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

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.

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

Один шунт 100 Ом и переключаемый усилитель.

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

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.

Однозначно не используется — ведь её входной ток 10 мкА.


MCP6001

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?

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.

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.


Да.

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

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.

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.

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

Потому что это несколько диапазонов.

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.

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

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.

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?

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.

А как меряет обыкновенный китайский тестер с автоматическим выбором диапазона?

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

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

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

Ну и содрать оттуда схему и всего делов

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...

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.

Может быть у кого нибудь есть схемы на настольные серьезные мультиметры?
Типо 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.

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

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.


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


Не интересовался. Не провожу измерения на автовыборе диапазона.

было уже

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