tanto, en última instancia, la relación señal/ruido. Tal vez 1Ω es razonable. Eso sólo caería 30mV máximo, que no afectaría a la mayoría de los dispositivos mucho en absoluto. Usted necesitaría un amplificador diferencial y una ganancia global de 100 para que 0-30mA resultados en 0-3,0V, que es casi el objetivo correcto para un procesador que funciona a 3,3V. Varias personas hacen tales amplificadores diferenciales o específicamente amplificadores de detección de corriente de lado alto. Si se trata de una sola vez, me gustaría empezar con Dispositivos analógicos . No debería ser difícil encontrar un amplificador diferencial 10x con un ancho de banda de ganancia de 1 MHz. A éste le seguiría un amplificador 10x normal antes del micro, también con un ancho de banda de 1 MHz. Podrías intentar hacerlo todo con un único amplificador diferencial 100x, pero el producto de ganancia-ancho de banda debería ser de al menos 10 MHz, por lo que las opciones serán más limitadas.

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AnonJr Puntos 111

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Este es un circuito que utilicé en un banco de pruebas para medir la corriente.

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

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

Es importante utilizar un buen op-amp autocero para U4, porque cualquier tensión de offset causará enormes errores en la salida. Con un buen op-amp, los errores son principalmente la adaptación de resistencias y el alfa de Q1. Usé un OPA2333.

R23, Q1, y U4a probablemente podría ser sustituido por un ZXCT1009 .

El circuito tiene dos salidas: VCR es la señal de corriente sin filtrar. Dado que la mayoría de los sistemas de baja potencia consiguen sus bajas corrientes mediante ciclos de trabajo de salidas de mayor corriente, la monitorización de VCR en un osciloscopio le dará una buena instantánea de la salud y el funcionamiento del sistema. Y es fácil de integrar visualmente bajo los picos de corriente para tener una idea rápida del presupuesto de energía. Aquí tienes un ejemplo de un sistema con un módulo de radio de 2,4 GHz (he anotado las distintas partes del sistema que consumen energía):

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Debido a los ciclos de trabajo, es difícil obtener una buena lectura media de la corriente con un DMM que muestre varias veces/segundo. La salida VC proporciona una vista filtrada de paso bajo de la señal de corriente. (El condensador muestra un símbolo +, pero no utilice un electrolítico con su alta corriente de fuga).

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RWH Puntos 21

No es una solución barata, pero puede que sirva para lo que pides.

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

El inconveniente es que el precio de catálogo es de 1.300 dólares por canal.

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Jonah Katz Puntos 128

A título informativo, hemos encontrado esto Analizador de potencia CC con este Unidad de medida del suministro (SMU) como la mejor solución para nuestro propósito. Es un juguete veeeery agradable, incluso si sólo tenemos dos de estos módulos. Tiene una gran cantidad de características, como una función de auto-ranging que permite medir hasta 3A y hasta unos 10 nA de forma automática. Puede registrar hasta 5 us/muestra y hasta 999 horas. Ah, también tiene puerto USB con interfaz dedicada para PC.

Definitivamente, más de lo que necesitamos, excepto por el número de canales, pero hicimos que fuera suficiente :). El precio no es el más bajo, pero nosotros (en otro laboratorio, por supuesto) ya tenía uno, así que... Si se lo puede permitir que es definitivamente vale la pena!

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