短い時間スケールのクーロンカウント

充電状態を推定する目的で、バッテリーに出入りする積分電流を測定する多くのクーロンカウンターチップが存在します。1〜500ミリ秒かかる特定の操作で使用される電荷​​量を測定するための簡単な回路に適したチップはありますか？私が調べた電荷カウントチップはどれも、短い時間スケールで適切な解像度を提供しません。たとえば、典型的なチップは、最大入力電流で毎秒約2カウントを出力します。動作に例えば10msに100mA、90msに25mAが必要な場合、最大電流（100mA）で毎秒2カウントを出力するクーロンカウンターは、50mCごとに1カウントを提供します。説明されている操作は3.25mCを消費するため、カウンターは15操作ごとに1カウントしか生成しません。

私が検討していた1つのアプローチは、調整された入力電圧で動作する不連続モードスイッチング電源を使用し、スイッチャーパルスの数をカウントすることです。これにより、高解像度のカウントが得られます。スイッチング電源が常に各パルスで同じ量の電流を使用し、電流がパルス間で常にゼロになった場合、パルス数は積分された合計電流に正比例するはずです。残念ながら、それはスイッチャーを操作するための最も効率的な方法ではなく、ほとんどのスイッチャーはそれよりも効率的に操作しようとします。

電源電圧が3ボルトまたは6ボルトで、最大電流が250mAであり、最小50％の効率と3mWの静止損失を実現することを目標としている場合、どのアプローチが最適ですか？

補遺

私は汎用的な測定アプローチを望んでいますが、私が念頭に置いている特定のアプリケーションは、屋外で使用されるさまざまな「インテリジェント」RFモジュールのエネルギー消費に影響を与える要因を決定することです。たとえば、通常、モジュールがメッシュを維持するために15秒ごとに1 mAを消費しますが、暴風雨の間にいくつかのモジュールが1秒間に数分間10maSを消費し始める場合、そのようなことは知っておくと役立ちます。なんらかの理由で、通常25uAにあるアイドル電流が40uAに達することがある場合は、それも知りたいです。

多くの電荷積分デバイスは、瞬時電流を測定し、測定値を積分することによって機能します。私の懸念は、瞬間的な電流のダイナミックレンジがかなり大きくなることです（低電流の状況では、できれば10uAまで正確にしたいが、最大250mAのイベントをキャプチャできるようにしたい）。短いイベントでさえ正確に統合されることを保証するのに十分な速さでの事前設定のレベルは少し難しいように思えます。

私が考えている1つの解決策は、内蔵または外部アナログコンパレータを備えたPICを使用して、安定化された3.30ボルトで動作することです。出力が3.10ボルトを下回る場合は常に、0.20ボルトの電圧降下で0.50Aを通過させるように調整された直列抵抗でPFETをオンにします。出力に十分な容量がある場合、PICは、出力に十分な電圧があるときはいつでもスリープできるはずです。電圧が3.10ボルトを下回ると、PICがウェイクアップし、電圧が3.10ボルトを超えるまでPFETにパルスを供給します。充電にあまり多くのパルスがかからない場合は、「ベッドに戻ります」。

測定スケールの精度は、PICのクロックの精度、PFETと直列抵抗の実効合成抵抗、および出力電圧の3.10ボルトとの比較、3.30ボルト入力の調整によって影響を受けるはずだと思います。測定オフセット精度は、純粋に漏れの関数です。

目標が全体の精度を10％にすることである場合、PICは通常、出力をターゲットの0.02V以内に維持する必要があります。250mAの負荷に直面すると、1000uFのキャップは0.250V / ms低下します。電圧降下を0.02ボルト未満に保つには、PICを80us以内に起動する必要があります。これは、RC発振器ベースのPICでおそらく実行できると思います。

電流を統合することは難しくありません。自分でロールバックする場合は、仕様を完全に制御できます。

おそらくご存じのとおり、コンデンサにはQ = CVと $Q = \int i \cdot dt$ 。

これを行うために頭の上を見る1つの方法は、電流ミラーを作成してキャップを充電することです。必要なのは、キャップの電圧を読み取ることだけです。必要に応じてキャップを正確に取得することができ、多くの正確な現在のミラー構成があります。

このような方法を使用すると、実際に必要な複雑さを得ることができます。あなたは複数の解像度（異なるサイズの複数のミラーとキャップ）を持つことができます。オペアンプを使用して、分解能を向上させ、簡単なリセットを作成できます。

もちろん、チップを使用するほど簡単ではありませんが、すでに述べたように、ニーズに合ったチップは見つかりません。

電流検出を使用することは可能かもしれません（近接であっても）が、正確さが得られるかどうかはわかりません。たとえば、負荷がかなり低い場合は、1オームの抵抗を直列に接続できます。すると、抵抗の両端の電圧は電流に等しくなります。これを統合して（たとえば、オペアンプを使用して）、充電します。ここでの効率ははるかに大きく、ほぼ1に近くなりますが、現在のミラー方式は50％弱になります。

別のアプローチをお勧めします：小さな抵抗器（例えば、0.1オーム1％以上-正確な抵抗は負荷電流と達成しようとする精度に依存するはずです）をバッテリーと直列に接続し、ハイサイドに接続します電流検出アンプ（MAX4173など）をDACに接続します（内部にDACが付属するマイクロコントローラがあります）。このようにして、電流をリアルタイムで測定でき（もちろん、サンプリング周波数に応じて）、オンラインで統合したり、後処理したりできます（これも、現在のものと達成したいものに応じて異なります）。

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セルゲイスコロボガトフ博士 「サイドチャネル攻撃：新しい方向性と展望」。ケンブリッジ大学2011。「電源ラインのオシロスコープと小さな抵抗」に言及

エリック郭。「SASEBO-GIIでのSHA-3のチュートリアル」 2010では、VCCとデバイス間の1オームの抵抗について言及しています。

Jean-Jacques Quisquater教授とFrancois Koeune教授。「サイドチャネル攻撃」。2002年は、「電源またはグランド入力と直列に挿入された50Ω抵抗について言及しています。抵抗での電圧差を抵抗で割ると、電流が得られます。」

ポール・コッチャー・ジョシュア・ジャフェ・ベンジャミン・ジュン・パンカジ・ロハッジ。「差動電力分析の概要」。2011年は、「電源または接地線と直列の抵抗が電力トレースを取得する最も簡単な方法ですが、バッテリーと内部電源の内部抵抗の活用にも成功しました」と述べています。