Чем мерять микропотребление процессора - mkA
Оценка энергоэффективности питания от батереи
----------
Платформа MSP430F5438A с режимами сниженного энергопотребления LPM3.

Для отладки ПО необходимо аппаратно оценивать соответствие реального потребления устройства установленному лимиту энергии,
для максимизации ресурса батареи (литиий). Такой себе электросчетчик киловат-часов за определенный период времени (от секунд до суток).

(!) сложность в том что ток / напряжение на шунте импульсные.

(? 1) какая усилительная схема должна использоваться с шунтом ? (5-10 Ом)
(? 2) как инегрировать полученные значения замеров - цифровая обработка на базе контроллера
или может использоваться аналоговая схема ?
(? 3) как обеспечить динамический диапазон измерения тока от нескольких mkA до десятков mA ?

Никто не мешает сделать все на рассыпухе. Усилитель для шунта нужно делать на обычном операционнике с питанием выше измеряемого напряжения. Не стоит использовать специальные усилители для токовых шунтов, т.к. у них в среднем все довольно плохо с линейностью в области малых токов. Снимаемое с шунта напряжение нужно интегрировать на RC-цепочке с временем сотни миллисекунд, затем измерять и интегрировать уже в цифре. Динамический диапазон - 16-разрядный АЦП дельта-сигма вполне подойдет. На небольшую скорость они не дорогие.
В качестве более простой альтернативы можно применить измеритель заряда аккумулятора (только нужно выбрать тот, который с интегратором тока). Между шунтом и измерителем обязательно поставить RC-цепочку, т.к. без нее будет сильно врать на импульсах. Он должен потянуть все без дополнительного усилителя. Может быть, нужно будет поиграться величиной шунта немного в большую сторону.

1. Есть такой монитор тока потребления в SOT23 - ZXCT1009.
2. Микроконтроллер и соотв. алгоритмы из области учёта потребления электроэнергии.
3. См. ДШ ZXCT1009

У STM этот вопрос не решен? http://www.st.com/en/evaluation-tools/32l152cdiscovery.html
Схема там привдена. Плата показывает на дисплее ток потребления.

Спасибо за инф.
Аккумуляторные измерители интересно как готовое решение, если адаптировать под mKA/mA.
Пробовал использовать TSC101 от ST. На миллиамерных значениях работает вполне нормально, а вот для mkA
- использовать не получилось. У него, насколько я понял (возможно и ошибочно) есть нижняя полка,
которая не дает увидеть микроамперный ток (единицы-десятки).


Ok Спасибо. Покурим DS.


Да, я это рассматривал.
Там на шунт подключается инстр. усилитель собранный "россыпью".
А вот куда подается напряжение с инстр.усилителя (что за чип MFX-V2, какойто контроллер) - я так и не понял.
Есть только "мимолетное" упоминание о нем в схеме и описании.
Посему я это решение "отложил".
--------------
UM1879 User manual Discovery kit with STM32L476VG MCU
--------------
А вообще, при наличии такой платы (или ее покупке) - хороший вариант
Спасибо за инф.

ps - раскопать бы что за зверь MFX-V2, и что у него "на уме"

Посмотрите Rennesas. Там есть специальные стартовые наборы, на которых собраны мониторы питания.
А MSP слишком старые. У них периферия работает только в программном режиме.
У Ренессасов можно запустить секвенсер который управляет периферией и только потом если нужно, запустить программное ядро...
Да и режимов малопотребляющих у них гораздо больше...

"Радиолоцман", апрель 2014, стр.20

Патенты US20130154594, US20140253096

"SLAU597.pdf" от TI

iosifk, rx3apf спасибо за инф.
Будем посмотреть.

Мы используем следующую схему ток/импульсного преобразователя.
измеритель потребленного тока
Отлично справляется с импульсным потреблением. Требует одноразовой калибровки (в зависимости от того как точно вам измерять нужно потребленный ток) и счетного входа контроллера. Собственное потребление единицы микроампер. Работает от единиц микроампер до десятков миллиампер. Проверена многократно на больших сериях.

Если схема измерения может больше потреблять (не питается от той же батарейки), то (уже где-то тут обсуждалось это) самый точный способ с большим динамическим диапазоном - интегратор, включаемый в виртуальный ноль. Если очень точно хотим, то во время сброса конденсатора в обратной связи размыкаем входной ключ от вспомогательного конденсатора.
https://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...t&p=1508270

У ОУ смещение до 150мкВ, как он может мерить десятки мкв на шунте?

Граммар наци негодуэ.

/Зануда_mode_on
Нет такой единицы измерения mkA. Есть мкА, есть µA. Alt и 0181 в помощь, коль кириллические единицы обозначения глазу не милы.
/Зануда_mode_off

А вы всмотритесь как он работает. Смещение влияет только на разную длительность импульсов в разных фазах. Но не на их количество.

возьмите STK3200 (или другой) и меряйте.
предварительно переведя его в EM4.

У STM что-то вы похоже не то смотрели. Не вижу никаких MFX-V2.
Они меряют на MAX9938. Технология описана тут http://www.st.com/content/ccc/resource/tec....DM00031738.pdf
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А если посчитать, то этот диапазон - 1:100 000, где точность микроамперных токов не так сильно важна,
то любого 24-разрядного АЦП за глаза хватит. И не нужно что-то дорогое или умное покупать/сочинять.
Метод "влоб" порой не такой уж тупой, как сам лоб

Посмотрите как меряют в STK3200 от сотен паноампер до 100 миллиампер.
Хотя можете и велосипед изобретать.
Но проще купить за 30 буказоидов и мерять.

http://we.easyelectronics.ru/ARM/atmel-sam...budet-v-ua.html

Всем спасибо за инф.
Пересматриваю.

Оказывается вопрос обсуждался
на форуме в разделе метрологии

Дейв всё придумал.

А мне не нравится. Там еще нужно снаружи сигнал интегрировать. И еще много других недостатков. Совсем не нравится. Шунт всегда будет ограничивать динамический диапазон. Конденсатор в интеграторе намного лучше.

А вот тут у меня что-то сломалось. Что предлагается подавать на вход интегратора? не сигнал с шунта? Или вы про то, что переключаемые шунты - не хороший вариант?

Никаких шунтов. Вход интегратора держит виртуальный ноль на входе. Интегратор... не совсем интегратор. Резистор на входе небольшого номинала. Перед резистором хороший (даже не очень...) конденсатор, помогающий сгладить возможные импульсы тока. Интегратор может быть со сбросом или на дополнительный вход можно подавать обратный ток. Дозированный.
Фактически, преобразователь заряд (интеграл от тока, что и нужно ТС получить) - напряжение на выходе ОУ интегратора.

Всё-равно не понял. Что вы предлагаете подавать на вход интегратора? Грубо говоря, микроконтроллер питается по двум проводам. На них условно постоянное напряжение. Ну есть интегратор, удерживающий на входе виртуальный ноль, я знаю только один нормальный способ сделать это - один из двух входов подключить к реальному нулю. А на второй-то вход что предлагается подать?

P.S. может быть сумбурно как-то излагаю мысли, но мне непонятен сам источник сигнала - что предлагается интегрировать. Я просто не понимаю, как это можно измерить, ничего не установив в разрыв цепи питания, например, шунт или один из транзисторов токового зеркала (Ну кроме случая с датчиком Холла).

Точность действительно не так важна. Устроит даже оценочный и сравнительный замер.
В смысде интегрирующий ADC ? (см. Tanya (С) )
Если совсем влоб - то ОНО в мультимере.

Амперметр включается в разрыв цепи? Вот так и включается. Между настоящей землей и выходом тока устройства включается, например.


Как раз важна. Вот представьте, что постоянно течет какой-то микроамперный ток, но долго-долго... Временами импульсы в 1000 раз больше, но и короче. Все это надо интегрировать тщательно.

для статических или медленно менюющихся токов - да.
Измерительная схема шунт-усилитель на MAX4239.
----
The MAX4238/MAX4239 are low-noise, low-drift, ultrahigh precision amplifiers that offer near-zero DC offset
and drift through the use of patented autocorrelating zeroing techniques.
---

В амперметре есть гальваническая связь между двумя входами в виде шунта или катушки в гальванометре. В общем, не дано мне со слов это понять, да и ладно, у меня эта проблема решена.

Сперва, для решения этой проблемы я измерял время, за которое схема разрядит на определенную величину конденсатор большой емкости, что то навроде вот этого: https://www.google.com/patents/US20130154594

А после приобрёл мультиметр сначала на 5,5 знаков с режимом статистики, а потом на 6,5 знаков. Правда, при этом длительные измеерения проводились лишь на выборочных экземплярах из серии, но к отладке это отношения не имеет.

Мне, в данном случае, на этом историческом этапе развития цивилизации, нет. При всем уважении
Чувствительность - да. А бeдет ли это 2 мкА или 3 в метрологическом смысле - пока не существенно.

Измерительный шунт + специализированный усилитель шунта + 2-диапазонное усиление и 2 ADC.
(моежт что нетак понял)
Подходит.

Что тут непонятного? Ток течет через конденсатор в обратной связи на выход ОУ, потом в нем через его питание на настоящую землю.

Тут саморазряд конденсатора... Трудно контролировать.

Спасибо. Как раз пока вы отвечали схемку нарисовал, и об этом хотел спросить. Да ещё и инертность мышления подвела: я раздумывал, как сделать измерение непосредственно в приборе, а там токи по 2 А бывают.


Да, поэтому нужно периодически калибровать, отключая нагрузку. Я, собственно, и калибровал.

Тут в качестве исходной TS задал контроль микропотребления.
Если у Вас это мА и А - то все намного проще и дешевле

Да, совершенно верно. Потому я и назвал это своим минусом.

мкА-А. Длительная работа от батарей без возможности заряда.

UM1879 Discovery kit with STM32L476VG MCU (pdf)
MFX (Multi Function eXpander)
Схема на странице 27


Спасибо за инф. Самый "эконом" вариант на мой взгляд.
Насколько понял, это разновидность ПНЧ. Интегрировать очень удобно счетчиком.
Если я правильно понял, конечно.
Недостаток - требует калибровку ?


------------------ ВСЕМ ответившим большое спасибо за инф. и ссылки ---------------------
Будем пробовать на железе.

Да, счетчиком. Устройство само считает сколько оно "скушало". Калибровать надо конечно если нужна точность лучше точности RC компонент.

раз у вас тексасовский МК, поглядите как EnergyTrace сделан на лаунчпадах MSP-EXP430FR5969 и MSP-EXP432P401R.
"умный" dcdc на МК который сам считает потребление нынче может оказаться дешевле аккуратного аналогового ключа.

Да, но только пока напряжение на шунте больше смещения. Уж решил, что и правда что-то не понял, промоделировал.
Напряжение на шунте 150мкв, смещение 60. Работает уже близко к пределу.

Единственно верно предложенный Tanya интегратор — например, можно взять любой линейный стабилизатор, с нулём или известно постоянным собственным потреблением, и подключить его вход через конденсатор.

Развивая далее эту мысль, поскольку этот конденсатор будет заряжаться потребляемым нагрузкой током, его надо как-то, когда-то и без ущерба для точности процесса разряжать, а также попутно калибровать, что выливается в логичную конструкцию чередования пары таких конденсаторов посредством диффпереключателя. Ну и, законы природы требуют выбрать конденсаторы плёночного типа.

Достижение порога компаратора очередным активным конденсатором защёлкивает значение таймера микроконтроллера и перекидывает триггер, который меняет диффпереключателем конденсаторы местами, после чего заряженный конденсатор можно, подсчитывая интервал всё той же защёлкой таймера МК, либо дозарядить калибровочным током до ещё одного калибровочного порога и после разрядить его до нуля ключом, либо разрядить этим током до нуля, т.е. реализовав классическое двухстадийное преобразование.

Можно проще. Один конденсатор и никаких явных ключей. Поставить интегратор в разрыв питания так, чтобы в него тек отрицательный ток. На выходе будет расти напряжение, а компаратор или АЦП в мелком PICе подскажет, когда вывести ножку из третьего состояния на высокий уровень и подать через резистор на вход интегратора дозированный ток - заряд. Там же все и считается.

Можно проще. Поставить шунт и диф. усилитель сигнала шунта

На шунте в 10 кОм при токе 1 мкА будет падать 10мВ.
что вполне можно усилить. И что не приведет к существенном падению питалова
Или даже померить тестером.

В чем проблема-то?

Проблема в том, что проц может кушать 10мкА в спячке, а может вдруг проснуться и потребовать скажем 50 мА. Одним шунтом не обойдёшься.
Вариант у Tanya интересный, только есть один момент, допустим испытуемый запитывается от 3,3В, тогда чтобы выдать ему дозированный ток измерительный проц должен питаться от 5В или иметь дополнительный внешний ключ, но опять же одним питанием 3,3 не обойтись. Кстати этот ток должен быть больше максимального тока потребления испытуемого, т.е более 50 мА, одной ножкой порта тут уже не обойтись.

Ясное дело, что это внешнее устройство, и питается отдельно. А ток не должен быть больше максимального. Конденсатор (наружный) должен слопать импульс тока. А потом уже заряд будет перетекать во внутренний конденсатор. Если использовать АЦП, то, измеряя напряжение, можно к квантам счетчика добавить эту добавку. Это для оперативного контроля.

Измеряемый ток имеет импульсный характер и интегрирование должно идти непрерывно без пропусков. Поэтому самый интересный из простых ИМХО вариант Nixon.
Правда он требует прецизионного ОУ, зато не требует другого питания, прост и требует только 3 приличных резисторов, причем 2 из них одинаковые.

Т.е. проблема в том, что Вы не умеете (не знаете) как удерживать проц в SLEEP MODE?

А если я не хочу?
Есть устройство, среднее потребление которого нужно измерить, я подключаю его к измерителю и получаю результат измерений. Возможно не сразу, может быть придется подождать несколько часов/дней, но результат будет получен. Измерять же потребление в "SLEEP MODE" не нужно - оно итак указано в даташите

А оно так и работает, разве нет?

Вариант с шунтом всегда плохой при таком огромном диапазоне токов. Интегратор ведь интегрирует конденсатором (тут двумя) все допустимые токи.

Так напряжение с шунта именно что интегрируется, причем сминимальным вмешательством в цепь питания. Если уж интегрировать ток, то удобнее схема от тексаса, где дроссель в режиме разрывных токов выдает порции энергии и проц считает их количество для поддержания заданного напряжения.

(1) Смотря какая цель замеров. Если девайс с сетевым питанием или аккумуляторный, с допустимостью подзарядки раз в день-2-3-месяц,
это одно. Микроамперы можно особо и не ловить. Промерили, проверили, записали в тех. характеристики.
А вот для долгоиграющих девайсов с питанием от литийевой батареи, которая должна "продержаться" минимум год, полностью автономно - это другое. Собственно по теме ТС задача измерений - максимальная оптимизация системы (в целом, не только процессора) с целью
отлова непроизводительного потребления. Например, "забытый" вход порта на который идет наводка, в результате чего даже в LPM
идет потребление тока из-за переключения ТШ на этом входе.

(2) если речь о "голом" процессоре - то да. Но просчитать сколько втекает-вытекает на внешнюю периферию в LPM довольно сложно.

Кстати, тот же принцип квантования можно реализовать и с резистивным шунтом вместо дросселя. КПД будет много хуже, конечно. Но вполне жизнеспособно.

Вообще-то мало кому нужны устройства, которые не выходят из SLEEP MODE. Более того, устройствам, которые всегда удерживаются в SLEEP MODE, вообще не нужен SLEEP MODE: гораздо проще их вообще не включать. Более того, в целях неувеличения энтропии, их лучше вообще не производить и не разрабатывать.

Тогда что Вы делаете в этой теме?


Но топикстартер, видимо, не верит цифрам в даташите и хочет проверить их.
Тогда он должен прочитать в даташите про источники пробуждения чипа и погрузив чип в SLEEP MODE НЕ будить его. И тогда хоть обмеряйся.
В чем проблема-то? Никак понять не могу