Способы измерения тока в пикоампере

Мне нужно проверить низкое энергопотребление микроконтроллера в диапазоне пикоампер . У меня есть только мультиметр, способный измерять миллиамперы, и поэтому он показывает 0.

Есть ли простой и точный способ измерения пикоампер?

Питание микроконтроллера осуществляется с помощью конденсатора, заряженного до известного напряжения. Подождите соответствующее количество времени, затем измерьте напряжение. Рассчитайте ток от дельта-V и C. (Не измеряйте напряжение постоянно, если у вас нет измерителя с достаточно высоким импедансом, потому что это может потреблять дополнительный ток.) ​​Вам понадобится конденсатор с известной емкостью, но в крайнем случае вы можете измерить конденсатор таким же образом, разряжая его через известный резистор.

Как отмечается в комментариях, другие пути тока могут способствовать разрядке конденсатора (включая саморазряд). Вы можете повторить измерение со снятым UC и посмотреть, какое значение это дает. Тогда вы можете подумать, сможете ли вы реально избежать таких «других» течений в вашем дизайне.

И не забывайте, что ваши батареи разряжаются и / или стареют!

Если вы стремитесь слишком «увидеть» режим выключения микросхемы в действии, вы можете использовать конденсатор, построить простую схему, которая периодически подключает его к источнику питания (если это возможно, синхронизировано с циклом активности ОК, должно быть действительно малый ток утечки!) и наблюдайте за напряжением С в прицеле (импеданс прицела должен быть выше, чем потребление тока UC, или вы можете даже использовать переменный ток, если цикл активности uC достаточно короткий). Таким образом, вы можете проверьте как временное деление при высоком и низком потреблении тока, так и токи в обоих режимах.

Один простой метод, который я использовал, - это подключить резистор последовательно с питанием к микро и параллельно с конденсатором. В этом случае утечка конденсатора не так важна.

Например, если вы считаете, что ток питания должен быть не более 10 нА, вы можете использовать резистор величиной 10 М 1% параллельно с керамическим конденсатором 1 мкФ. Это даст вам 100,0 мВ для 10 нА (таким образом, нагрузка амперметра составляет 0,1 В, что не должно чрезмерно влиять на цепь - немного увеличьте входное напряжение, чтобы компенсировать падение, если оно вас беспокоит).

Затем посмотрите на напряжение на резисторе 10М с помощью вольтметра с высоким входным сопротивлением, такого как Agilent 34401 в режиме входного сопротивления> 10G. Ток смещения измерителя будет влиять на показания, но он составляет менее 30 пА (0,3%) при комнатной температуре.

Комбинация 10M / 1uF отфильтровывает пики, если они не происходят на очень низкой частоте (если, например, ваш процессор просыпается один раз каждые 10 секунд и потребляет 0,5 мА в течение 100 мкс, это не будет работать очень хорошо).

Потребляемая мощность или ток микроконтроллера могут быть очень нерегулярными в зависимости от состояния микроконтроллера. Например: 1 пА на 999 мс, а затем 1 мкА на 1 мс. В среднем это будет 1.001 нА. Если ваш мультиметр будет измерять каждые 100 мс, он никогда не измерит 1.001 нА! В этом случае вам необходимо использовать резистор, включенный последовательно с источником питания, и осциллограф, чтобы измерить напряжение на резисторе, чтобы «увидеть» фактический ток с течением времени.

Большинство осциллографов определяют входное сопротивление канала. Это, как правило, около гигаома. Если вы поместите прицел на путь заземления в УК (большинство областей соединяет заземление канала с землей, и вы не сможете установить заземление на VDD УК), вы будете измерять напряжение на этом резисторе, и, следовательно, ток, используемый ОК в режиме реального времени. Это должно дать вам довольно точные измерения (1 мВ => 1 пА).

Давайте рассмотрим вопрос о том, «заботится» ли батарея, то есть сильно ли повлияет нагрузка в диапазоне pA?

Спойлер: Нет. Даже измерения с разрешением 1 нА более «точны», чем необходимо на практике.

Самые лучшие первичные (не перезаряжаемые) литиевые батареи имеют срок полезного использования около 20 лет (с потерей емкости от 30% до 70%), без особого внимания к температуре и т. Д. Типичные примеры:

20 лет - это около 175 000 часов, поэтому потеря 10 мАч за это время эквивалентна току 10/175 000 мА или 10 000 000/175 000 = 57 = 57 000 пА. Таким образом, измерение pA совершенно не нужно для батареи любого размера, которую можно использовать.

Например, батарея емкостью 50 мАч с, скажем, 50% -ным потерянным сроком годности после 20 лет (хороший прием, если вы можете это сделать) позволила бы использовать 25 мАч для нагрузки или средний ток 142 500 пА = 142,5 нА = 0,1425 мкА. Измерение с точностью до ближайшего нА среднего тока нагрузки дает точность около 1%, что позволит значительно более точно оценить срок службы батареи, чем вы увидите в реальности. Практические вариации затопят такие попытки.