Аналоговый ключ с минимальным сопротивлением Ron Опции

[georgfour]

Добрый день.
Есть задача - измерять ток через резистивные шунты.
Два диапазона тока, один шунт порядка 80кОм, второй - 4 Ом.
Суть в том чтобы автоматически переключать их между собой с помощью внешнего сигнала (с МК например).
Первое что приходит в голову аналоговые переключатели от Analog Device например, однако минимальное сопротивление открытия - 0.28Ом.
На шунт 80кОм это никак не влияет, однако при включении последовательно с шунтом 4Ом уже будем иметь заметную погрешность, а если учесть,
что сопротивление таких ключей нелинейно и зависит от напряжения питания, тока через него и температуры окружающей среды...
Есть вариант конечно попробовать скомпенсировать это все программно беря данные из даташита, но у меня есть сомнения на этот счет.
Требуемая точность измерения - 1%.
Второй вариант - громко щелкающее реле с сопротивлением 0.05 Ом - что приемлемо, но потребление высокое и надежность сомнительна при постоянных измерениях.
Как быть в данной ситуации, поделитесь опытом.
Заранее спасибо

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 14 2016, 18:10

[HardEgor]

Есть задача - измерять ток через резистивные шунты.
Два диапазона тока, один шунт порядка 80кОм, второй - 4 Ом.

Включить шунты последовательно и коротить ключом только шунт 80кОм, а 4 Ом можно и не коротить - получите просто шунт на 80,004 кОм.
А ключ сделать из двух включенных встречно-последовательно MOSFET, они есть и на 5 мОм и меньше.
Можно пойти дальше, гальванически отвязать управление - поставить оптореле, на небольшие напряжения у них сопротивление тоже в миллиомах измеряется. Зависимость от температуры можно откалибровать.

[georgfour]

Транзисторы что-то типо таких?
http://www.farnell.com/datasheets/1802163.pdf
Да и проблема мощных транзисторов с малым сопротивлением в том что эти малые сопротивления только на высоких токах, от 3.3 В они все равно весьма высоки.
Драйвера тут получается нужно будет корячить... плюс напряжение питания нагрузки на линии где шунты переменное от от 0.5 до 3.5 вольт, шунты в верхнем плече (high side) стоят, и мосфеты не получится открывать закрывать
нормально как я понимаю( Можно вроде поставить N-канальники и для них сделать драйвер на напряжение значительно выше чем максимальные 3.6В на напряжении питания. Плюс токи утечки у них микроамперы, когда шунт 80к меряет наноамперы.
А под оптореле вы что подразумеваете? Оптотранзисторы? Их просто тысяча разновидностей

Что-то типо этого

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 14 2016, 20:03

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

Один шунт 100 Ом и переключаемый усилитель.

[georgfour]

Переключаемый - это с программируемым коэффициентом усиления?
Получается он должен быть весьма прецизионным, если шунт 100Ом на 10нА это 1 мкВ получается...
Можее посоветовать конкретные чипы? Просто в качестве измерителя используется микросхема INA226, там диапазон до 80mv, чтобы иметь нормальную работу операционника около нуля придется
биполярное питание обязательно организовывать...
Заранее спасибо

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 14 2016, 21:44

[Aner]

Discovery kit STM32L053C8 поизучайте, думаю там есть все для ваших шунтов и измерений от наноампер. На эту пару посмотрите IRF7317 может придумаете как использовать или из этого ряда IRF73xx какой HEXFET приглянётся. А так да, ваши капризы может какое микро-реле и удовлетворит.

[Plain]

10нА ... используется микросхема INA226

Однозначно не используется — ведь её входной ток 10 мкА.

Можете посоветовать

MCP6001

[georgfour]

Блин и как я не заметил, спасибо огромное!

Хотя я все равно не понимаю как на 100Ом можно померять диапазон от 1нА до 1мА.
Для 1мА падение буде 100мв. Однако для 1мкА будет уже 100мкВ, а для 1нА будет уже 100нВ.
Максимальное напряжение управляемого усилителя 1000 - этого не хватает чтобы усилить 100нВ до приемлимого уровня.
Все равно придется применять переключение шунтов нет?

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 14 2016, 23:24

[Plain]

Точнее так, потому что здесь нужен автообнуляемый ОУ, ещё и при неозвученной полосе:

http://www.digikey.com/product-search/en/i...amp;pageSize=25

У Вас путаница в голове, потому что озвученные ранее ((1% · 80 мВ) / 80 кОм) = 10 нА — это МЗР шкалы 1 мкА, т.е. разрешение, а 1 мА — это 100%, т.е. полная шкала, а иначе Вы намечаете пикоамперы измерять,— ну так тогда ответ однозначный, что Вашей квалификации на это не хватит ни сейчас, ни в ближайшем будущем, тем более, что данная тема сильно смахивает на продолжение прошлогодней кучи тем на тему самодельного лабораторного генератора.

[HardEgor]

А под оптореле вы что подразумеваете? Оптотранзисторы? Их просто тысяча разновидностей

Например, давно использовал PVN013 - 50 мОм, управление через светодиод, токи утечки десяток нА.
Сейчас наверняка получше есть.
Для переменного тока PVN013 можно включить как-раз встречно-последовательно.

Что-то типо этого

Да.

[georgfour]

Plain, насчет своей квалификации я согласен, я еще студент, однако генератор собран и работает у меня на столе.
Насчет путаницы - возможно я действительно чего то путаю. В ТЗ стоит - диапазон 1нА-1мА с разрешением 1нА и точностью (accuracy) 1%.
Как это правильно понимать тогда?
Спасибо заранее за помощь

[Plain]

Это означает всего лишь единственную шкалу 1 мА, 20-разрядный АЦП и допуск шунта 100 Ом лучше 0,3%.

Кому и зачем всё это понадобилось в сумме с 1% — отдельный вопрос.

[Tanya]

Plain, насчет своей квалификации я согласен, я еще студент, однако генератор собран и работает у меня на столе.
Насчет путаницы - возможно я действительно чего то путаю. В ТЗ стоит - диапазон 1нА-1мА с разрешением 1нА и точностью (accuracy) 1%.
Как это правильно понимать тогда?
Спасибо заранее за помощь

Тут возможны варианты...
Простейший - один шунт и хороший АЦП. Вот, например, ad7175-2 - 24 noise free at 20 sps. И это действительно так. Не помню, какой там входной ток. Можно сделать буферный усилитель.
Если нет такого хорошего, - ставим один усилитель для усиления малых сигналов. Пусть при большом сигнале насыщается себе...
Можно нижний конец нагрузки соединить с трансимпедансным усилителем, меняя резистор в обратной связи ключиком или реле.
etc.

[georgfour]

А почему варинты с несколькими шунтами не проходят?
Просто я не уверен что смогу организовать конструкцию правильно для АЦП такой разрядности да и дорогой он весьма...

Я просто все таки думаю о двух шунтах 100к и 100Ом с точностью 0.1%, малошумящих ключах adg801, с шунтов на инструментальный усилитель INA121 и там снимать 14-16 битным АЦП

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 15 2016, 13:59

[one_eight_seven]

А почему варинты с несколькими шунтами не проходят?

Потому что это несколько диапазонов.

[georgfour]

Ну два диапазона, которые покрывают весь полностью, однако позволяют не использовать АЦП столь высокой разрядности нет?

[one_eight_seven]

Ну два диапазона, которые покрывают весь полностью, однако позволяют не использовать АЦП столь высокой разрядности нет?

Нет. Если два диапазона - это два диапазона. Два - это не один. Вообще ни разу. Вообще, идите от задачи, и опишите, что хотите.

[georgfour]

Нужно сделать прибор который будет измерять ток потребления в указанном диапазоне у малоптребляющих устройств с батарейным питанием.
ну и является источником напряжения собственно говоря для этих устройств

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 15 2016, 14:18

[one_eight_seven]

Ну вот и смотрите, допустим, изделие потребляет сейчас 100 нА, соответственно, ток идет через 100кОм, оно (устройство) включило внутренние для него модули, и начало потреблять 500 мкА. Что станет с питанием устройства, когда все 500мкА станут протекать через 100кОм? Будут адекватны такие измерения?

Второй диапазон вы включите, когда будет уже слишком поздно.

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Jun 15 2016, 15:50

[georgfour]

Ага, понял, то есть получается что напряжение упадет тогда настолько, что нарушится нормальная работа устройства?

[one_eight_seven]

Ага, понял, то есть получается что напряжение упадет тогда настолько, что нарушится нормальная работа устройства?

Именно.

Теперь второе - зачем вам измерять 1 нА с точностью 10 мкА?

[georgfour]

Я ориентируюсь на устройство подобного класса и то что написано в его спецификации:
measuring range 20mA, resolution 1 nA.
Accuracy 1% to 5 mA, <5% if> 5 mA.
В ТЗ решили обозначить меньший диапазон, устройство позиционируется как универсальный измеритель - подключаешь, видишь потребление, сравниаешь с паспортным, делаешь выводы.
Диапазон широкий, потому что класс устройств один, но потребление очень различается, как и диапазоны питаемых напряжений.

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 15 2016, 16:37

[Меджикивис]

А как меряет обыкновенный китайский тестер с автоматическим выбором диапазона?

[georgfour]

Ну как я понимаю как раз переключением тестовых сопротивлений пока не найдет попадание в нужный диапазон нет?

[Меджикивис]

Так он же цепь не разрывает, и просадки на избыточном сопротивлении (как писали выше) не происходит

[georgfour]

Хм, вообще я тоже сейчас об этом задумался...в инетрнете есть по поводу auto range напряжения и сопротивлений/емкостей, по поводу тока сейчас поищу, спасибо



Сообщение отредактировал georgfour - Jun 15 2016, 17:12

[Меджикивис]

Ну и содрать оттуда схему и всего делов

[georgfour]

Последовательно соединить все шунты, закоротить высокоомные и потом последовательно размыкать от малого к большому пока не достигнем нужного падения напряжения?
Но это опять же если в течении времени постоянный ток, а если он скакнет на порядок, то если мы в текущем состоянии на высокоомном шунте, то все равно будет момент падения напряжения пока не переключим на более низкоомный шунт. И опять же на периодических сигналах если будет ток скакать на границе диапазонов шунтов, будет возникать ошибка при переключении..
Ну это вот первое что пришло в голову...

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 15 2016, 17:22

[one_eight_seven]

А как меряет обыкновенный китайский тестер с автоматическим выбором диапазона?

Китайский тестер на 5,5 знаков? Силен тестер должен быть.

Ну и с утечками у них тоже не слава богу.

P.S. Рекомендую автору всё-таки вернуться к задаче, и определить что ему действительно нужно. Для чего разрешение в 1 нА при точности 10 мкА? Что с помощью его собираются отслеживать? Ну и да, несколько узкоспециализированных устройств могут быть дешевле, чем одно универсальное.

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Jun 15 2016, 17:44

[georgfour]

Может быть у кого нибудь есть схемы на настольные серьезные мультиметры?
Типо от Agilent или Keysight. Интересно как там это устроено, заранее спасибо)

[one_eight_seven]

ипо от Agilent или Keysight. Интересно как там это устроено, заранее спасибо)

Динамический диапазон достигается количеством разрядов при аналого-цифровом преобразовании. Разные диапазоны - разные шунты. Переключение достаточно медленное. Переключается с помощью реле.

[georgfour]

То есть там есть auto range просто путем переключения шунтов?
И все это с достаточно высокоразрядным АЦП? И разрывается ли там цепь?

Сообщение отредактировал georgfour - Jun 15 2016, 17:57

[one_eight_seven]

То есть там есть auto range просто путем переключения шунтов?

Не уверен что во всех, может быть в некоторых переключаются усилители. Но в 34450 и 34460 - переключаются шунты (на 10А входе). На 100 мА - только один диапазон.

И все это с достаточно высокоразрядным АЦП?

Может быть так, может повышения разрядности добиваются за счет выигрыша от обработки (похоже, что в 34450 именно так, или же там неправдоподобно медленный АЦП)

И разрывается ли там цепь?

Не интересовался. Не провожу измерения на автовыборе диапазона.

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Jun 15 2016, 18:07

[ZVA]

было уже

[one_eight_seven]

было уже

Ну точность 10 мкА и даже гораздо лучше обеспечить можно (при относительно небольших измеряемых токах), но вот разрешение 1 нА - крайне затруднительно.