Уважаемые коллеги.

Появилась необходимость измерения потребляемого тока микроконтроллеров для отладки спящих режимов.
Диапазон измеряемых токов от 1 мкА до 100 мА. Ток предполагается измерять непосредственно в разрыве между блокировочным конденсатором и выводом положительного питания микроконтроллера. Т.е. нужно отследить фронт изменения тока например от нескольких мкА до нескольких десятков мА и обратно. Полученный сигнал будет подаваться на АЦП микроконтроллера STM32F4 и передаваться на компьютер через USB. По возможности хотелось бы иметь полосу пропускания аналоговой части порядка 500кГц.

Был собран макет на основе трансимпендансного усилителя с переключаемыми токовыми шунтами: 10 Ом, 100 Ом, 1К, 10К и 100К. Для статичных нагрузок схема работает хорошо, но для быстроизменяемых (реальный случай измерения тока микроконтроллера) возникают большие пульсации измерительного напряжения в следствии постоянного переключения диапазонов. Для уменьшения пульсаций пришлось установить конденсатор 10 мкФ параллельно измеряемой цепи. Пульсации уменьшились, но соответственно возросла постоянная времени.

В связи с этим вопрос, существуют ли в природе какие либо решения для измерения быстроизменяющихся токов в таких больших пределах? Была идея использовать один единственный шунт 10 Ом. Но для микроампер понадобится усилитель с КУ порядка 10^6 и входным напряжением порядка микровольт.
Может есть какие то готовые решения? Думаю многие сталкивались с похожими задачами. Благодарю всех откликнувшихся.

Инструментальный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. AD8221, например. Потом еще один усилитель.

Может, лучше сделать так, например http://www.elcomdesign.ru/ingineer/ingineer_37.html, рис1.
входной ток ОУ взять с вывода GND контроллера, а для переключения диапазонов коммутировать R обратной связи ОУ. Сам операционник должен быть пошустрее(и по полосе и по быстродействию) и с добавлением на выходе эмиттерного повторителя на одном pnp-транзисторе для обеспечения максимума в 100мА. В таком включении не понадобится ёмкость для сглаживания, потенциал на выводе GND будет автоматом поддерживаться током через R обратной связи ОУ.
Это и будет трансимпедансный усилитель(преобразователь ток-напряжение с входным сопротивлением=0)

ПС

Трансимпедансному усилителю не нужен шунт, у вас там собрано что-то типа шунт+усилитель напряжения.

Сообщение отредактировал In_an_im_di - Apr 15 2014, 18:43

В этом случае конденсатор лишается названного Вами титула и становится просто конденсатором, а микроконтроллер, соответственно, подключённым не по требованиям производителя, ну и все измерения, как следствие, тоже станут неверными.

Для "отладки спящих режимов" в подавляющем большинстве случаев достаточно выяснить средний ток, а это легко получается одним-двумя RC- и/или LC-фильтрами и интегратором. Можно, конечно, сделать то же самое программно, например, для презентации, но денег потребуется на порядки больше.

Достаточно гораздо более скромных усилий, я того же мнения. Но, как говорится, хозяин-барин.

Нужна многоканальность
Поставь три канала с разными Ку на порядок и измеряй три канала.
и выбирай один для каждого отсчета.
Здесь нужно только учесть разничу в АЧХ и ФЧХ

Спасибо всем откликнувшимся!


Возможно, но какая тогда будет полоса пропускания тракта, состоящего из двух ОУ с КУ=1000 каждый? Инструментальные усилители ГГЦ диапазона не предлагать


На данный момент так и сделано. Посмотрите пожалуйста прилагаемую схему аналоговой части. ОУ применен AD8628 (GBP = 2.5 MHz). Может нужен пошустрей?



Коллеги, я Вас прекрасно понимаю. Но хозяин к сожалению не я.


Вы имеете ввиду использовать один единственный шунт? И одновременно усиливать с него сигнал несколькими усилителями с разными КУ?

Да, схема аналогичная, просто название Rос шунтом сбивает с толку.
Пошустрей - не спасёт, даже идеальный - не спасёт, потому что останется решить еще два вопроса: 1. почти мгновенно измерять+принимать решение об уходе на другой диапазон 2.почти мгновенно переключить диапазон(резисторы ОС).

Для повышения "шустрости" есть два выхода:
- Использовать 3 канала с разной чувствительностью постоянно без их переключения
- Использовать быстродействующие токовые клещи с усилителем и подключением к осциллоскопу (Current probe amplifier, типа, что-нибудь TM-01)

Почему-то никто не вспомнил про логарифмический усилитель...

логарифмической должна быть нагрузка

Нагрузка у автора - МК, если я правильно понял. И ее ток ему надо замерить, а изменяется он в слишком широких пределах, не влезает в измерительный диапазон, если с шунта снимать линейным усилителем.
Предлагаю взять усилитель логарифмический, и его выходной сигнал оцифровать. А дальше, если хочется, массив снятых данных можно пересчитать обратно в линейный вид, ведь характеристика усилителя известна.
Что не так?

Я имел ввиду опорное сопротивление - скажем набор резисторов от 1 до 1000, зашунтированных транзистором каждый, или диодом.
Тогда измеряя на каждом можно перекрыть весь диапазон
но падение большое - получится 4*0.6 или 4*0.3 (шотки)
Правда можно больше подать, ограничив стабилизатором, но он внесет погрешность, правда его ток тоже можно измерить

А зачем всё это, когда существуют известные, проверенные схемы логарифмирующих усилителей?

Однако решение ищете же Вы. И легкомысленно не обращаете внимания на тот факт, что блокировочный конденсатор должен быть подключен к питанию МК не только с минимальным сопротивлением, но и максимально короткими проводниками. Иначе поведение контроллера станет непредсказуемым. О каких там килоомах может идти речь?!
О какой полосе в 500кГц? Задача явно надумана безграмотным человеком.