智能產(chǎn)品低功耗分析技術(shù)——巧用“0V” 壓降電流表

在10月31日和12月20日兩期是德科技的微信公眾號中，我們分享了低功耗分析的兩項技術(shù)，即電流無縫量程切換技術(shù)和長時間的數(shù)據(jù)記錄。前者是解決智能設(shè)備中高速、高動態(tài)變化電流的精確測試，后者則是對電流進(jìn)行數(shù)小時、甚至數(shù)周的長時間記錄，以評估產(chǎn)品的功耗和電池續(xù)航能力。這兩種手段，都是在利用電源來取代電池對產(chǎn)品進(jìn)行供電的同時，對電流進(jìn)行測量，即測試被測件總電流的特性。

但在智能產(chǎn)品電流分析的過程中，很多情況下需要對子電路或功能模塊進(jìn)行電流的測試和分析。例如下圖這個物聯(lián)網(wǎng)模塊：

在這個模塊中，不僅有供電電池和電源管理，還有傳感器、天線、MCU、狀態(tài)顯示等若干個模塊。如果在研發(fā)過程中需要測量TP1、TP2，TP3、TP4幾個節(jié)點的電流，以及它們之間的相關(guān)性，那該怎么辦呢？

相信大多數(shù)工程師的第一反映，就是示波器+電流探頭。但我們以前就談過，示波器雖然采樣速度很高，但對mA以下的電流測量，基本上就是無能為力，無論是底噪還是動態(tài)范圍，都無法滿足nA 至uA的動態(tài)電流測量。

還有工程師會用具備50KHz 數(shù)字化儀的數(shù)字萬用表串在回路里，來監(jiān)測從nA至mA級的高動態(tài)小電流。如果需要同時測量4路，就要接上4臺，同時通過上位機(jī)控制同步和獲得數(shù)據(jù)。但有的工程師在嘗試后，就不得不放棄了，因為這種方法，經(jīng)常會使被測件出現(xiàn)工作異常、經(jīng)常重啟，甚至關(guān)機(jī)，即便萬用表有讀數(shù)，也不停跳動，不知道該如何獲得正確的測量結(jié)果。而且多臺同步的工作也很繁瑣。

問題出在哪里了呢？我們來看下圖

這是數(shù)字萬用表測量電流常用的方法，電表被串在回路中，通過內(nèi)置的高精度分流器作為電流傳感器，來監(jiān)測電流。這個分流器在不同的電流測量檔位，電阻值不同。我們以是德科技34465A高性能六位半數(shù)字萬用表為例：

34465A 高性能六位半數(shù)字萬用表

萬用表在電流測量時，為了得到最佳的測量精度，就會根據(jù)輸入信號的幅度自動調(diào)整量程， 這對于靜態(tài)電流的精密測量，無疑是非常有價值的。但對于動態(tài)電流時，由于萬用表在切換量程時，不斷地更換“取樣電阻”的阻值，容易造成電路工作異常，甚至關(guān)機(jī)。

能否將具有無縫量程切換技術(shù)的N6781A電源模塊串在回路中，用于每個功能模塊動態(tài)電流的測量呢？答案是肯定的。

使用N6781A作為電流表，不但可以精確測量從nA至安培級的高動態(tài)變化的電流，而且還能克服傳統(tǒng)電流表“取樣電阻”分壓的問題，并解除其20V的電壓限制。在使用N6781A工作在電流表時，將其電壓設(shè)為0，可以保持輸入、輸出端子上始終0V的電壓差。

在N6705C中，可以安裝4個N6781A SMU模塊，因此，它可以同步監(jiān)測4路電流；或者，用其中一路供電并測量總電流，其它的用于各路電流的測量，可以極大方便測試和驗證工作。同時，由于N6781A 為差分輸出并浮地，所以和通用萬用表一樣，不必?fù)?dān)心接地帶來的問題。

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