Detección de corriente de nA mA

Question

Necesito sentido de la corriente de un destino MCU a través de varios períodos de su encendido/reposo/apagado y, a continuación, necesita enviar estos datos a otra interfaz de MCU para leer el valor. Ellos estarán en la misma junta, alimentado por 5 V USB.

Sin embargo, estos son los requisitos que tengo:

1. 5 V USB FUENTE DE ALIMENTACIÓN
2. Debe ser capaz de detectar corrientes en el rango de nA mA con alta exactitud/precisión. (I figura 1 nA 500 mA)
3. Sólo medir la corriente de la meta de MCU y no de la interfaz.
4. Debe máxima de salida de 3.3 V de la interfaz de MCU

He mirado en las opciones disponibles y el sentido corriente de los amplificadores por Texas Instruments no puede detectar nA debido a la mayor sesgo de corrientes. Por lo tanto, siento que necesito un amplificador de precisión.

Sin embargo, estoy atascado en la forma de proceder con esto, porque necesito de alguna manera tienen una automática y dinámica gama actual y soy bastante nuevo para la detección de corriente y no estoy realmente seguro en todos los detalles.

Answer 1

Debe ser capaz de detectar corrientes en el rango de nA mA con alta exactitud/precisión. (I figura 1 nA 500 mA)

Y....

Necesito sentido de la corriente de un destino MCU a través de varios períodos de es en/dormir/off estado

OK suponiendo que se coloque un pequeño valor de la resistencia en la alimentación, que la resistencia no debe "soltar" más de (digamos) de 0,1 voltios a 500 mA. Si lo hizo soltar una importante tensión, a continuación, usted está comprometiendo la medición y posiblemente causando el dispositivo de destino para que se ejecute a muy baja tensión.

Así, 500 mA y 0,1 voltios requiere un resistor de valor de 0,2 ohmios. Ahora, que la resistencia cuando se alimenta de 1 nA va a producir una medición de voltaje de 0.2 nV.

¿Puedes ver el primer problema? No hay realmente un barato y fiable tecnología que puede hacer esto porque cualquier op-amp se han ruido significativamente más grande que lo que están tratando de medir y, dado que parecen querer hacer las mediciones dinámicas, su ancho de banda requerido puede ser de decenas de kHz y usted acaba de medir el ruido!

EDITAR - registro de aplicaciones de consideraciones

1. Suponiendo un 10 kHz ruido de ancho de banda (alrededor de 7 kHz de ancho de banda de señal con el fin de medir adecuadamente los cambios en el destino de la actual), significa que un op-amp con 1 nV/sqrt(Hz) voltaje de ruido tiene el equivalente a 100 nV RMS en la no-entrada inversora. Un op-amp con esta baja, el ruido de valor es una rara bestia, de hecho, viene con una serie de otros problemas que el perro este diseño.
2. El uso de un diodo en el circuito de retroalimentación se ve atractivo, pero en alrededor de 100 nA de ser entregada a la carga es tal vez 300 mV a través de ella. Como una impedancia, esto establece el ruido de la ganancia del amplificador circuito. Así, 300 mV / 100 nA es una dinámica de resistencia de 3 Mohms y este valor de resistencia de sólo va a aumentar a medida que el suministro de corriente cae por debajo de 100 nA decir que las cosas van a peor a bajas corrientes.
3. Que la resistencia (la resistencia dinámica del diodo en el circuito de realimentación), junto con la dinámica de la impedancia de la carga, producir ruido ganancia en el amplificador operacional el circuito, si la dinámica de la impedancia de la carga es de 1 ohm, a continuación, el ruido, la ganancia es de 3.000.000 (suponiendo que el amplificador operacional puede entregar este bucle abierto).
4. El op-amp ruido de entrada (como se mencionó anteriormente) es 100nV RMS o (6 sigma), 600 nV p-p. La mitad de esta se descarta debido a que el diodo de bloqueo es dejando de 300 nV amplificado por 3.000.000 y por tanto potencialmente producir un pico de voltaje de 0.9 voltios.
5. Este es el "potencial" ruido de voltaje, lo que podría ser visto en la salida de la log-amp. Sin embargo, si el voltaje de ruido se eleva por encima de 300 mV, a continuación, la dinámica de la impedancia del diodo se cae de 3 Mohm y la ganancia se reduce y, el resultado de todo esto es que el ruido de pico de voltaje probablemente encontrará un nivel pico en alrededor de 400 mV máximo. Pero, hasta que punto (0 nA 100 nA) todas las apuestas están apagadas tratando de conseguir alguna decente de medición.

Si la dinámica de la impedancia de la carga es de 10 ohms (en lugar de 1 ohm), a continuación, que es una historia diferente, pero ¿será posible dada la probabilidad de 100 nF tapas de los rieles de potencia y la posible presencia de valores más altos.

Lo difícil va a ser encontrar un op-amp con un bajo voltaje de la fuente de ruido que tiene muy bajo ruido de entrada de las corrientes? También hay que recordar que para la mayoría de los op-amps, el ruido del voltaje dramáticamente aumenta cuando la frecuencia cae por debajo de (sobre) de 100 Hz, por lo que este es un problema real.

Así, para hacer un registro de-aplicaciones de trabajo, el ancho de banda tiene que ser restringido de manera significativa, pero no de esta forma la OP la oportunidad para medir adecuadamente los cambios dinámicos de la corriente cuando (por ejemplo) el objetivo de MCU ejecuta diferentes rutinas?

Answer 2

Mientras que usted no necesita un cambio rápido de la ganancia. Usted podría hacer una TIA opamp de circuitos con relés se utilizan para cambiar la resistencia de retroalimentación, ya que tienes que el extremo superior e inferior de los intervalos. Llegar por encima de ~10 a 30 mA es difícil para el típico amplificador operacional para la gama alta de las necesidades de un poco más de pensamiento. ¿Necesita sentido bipolar corrientes?

Answer 3

La medición de corriente en un rango tan amplio sin pérdida de precisión requiere de un sentido actual circuito con resistencia ajustable. Generalmente se trata de un conjunto de resistencias con diferentes valores vinculados con el Fet o simplemente FET transistores conectados en serie. Este circuito es impulsado por un bucle de retroalimentación: cuando la medición de los cambios actuales, cualquiera de los valores de la resistencia han cambiado de FET de compuerta de voltaje ajustado. Agilent implementa el último método en algunas de sus fuentes de alimentación.