ピコアンペアで電流を測定する方法

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ピコアンペアの範囲でマイクロコントローラーの低消費電力を確認する必要があります。私はミリアンペアを測定できるマルチメーターしか持っていないため、0を示しています。

ピコアンペアを測定する簡単で正確な方法はありますか？

current-measurement

— テディ
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簡単な場合は、マルチメータにオプションがあります。そして、なぜpicoAmpsがµCにとって重要なのか、スリープモードのnanoAmpsがどうして重要なのかを理解するのに苦労していますが、pico、私たちは本当にそこまでですか？

— アーセナル

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おそらくeevblog.com/projects/ucurrentをチェックアウトすることもできますが、それはマイクロコントローラーにとってはそれほど時間を浪費することの無駄です。なぜそれを本当に測定したいのでしょうか。確かに、それが何かをしていたときに、より長い期間の平均電流が欲しいのでしょうか？

— PeterJ

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どんなバッテリー？それの自己放電電流は、あなたが測定する電流がどれほど大きくなければならないかに関する良いヒントをあなたに与えます。標準のCR2032のリーク電流は約0.2µAであるため、picoAmpsに接続することはトラブルに見合うだけの価値はありません。

— アーセナル

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Bob Peaseによるフェムトカレント測定（およびリークを台無しにするのに必要な特別な予防措置）electronicdesign.com/test-amp-measurement/…–

— pjc50

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医師が命じたもの：hackaday.com/2015/08/26/data-logging-in-the-picoampere-rangeからsigzig.com/blog/2015/8/18/

— ラッセルマクマホン

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既知の電圧に充電されたコンデンサでマイクロコントローラーに電力を供給します。適切な時間待ってから、電圧を測定します。デルタVとCから電流を計算します（余分な電流が流れる可能性があるため、十分に高いインピーダンスのメーターがない限り、電圧を連続的に測定しないでください）。ピンチでは、既知の抵抗器を介して放電することにより、同じ方法でコンデンサを測定できます。

コメントが指摘しているように、他の電流経路がコンデンサの放電（自己放電を含む）に寄与する可能性があります。UCを取り外して測定を繰り返し、どのような値が得られるかを確認できます。次に、設計でそのような「他の」電流を現実的に回避できるかどうかを考えます。

そして、バッテリーの自己放電や老化を忘れないでください！

コンデンサの使用が可能なチップのパワーダウンモードをあまりにも「見ている」場合、定期的にそれを電源に接続する単純な回路を構築します（可能な場合、uCのアクティビティサイクルと同期して、低リーク電流！）、スコープのCの電圧を監視します（スコープのインピーダンスはUCの消費電流よりも高くする必要があります。uCのアクティビティサイクルが十分に短い場合は、ACカップリングを使用することもできます）。高電流消費と低電流消費の両方で時間的に分割し、両方のモードで電流を検証します。

— ウーター・ファン・ウーイジェン
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コンデンサの漏れ電流は、この方法と目的の電流領域で問題になる可能性があります。また、コンデンサのサイズは、電圧が低下しすぎないように選択する必要があります。

— アーセナル

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@アーセナル：1 nAの電流は、1秒で10 nFのコンデンサ0.1Vを放電します。その静電容量の範囲では、多くの低リークコンデンサテクノロジを利用できます。しかし、この範囲の電流を測定することは常に困難です。これは、考えられるすべての漏れ経路に注意する必要があるためです。表面汚染は一般的な問題です。

— デイブツイード

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また、コンデンサのみ（自己放電テストの場合）またはメーターを常時接続して（メーター+コンデンサー放電の効果を確認するため）いくつかのテストを実行し、すべてのシナリオを比較してそれぞれの量を調べることもできます特定の損失は

— user2813274

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私が使用した簡単な方法の1つは、マイクロへの電力と直列に抵抗を配置し、コンデンサと並列に接続することです。この場合、コンデンサの漏れはそれほど重要ではありません。

たとえば、供給電流が10nAを超えてはならないと考える場合、1Mのセラミックコンデンサと並列に10M 1％の値の抵抗を使用できます。これにより、10nAで100.0mVが得られます（したがって、電流計の負担は0.1Vであり、回路に過度の影響はありません。入力電圧を少し上げて、気になる場合はドロップを補償します）。

次に、10G以上の入力抵抗モードのAgilent 34401など、高入力インピーダンスの電圧計を使用して、10M抵抗の両端の電圧を調べます。メーターのバイアス電流は測定値に影響しますが、室温では30pA（0.3％）未満です。

10M / 1uFの組み合わせは、非常に低い周波数で発生しない限り、スパイクを除去します（たとえば、プロセッサが10秒ごとに起動し、100usecで0.5mAを消費する場合、うまく動作しません）。

— スペロペファニー
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マイクロコントローラの電力または電流消費は、µCの状態によって非常に不規則になる場合があります。例：999ミリ秒で1pA、次に1ミリ秒で1uA。平均で1.001 nAです。マルチメータが100msごとに測定する場合、1.001 nAは測定されません！この場合、電源とオシロスコープに直列の抵抗を使用して、抵抗の両端の電圧を測定し、実際の電流を経時的に「見る」必要があります。

— ビンペルレキエ
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そのような抵抗器を教えてもらえますか？

— テディ

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OPがバッテリ寿命のみに関心がある場合、負荷の動的特性はそれほど重要ではありません。彼が本当に必要とするのは、電流（電荷）の積分だけです。これは、コンデンサベースの技術が測定するものです。

— デイブツイード

@DaveTweed実際、バッテリーの寿命については、化学物質が突然の変化に対して常に十分に反応するとは限らないため、動的特性は非常に重要になりますが、実際の質問は「バッテリー寿命をどのように見積もるのですか？」だから停止します。

— アーセナル

また、uCのsleepコマンドが確実に機能するようにします。

— テディ

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ほとんどのオシロスコープは、チャネル入力インピーダンスを指定します。ギガオーム程度になる傾向があります。スコープをuCのグランドパスに配置すると（ほとんどのスコープはチャンネルグランドをアースに接続し、uCのVDDにアースを配置できない場合があります）、この抵抗の両端の電圧を測定します。したがって、uCがリアルタイムで使用している電流。これにより、かなり正確な測定値が得られます（1mV => 1pA）。

— デイブ
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バッテリーが「気にする」かどうかの問題を見てみましょう。つまり、pA範囲の負荷がバッテリーの寿命に大きく影響しますか。

ネタバレ：いいえ。1nAの分解能が可能な測定でさえ、実際に必要なものよりも「正確」です。

最良のプライマリ（非充電式）リチウムバッテリーは、温度などに十分な注意を払うことなく、約20年（おそらく30％〜70％の容量損失）の有効期限があります。

20年は約175,000時間なので、その間の10 mAhの損失は10 / 175,000 mAまたは10,000,000 / 175,000 = 57 = 57,000 pAの電流に相当します。したがって、pAの測定は、使用しがちなバッテリーサイズではまったく不要です。

たとえば、20年後に有効期限が50％失われた50 mAhのバッテリー（できれば良い方法です）は、負荷に25 mAhまたは142,500 pA = 142.5 nA = 0.1425 uAの平均電流を許容します。平均負荷電流の最も近いnAまで測定すると、約1％の精度が得られます。これにより、実際よりもはるかに正確なバッテリー寿命の推定が可能になります。実際のバリエーションは、そのような試みを圧倒します。

— ラッセル・マクマホン
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