Измерение тока микроконтроллера, от 1мкА до 100 мА Опции

[kada]

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.

[kada]

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

Тоже пришла такая идея в голову. Думаю использовать эту цепочку в качестве обратной связи трансимпендансного усилителя. В этом случае падение на резисторах будет скомпенсировано. См. прилагаемую схему.

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

Вы несомненно правы. Но смущает сужение динамического диапазона. В итоге вряд ли удастся измерить ток с достаточной точностью.

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.

Мне эта идея тоже показалась авантюрной. Но даже отказавшись от нее, и измеряя ток до блокировочного конденсатора, никто не запрещает иметь полосу пропускания 500 кГц или около того. При питании 3,3В и потребляемом токе 15 мА в активном режиме, постоянная времени цепи, образованной блокировочным конденсатором 0,1 мкФ и микроконтроллером будет порядка 20 мкс. Это конечно не 500 кГц, но и потребляемый ток микроконтроллера может быть значительно больше 15 мА.

Прикрепленные файлы

 Current_Analyzer_SCH3.PDF ( 83.47 килобайт ) Кол-во скачиваний: 65

 

[Herz]

Мне эта идея тоже показалась авантюрной. Но даже отказавшись от нее, и измеряя ток до блокировочного конденсатора, никто не запрещает иметь полосу пропускания 500 кГц или около того. При питании 3,3В и потребляемом токе 15 мА в активном режиме, постоянная времени цепи, образованной блокировочным конденсатором 0,1 мкФ и микроконтроллером будет порядка 20 мкс. Это конечно не 500 кГц, но и потребляемый ток микроконтроллера может быть значительно больше 15 мА.

Конечно, это далеко не 500кГц. И 0.1мкф - далеко не всегда достаточная ёмкость. Особенно, если контроллер потребляет больше 15мА.
Кстати, какой максимум потребления Вы предполагаете? 100мА? Это о каких МК речь?