วิธีในการวัดกระแสใน picoamperes

ฉันต้องตรวจสอบการใช้พลังงานต่ำของไมโครคอนโทรลเลอร์ในช่วงพิโคแรน ฉันมีมัลติมิเตอร์ที่สามารถวัดค่าmilliamperesและมันแสดงให้เห็นเป็น 0

มีวิธีที่ง่ายและแม่นยำในการวัด picoamperes หรือไม่?

จ่ายไฟให้ตัวควบคุมแบบไมโครด้วยตัวเก็บประจุซึ่งชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ทราบ รอจำนวนเวลาที่เหมาะสมจากนั้นวัดแรงดันไฟฟ้า คำนวณกระแสไฟฟ้าจาก delta-V และ C (อย่าวัดแรงดันไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเว้นแต่ว่าคุณมีมิเตอร์ที่มีอิมพีแดนซ์สูงพอเพราะอาจทำให้เกิดกระแสเกินได้) คุณจะต้องใช้ตัวเก็บประจุที่มีความจุรู้จัก แต่ในเวลาสั้น ๆ คุณสามารถวัด capcitor ด้วยวิธีเดียวกันโดยปล่อยประจุผ่านตัวต้านทานที่รู้จัก

ตามที่ความเห็นชี้ให้เห็นเส้นทางอื่น ๆ ในปัจจุบันอาจมีส่วนทำให้การปลดปล่อยตัวเก็บประจุ (รวมถึงการปลดปล่อยตัวเอง) คุณสามารถทำการวัดซ้ำโดยลบ UC ออกแล้วดูว่ามีค่าอะไรให้ จากนั้นคุณอาจคิดว่าคุณสามารถหลีกเลี่ยงกระแสอื่น ๆ ในการออกแบบของคุณได้หรือไม่

และอย่าลืมแบตเตอรี่ของคุณปลดปล่อยตัวเองและ / หรืออายุ!

หากคุณตั้งเป้าหมายไว้ว่า 'เห็น' โหมดการปิดเครื่องของชิปที่คุณสามารถใช้ตัวเก็บประจุได้ให้สร้างวงจรง่ายๆที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟเป็นระยะ (ถ้าเป็นไปได้ซิงก์กับวงจรกิจกรรมของ uC) กระแสรั่วไหลต่ำ!) และดูแรงดันไฟฟ้าของ C บนขอบเขต (ความต้านทานขอบเขตต้องสูงกว่าการใช้กระแสไฟฟ้าของ UC หรือคุณอาจใช้ข้อต่อ AC ถ้าวงจรกิจกรรมของยูซีสั้นพอ) วิธีนี้คุณสามารถ ตรวจสอบการแบ่งเวลาที่ชาญฉลาดในการบริโภคกระแสสูงและต่ำและกระแสในโหมดทั้งสอง

วิธีง่าย ๆ อย่างหนึ่งที่ฉันใช้คือใส่ตัวต้านทานแบบอนุกรมที่มีกำลังไปยังไมโครและขนานกับตัวเก็บประจุ ในกรณีนี้การรั่วของตัวเก็บประจุไม่สำคัญ

ตัวอย่างเช่นหากคุณคิดว่ากระแสไฟฟ้าไม่ควรเกิน 10nA คุณสามารถใช้ตัวต้านทานค่า 10M 1% ควบคู่กับตัวเก็บประจุเซรามิก 1uF นั่นจะให้ 100.0mV สำหรับ 10nA (ดังนั้นภาระของแอมป์มิเตอร์คือ 0.1V ซึ่งไม่ควรส่งผลกระทบต่อวงจรมากเกินไป - เพิ่มแรงดันอินพุตขึ้นเล็กน้อยเพื่อชดเชยการลดลงหากมันรบกวนคุณ)

จากนั้นดูที่แรงดันทั่วทั้งตัวต้านทาน 10M โดยใช้โวลต์มิเตอร์ที่มีความต้านทานอินพุตสูงเช่น Agilent 34401 ในโหมดต้านทานอินพุต 10G กระแสไบแอสของมิเตอร์จะมีผลต่อการอ่าน แต่น้อยกว่า 30pA (0.3%) ที่อุณหภูมิห้อง

การรวมกัน 10M / 1uF กรองออกแหลมเว้นแต่ว่าพวกเขาจะเกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำมาก (ตัวอย่างเช่นหน่วยประมวลผลของคุณตื่นขึ้นมาทุก ๆ 10 วินาทีและดึง 0.5mA สำหรับ 100usec มันจะไม่ทำงานได้ดีมาก)

พลังงานหรือการบริโภคในปัจจุบันของไมโครคอนโทรลเลอร์อาจผิดปกติมากขึ้นอยู่กับสถานะของ µC ตัวอย่างเช่น: 1pA สำหรับ 999 ms และ 1uA สำหรับ 1 ms โดยเฉลี่ยนั่นจะเป็น 1.001 nA หากมัลติมิเตอร์ของคุณทำการวัดทุก ๆ 100ms มันจะไม่วัด 1.001 nA! ในกรณีนี้คุณต้องใช้ตัวต้านทานแบบอนุกรมกับตัวจ่ายไฟและออสซิลโลสโคปเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานเพื่อ "ดู" กระแสจริงในช่วงเวลาหนึ่ง

สโคปส่วนใหญ่ระบุความต้านทานอินพุตช่อง มันมีแนวโน้มที่จะเป็น Gigaohm หากคุณวางขอบเขตในเส้นทางกราวด์ของ uC (ขอบเขตส่วนใหญ่เชื่อมต่อกราวด์กราวด์กับกราวด์ดินและคุณอาจไม่สามารถวางกราวด์ดินบน VDD ของ uC) คุณจะทำการวัดแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานนี้ ดังนั้นยูซีซีที่ใช้อยู่ในปัจจุบันแบบเรียลไทม์ นั่นควรจะให้การวัดที่แม่นยำพอสมควร (1mV => 1pA)

ลองดูที่ปัญหาว่าแบตเตอรี่ "ใส่ใจ" - เช่นโหลดในช่วง pA มีผลกับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่หรือไม่

สปอยเลอร์: ไม่แม้แต่การวัดที่มีความละเอียด 1 nA ก็ยัง "แม่นยำ" มากกว่าที่จำเป็นในทางปฏิบัติ

แบตเตอรี่ลิเธียมหลัก (ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้) ที่ดีที่สุดมีอายุการเก็บรักษาที่มีประโยชน์ประมาณ 20 ปี (อาจสูญเสียกำลังการผลิต 30% - 70%) โดยไม่สนใจอุณหภูมิมากเกินไปตัวอย่างทั่วไป ได้แก่

20 ปีประมาณ 175,000 ชั่วโมงดังนั้นการสูญเสีย 10 mAh ในช่วงเวลานั้นเท่ากับ 10 / 175,000 mA หรือ 10,000,000 / 175,000 = 57 = 57,000 pA ดังนั้นการวัดค่า pA จึงไม่จำเป็นอย่างสมบูรณ์สำหรับขนาดแบตเตอรี่ที่ต้องใช้

ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ 50 mAh ที่บอกว่าหายไป 50% กับอายุการเก็บรักษาหลังจาก 20 ปี (เคล็ดลับที่ดีถ้าคุณสามารถทำได้) จะอนุญาตให้ 25 mAh สำหรับการโหลดหรือปัจจุบันเฉลี่ย 142,500 pA = 142.5 nA = 0.1425 uA การวัดค่ากระแสโหลดเฉลี่ยที่ใกล้เคียงที่สุดให้ความแม่นยำประมาณ 1% ซึ่งจะช่วยให้การประมาณการอายุการใช้งานแบตเตอรี่แม่นยำยิ่งขึ้นกว่าที่คุณจะพบในความเป็นจริง รูปแบบที่ใช้งานได้จริงจะท่วมท้นความพยายามเช่นนั้น