超低消費電力デバイスの消費電力を測定する方法は？

これは半年か2年で古いニュースかもしれませんが、今日の手段では、私はμA（uA）とnAの範囲の電流さえ引き込む電子プロトタイプと設計について言及しています。

atmを使用しているSAMD21などの一部の最近のMCUは、常にオンの125nAのみを消費する超低電力内部32kHz RCオシレーターなどの内部クロックで武装しており、マイクロコントローラー全体がSTANDBYモードで消費できるのは6.2μAのみです。ライブRTCで。

これらのタイプの静止電流および電力消費レベルでは、マルチメーターやオシロスコープなどのベンチ測定デバイスの内部機構の最小の制限により、測定全体にかなりの誤差が追加されるか、別のような状況でフラットアウトの間違った値が測定される可能性があります分解能を小数点以下6桁から8桁に変更するとリレーが作動し、マルチメータの精度が向上します。

そのようなアプリケーションの全体的な静止電流/消費電力を測定する最も正確な方法は何ですか？

更新：

回答の1つで述べたように、低電流を測定することは困難ですが非常に可能ですが、統合された電流消費量について結論を出すと、すべての電力消費の現実的な数値を考え出すことが、私が考えていた以上のものになります。

私は、広範囲の電流-周波数コンバーターなどのいくつかのソリューションにぶつかりましたが、このアプリケーションノートの広範囲は最大200uAに制限されており、私の場合、私の無線が送信しているときに最大電流がミリアンペアに上昇し、システム全体がスリープ状態になると、3uAまで低下します。

1つの解決策は、計装アンプを使用して、シャント抵抗の両端の電圧降下を測定することです。これらは、アンプの両方の入力に非常に高い入力インピーダンス（1ギガオームを超える）を提供するように設計されていますが、比較的大きな係数（1000xも珍しくありません）でこの信号を増幅できます。非常に高い入力インピーダンスがあるという事実は、この特定のアプリケーションにとってそれほど重要ではありませんが、高い増幅率は重要です。

基本的な回路図は次のようになります（私が使用しているのIAは、計装アンプ用の内蔵型パッケージです。多くの場合、これらには外部ゲイン抵抗が付いているため、任意のゲインを選択できます）。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

増幅率が大きいため、比較的小さなセンス抵抗を使用でき、DUTの負荷電圧の影響の大部分を軽減できます。

これを効果的に行う既成のソリューションを購入したいだけの場合は、uCurrentのようなものを調べることができます。この電流範囲用に設計された特定のICもおそらくあります。

これらのタイプの電流センサーの出力は比較的絶縁されたアナログ電圧にすぎないため、標準のオシロスコープまたは電圧計を使用して電流を測定できます。

これらの非常にシンプルなデバイスは、ナノおよびマイクロアンペアの範囲の物に十分対応でき、比較的使いやすいです。

さらに小さな電流（ピコまたはフェムトアンペアの範囲）については、LMP7721などの特別に設計されたチップと、低電流設計に関する数ページのアプリケーションノートがあります。消費電力を測定するために、このようなものが必要になることはほとんどありません。これらは通常、科学コミュニティがセンサー出力（フォトダイオード/その他の非常に低い電流センサー）を測定するために使用されます。

Microchip AN1416：低電力設計ガイド（6ページ）は、「コンデンサ法」と呼ばれる方法を使用して、非常に低い電流の静的消費を測定する非常に興味深くシンプルなソリューションを指定しています。

既知のコンデンサに既知の電荷が設定されます。この充電は、被試験デバイスに電力を供給するために使用されます。既知の時間の後、コンデンサをDutから取り外し、それらの残留電圧を測定します。この差分と同じドキュメントで提供される数式を使用すると、デバイスが一定期間に消費する電流量を見積もることができます。

このドキュメントでは、使用するコンデンサのタイプと、コンデンサのリーク電流を考慮する方法についても説明しています。

マイクロチップからのドキュメントの下。

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01416a.pdf#utm_source=Facebook&utm_medium=Social&utm_term=Post&utm_content=MCU8&utm_campaign=Low+Power+Design+Guide

専門的なソリューションは、十分に優れたベンチマルチメーターを使用することです。

50000回の測定/秒オプションを備えたKeysight 34465Aのようなものを使用して、ソフトウェア開発ルーチンの一部として平均消費電流（<10µA）を測定した人々に会いました。

既製のソリューションは、CMicrotekのuCurrentで、価格に見合う価値があります。1uAの電流を簡単に測定しました。スコープを使用すると、アプリケーションのさまざまな機能がいつ実行されているかを確認できます。スコープまたはベンチトップ電圧計に接続できます。

私は現在10年以上バッテリー駆動のIoTデバイスを開発しており、達成しようとしていることに応じて、これを行う複数の方法を見つけました。静的システムの低スリープ電流を見つけるだけの場合は、セットアップを比較的単純に保ち、ほとんどのラボで見つけることができる一般的なアイテムを使用し、基本的な電気的概念を使用します。以下の画像を参照して、予想される電流引き込みでおよそ数百ミリボルトを与えるセンス抵抗（R1）値を選択してください。これにより、標準のDMMは、比較的正確な測定値を取得しながら、低い電源電圧でも十分な電圧をDUTに提供できます。オームの法則を使用して、電流を計算できます：I = V / R。6.2 uAの元のポストからの予想電流値を使用すると、20k〜30k（0.1〜1％）のセンス抵抗値で十分です。

DUTを低電力状態に初期化する必要がある場合は、低電力状態が維持されるまで、検出抵抗R1の両端に短絡ジャンパを配置できます。これにより、過度の電圧降下を引き起こすことなく、DUTが必要なだけの電流を引き出すことができます。DUTが予想される低電力状態になると、短絡ジャンパを取り外し、アイドル電流測定を行うことができます。

上記の方法は静的な条件下ではうまく機能しますが、動的な条件下では機能しません。特に、測定方法が提示する高インピーダンスのために、バッテリー駆動のデバイスで通常見られるピーク電流では機能しません。更新で説明するこれらのより現実的な動作条件では、非常に広いダイナミックレンジ、おそらく最大100,000：1（100mAから1uAまで）で電流を正確に測定して記録するデバイスが必要です。迅速なオン/オフの遷移をキャプチャし、結果を継続的に統合する速度。

これは、私の初期の頃はいつもかなりの時間と労力を費やしたものでした。そのため、これを処理するために専用に設計されたデバイスを作成することにしました。以下のリンクをチェックしてください：

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