低電流測(cè)量技巧

隨著現(xiàn)代電池供電設(shè)備和集成電路變得更加環(huán)保和節(jié)能，人們?cè)絹?lái)越需要進(jìn)行高靈敏度、低電平的電流測(cè)量，以確保這些設(shè)備的電流消耗在可接受的范圍內(nèi)。需要準(zhǔn)確測(cè)量功耗的關(guān)鍵應(yīng)用是電池供電的應(yīng)用程序，例如無(wú)線(xiàn)移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。為了最大程度地延長(zhǎng)電池壽命，工程師需要在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)最小化功耗。功率定義為P=VXI。降低器件功耗的關(guān)鍵因素是降低固定電源電壓水平的平均電流消耗。

測(cè)量電池供電的移動(dòng)設(shè)備(如手機(jī)或平板電腦)的電流消耗的主要挑戰(zhàn)是，電流信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍非常寬。移動(dòng)設(shè)備通常在活動(dòng)狀態(tài)和空閑或待機(jī)電流模式之間來(lái)回切換，在活動(dòng)狀態(tài)下，它會(huì)產(chǎn)生非常高的快速峰值電流，而在空閑或待機(jī)狀態(tài)下，它會(huì)產(chǎn)生非常小的直流和交流電流。

圖1.GSM手機(jī)打電話(huà)時(shí)測(cè)量的電流。

圖1顯示了GSM手機(jī)打電話(huà)時(shí)測(cè)量的電流漏，有源電流峰值高達(dá)~2A，在空閑模式下，電流漏極小

用示波器測(cè)量電流的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是使用卡式電流探頭(如Keysight的1147B或N2893A)直接監(jiān)測(cè)進(jìn)入設(shè)備的電流。

不幸的是，這種方法不適合測(cè)量在亞毫安和幾安培之間快速變化的微小電流，因?yàn)殂Q位式電流探頭的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度有限，只能測(cè)量幾毫安的電流。在測(cè)量手機(jī)電流消耗量的例子中，空閑狀態(tài)的電流不太可測(cè)，因?yàn)樗宦裨谔筋^噪聲中。

此外，為了進(jìn)行更精確的測(cè)量，人們有時(shí)會(huì)去磁化探頭，以消除探頭核心的剩余磁場(chǎng)，并補(bǔ)償任何鉗位電流探頭的直流偏移。這種額外的校準(zhǔn)程序使鉗位電流探頭使用起來(lái)很麻煩。

新的N2820A系列高靈敏度電流探針從Keysight技術(shù)解決需要高靈敏度的電流測(cè)量與廣泛的動(dòng)態(tài)范圍。由于當(dāng)今的應(yīng)用環(huán)境需要極小的外形尺寸，這些探頭還具有與被測(cè)設(shè)備(DUT)物理連接的優(yōu)點(diǎn)。新型N2820A/21AAC/DC電流探頭提供業(yè)界最高的電流檢測(cè)靈敏度，可測(cè)量50μa，最大電流范圍為5A。

圖2.用示波器測(cè)量電流的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是使用卡式電流探頭，如Keysight的1147B或N2893A。

Keysight的N2820A2通道高靈敏度電流探頭探頭內(nèi)部有兩個(gè)具有不同增益設(shè)置的并行差分放大器，低增益?zhèn)瓤勺屇榭凑麄€(gè)波形或波形的“縮放”視圖，高增益放大器提供“縮放”視圖以觀察極小的電流波動(dòng)，例如手機(jī)的空閑狀態(tài)。N2820A/21A電流探頭專(zhuān)為測(cè)量DUT內(nèi)的電流流動(dòng)而優(yōu)化，以表征子電路，使用戶(hù)能夠查看快速寬動(dòng)態(tài)電流波形中的大信號(hào)和細(xì)節(jié)。

該探頭提供了一種將探頭連接到DUT的創(chuàng)新方法。提供的Make-Before-Break (MBB)連接器允許您快速探查DUT上的多個(gè)位置，而無(wú)需焊接或拆卸引線(xiàn)。MBB接頭可以安裝在目標(biāo)板上，也可以從 DUT 引出。它適合標(biāo)準(zhǔn)的0.1"間距通孔，用于0.025"的方形引腳。用戶(hù)應(yīng)相應(yīng)地規(guī)劃其PCB布局。MBB 是一種很好的方法，可以在不中斷被測(cè)電路的情況下，輕松地在目標(biāo)板上的多個(gè)位置進(jìn)行連接和斷開(kāi)。

創(chuàng)新并未就此止步。在捕獲到當(dāng)前波形后，您現(xiàn)在需要計(jì)算系統(tǒng)隨時(shí)間變化的平均電流消耗。是德科技的Infiniium 和InfiniiVision 示波器可提供曲線(xiàn)下的面積測(cè)量(電荷)，您可輕松計(jì)算隨時(shí)間變化的安時(shí)(安培小時(shí))總電流消耗。安時(shí)是衡量電池電存儲(chǔ)容量的單位。一安時(shí)等于一安培電流流過(guò)一小時(shí)。

現(xiàn)在有了N2820A/21A電流探頭，電池供電產(chǎn)品測(cè)試的工程師們能夠以前所未有的方式看到動(dòng)態(tài)電流波形的細(xì)節(jié)和整體情況,而不再使用傳統(tǒng)的鉗形電流探頭。

圖3.新的N2820A/21A交流/直流電流探頭在示波器電流探頭中提供了業(yè)界最高的靈敏度。

圖4所提供的“斷路前制造”MBB)連接器允許您快速探測(cè)DUT上的多個(gè)位置，而無(wú)需焊接或拆除導(dǎo)線(xiàn)。

圖5.Keysight的Infiniium和InfiniiVision示波器提供曲線(xiàn)下的面積測(cè)量(電荷)，您可以輕松地計(jì)算出隨時(shí)間變化的安培小時(shí)(AmperexHour)的總電流消耗。

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審核編輯 黃宇