Sposoby pomiaru prądu w pikoamperach

Muszę sprawdzić niski pobór mocy mikrokontrolera w zakresie pikoamperów . Mam tylko multimetr zdolny do pomiaru miliamperów i jako taki pokazuje 0.

Czy istnieje łatwy i precyzyjny sposób pomiaru pikoamperów?

Zasil mikrokontroler kondensatorem naładowanym do znanego napięcia. Poczekaj odpowiednią ilość czasu, a następnie zmierz napięcie. Oblicz prąd z delta-V i C. (Nie mierz napięcia w sposób ciągły, chyba że masz miernik o wystarczająco wysokiej impedancji, ponieważ może to pobierać dodatkowy prąd). Będziesz potrzebował kondensatora o znanej pojemności, ale w mgnieniu oka można zmierzyć kondensator w ten sam sposób, rozładowując go przez znany rezystor.

Jak wskazują komentarze, inne ścieżki prądu mogą przyczyniać się do rozładowania kondensatora (w tym samorozładowania). Możesz powtórzyć pomiar z usuniętym UC i zobaczyć, jaką daje wartość. Następnie możesz pomyśleć o tym, czy możesz realistycznie uniknąć takich „innych” prądów w swoim projekcie.

I nie zapomnij o samorozładowaniu i / lub starzeniu się baterii!

Jeśli Twoim celem jest zbyt „zobacz” tryb wyłączania układu w działaniu, możesz użyć kondensatora, zbuduj prosty obwód, który okresowo łączy go z zasilaczem (jeśli to możliwe zsynchronizowane z cyklem aktywności uC, musi mieć naprawdę niski prąd upływowy!) i obserwuj napięcie C na lunecie (impedancja zakresu musi być wyższa niż pobór prądu przez UC, a nawet możesz użyć sprzężenia AC, jeśli cykl aktywności uC jest wystarczająco krótki). W ten sposób możesz zweryfikować zarówno podział czasowy przy wysokim i niskim zużyciu prądu, jak i prądy w obu trybach.

Jedną z prostych metod, których użyłem, jest połączenie rezystora szeregowo z mocą mikro i równolegle z kondensatorem. W tym przypadku nieszczelność kondensatora nie jest tak ważna.

Na przykład, jeśli uważasz, że prąd zasilający nie powinien przekraczać 10nA, możesz użyć rezystora o wartości 10M 1% równolegle z kondensatorem ceramicznym 1uF. To da ci 100,0 mV dla 10nA (więc obciążenie amperomierza wynosi 0,1 V, co nie powinno nadmiernie wpływać na obwód - podnieś nieco napięcie wejściowe, aby skompensować spadek, jeśli ci to przeszkadza).

Następnie spójrz na napięcie na rezystorze 10M za pomocą woltomierza o wysokiej impedancji wejściowej, takiego jak Agilent 34401 w trybie rezystancji wejściowej> 10G. Prąd polaryzacji miernika wpłynie na odczyt, ale w temperaturze pokojowej jest mniejszy niż 30 pA (0,3%).

Kombinacja 10M / 1uF odfiltrowuje impulsy, chyba że występują one z bardzo niską częstotliwością (jeśli, na przykład, twój procesor budzi się co 10 sekund i pobiera 0,5mA dla 100usec, to nie będzie działał zbyt dobrze).

Moc lub pobór prądu mikrokontrolera może być bardzo nieregularny w zależności od stanu mikrokontrolera. Na przykład: 1pA przez 999 ms, a następnie 1uA przez 1 ms. Średnio byłoby to 1,001 nA. Jeśli twój multimetr wykonałby pomiar co 100 ms, nigdy nie zmierzyłby 1,001 nA! W takim przypadku należy użyć rezystora połączonego szeregowo z zasilaczem i oscyloskopu, aby zmierzyć napięcie na rezystorze, aby „zobaczyć” rzeczywisty prąd w czasie.

Większość oscyloskopów określa impedancję wejściową kanału. Zwykle chodzi o Gigaohma. Jeśli ustawisz lunetę na ścieżce uziemienia uC (większość zakresów łączy uziemienie kanału z uziemieniem, a umieszczenie uziemienia na VDD uC może być niemożliwe), będziesz mierzyć napięcie na tym rezystorze, i dlatego prąd jest używany przez UC, w czasie rzeczywistym. To powinno dać ci dość dokładne pomiary (1mV => 1pA).

Spójrzmy na kwestię, czy akumulator „obchodzi” - tj. Czy obciążenie w zakresie pA znacząco wpłynęłoby na żywotność akumulatora?

Spoiler: Nie. Nawet pomiary o rozdzielczości 1 nA są bardziej „precyzyjne” niż są potrzebne w praktyce.

Najlepsze podstawowe (nieładowalne) baterie litowe mają przydatny okres przydatności do użycia około 20 lat (z utratą pojemności rzędu 30% - 70%) bez rozsądnej uwagi na temperatury itp. Typowe przykłady to

20 lat to około 175 000 godzin, więc 10 mAh strat w tym czasie odpowiada prądowi 10/175 000 mA lub 10 000 000/175 000 = 57 = 57,000 pA. Dlatego pomiar pA jest całkowicie niepotrzebny dla każdego rozmiaru baterii, który może być użyty.

Na przykład bateria o pojemności 50 mAh z, powiedzmy, 50% utratą trwałości po 20 latach (dobra sztuczka, jeśli możesz to zrobić) pozwoliłaby na obciążenie 25 mAh lub średni prąd 142.500 pA = 142,5 nA = 0,1425 uA. Pomiar do najbliższego nA średniego prądu obciążenia daje około 1% dokładności - co pozwoli na znacznie dokładniejsze oszacowanie żywotności baterii niż w rzeczywistości. Praktyczne odmiany zaabsorbują takie próby.