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(hào)中，我們分享了低功耗分析的兩項(xiàng)技術(shù)，即電流無縫量程切換技術(shù)和長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)記錄。前者是解決智能設(shè)備中高速、高動(dòng)態(tài)變化電流的精確測(cè)試，后者則是對(duì)電流進(jìn)行數(shù)小時(shí)、甚至數(shù)周的長(zhǎng)時(shí)間記錄，以評(píng)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行供電的同時(shí)，對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量，即測(cè)試被測(cè)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(duì)子電路或功能模塊進(jìn)行電流的測(cè)試和分析。例如下圖這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)模塊：

在這個(gè)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(gè)模塊。如果在研發(fā)過程中需要測(cè)量TP1、TP2，TP3、TP4幾個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)mA以下的電流測(cè)量，基本上就是無能為力，無論是底噪還是動(dòng)態(tài)范圍，都無法滿足nA 至uA的動(dòng)態(tài)電流測(cè)量。

還有工程師會(huì)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(cè)從nA至mA級(jí)的高動(dòng)態(tài)小電流。如果需要同時(shí)測(cè)量4路，就要接上4臺(tái)，同時(shí)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?yàn)檫@種方法，經(jīng)常會(huì)使被測(cè)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(dòng)，不知道該如何獲得正確的測(cè)量結(jié)果。而且多臺(tái)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(cè)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(cè)電流。這個(gè)分流器在不同的電流測(cè)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(cè)量時(shí)，為了得到最佳的測(cè)量精度，就會(huì)根據(jù)輸入信號(hào)的幅度自動(dòng)調(diào)整量程， 這對(duì)于靜態(tài)電流的精密測(cè)量，無疑是非常有價(jià)值的。但對(duì)于動(dòng)態(tài)電流時(shí)，由于萬用表在切換量程時(shí)，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(gè)功能模塊動(dòng)態(tài)電流的測(cè)量呢？答案是肯定的。

使用N6781A作為電流表，不但可以精確測(cè)量從nA至安培級(jí)的高動(dòng)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(shí)，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(gè)N6781A SMU模塊，因此，它可以同步監(jiān)測(cè)4路電流；或者，用其中一路供電并測(cè)量總電流，其它的用于各路電流的測(cè)量，可以極大方便測(cè)試和驗(yàn)證工作。同時(shí)，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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