Energieverbrauch von Funkmodulen genau messen

Das müsste dann aber ein Doppelschichtkondensator oder eben ein sehr 
großer Elko sein. Wenn der Stromverbrauch dann u.U. sehr gering ist 
hätte ich wohl mit der Selbstentladung zu kämpfen (beim Supercap 
zumindest), oder? Zudem sollte die Ausgangsspannung bei konstanten 3,3V 
liegen, weshalb ich noch einen Spannungsregler benötige, der auch noch 
mal Strom verbraucht (ob der immer konstant dem Wert im Datenblatt 
entpsricht?). Ganz so praktikabel stell ich mir das gerade nicht vor, 
müsste aber noch mal drüberrechnen.

Falls die "Kondensatormethode" machbar ist, sollte man hier wohl am 
besten einen (vielleicht auch mehrere) hochwertigen, normalen 
Kondensator verwenden.
Später, bei normaler Anwendung, könnte ein Doppelwopper sinnvoller sein.

Wolfgang schrieb:
> Da holt dich natürlich sofort das Abtasttheorem ein. Aber in
> Wirklichkeit interessieren dich die hohen Frequenzanteile gar nicht. Du
> möchtest höchstwahrscheinlich die Energie pro Aussendung wissen, d.h.
> wenn du hinter deinem Strommessverstärker einen Tiefpass schaltest und
> dessen Ausgangssignal abtastest, verlierst du auch bei gemütlicher
> Abtastung nichts, weil du sowieso hinterher in der Auswertung über den
> Sende-Burst integrieren musst.

Ja richtig, das Abtasttheorem ist das Problem, der genaue Stromverlauf 
interessiert mich nicht wirklich. Aber besteht bei Zwischenschaltung 
nicht das Problem, dass der Tiefpass die hohen Frequenzanteile einfach 
komplett ausblendet und somit deren Energieanteile komplett wegfallen? 
D.h. ich verfälsche damit letztendlich mein Messergebnis.

Paul H. schrieb:
> (wenn ich mir die Shuntspannung eines meiner Funkmodule auf dem
> Oszi so anschaue bräuchte ich wohl um die 100kHz Abtastrate, besser noch
> 1MHz für alle Fälle)

Haben diese Module keine Blockkondensatoren? Wird Energie aus dem Akku 
wirklich so hochfrequent gesaugt?

Ja das ist selbstverständlich. Aber ich betrachte das gerade aus 
signalverarbeitungstechnischer Sicht. Klar bekomme ich die Gesamtenergie 
des Signals wenn ich über das gesamte abgetastete Signal integriere. 
Aber wenn ich einfach das Spektrum nach oben hin mit einem Tiefpass 
abschneide (oder zumindest dämpfe) dann fehlt mir diese Energie doch 
nach der Integration später im Ergebnis, denn nach Parseval entspricht 
die Energie im Frequenzbereich auch der Energie im Zeitbereich. D.h. 
wenn ich da filtere dann bekomme ich nicht einfach die mittlere Leistung 
sondern einen etwas geringeren Wert. Wo ist der Denkfehler?

Aber warum sollte sich Leistung wegmitteln? Das Signal wird im Integral 
doch quadriert. Da mittelt sich doch nichts weg.

Wird eine Prüfschaltung bestehend aus einem Reihenwiderstand und einem 
Parallelkondensator vorgeschaltet, so sollte sich ein vernünftiges 
Ergebnis, auch mit einer "normalen" Abtastfrequenz erreichen lassen.

Egal wie die Stromaufnahme aussieht, der Strom muss durch den 
Widerstand. Da lässt er sich auch messen. Der Kondensator sollte dafür 
sorgen, das die "extremen" Spitzen geglättet werden. Ein gutes 
elektrisches Verhalten vorausgesetzt gibt es in diesem Bild keine 
Löcher. Die Spannung am Kondensator macht das Andere.
Für die tatsächliche Messung sollte man sich aber den Kondensator selber 
basteln. Also ein paar µF mit geringem ESR und zur moralischen 
Unterstützung was hochwertiges, keramisches parallel.

Aber wie bereits gesagt: Wenn es keinen Hinterausgang gibt, muss der 
Strom durch den Widerstand und der Kondensator hält die Spitzen im Zaum.

Zwei Sachen sollten aber im Auge behalten werden. Kann eine exakte 
Prüfmethode nicht garantiert werden, so müssen Strom und Spannung 
gleichzeitig gemessen werden. Im Rahmen der maximal auftretenden Spitzen 
bzw. deren noch vorhandenen Frequenz. Ist bei Sendemodulen nicht immer 
zu gewährleisten. Auch wenn zur Prüfung immer die selben Daten auf die 
Reise geschickt werden.

Paul H. schrieb:
> Zum einen Verbrauchen Funkmodul und Mikrocontroller
> beim Messen/Senden immer mal wieder für wenige Millisekunden bis zu
> 20mA, im Schlafmodus dann wieder für eine lange Zeit nur wenige µA.

Genau für solche Messungen verwende ich hier ein Silabs EFM32WG STK. Das 
kann Ströme von <1µA bis ca. 50 mA bei 3.3V Versorgung messen - mittels 
AEM:
https://www.silabs.com/community/mcu/32-bit/knowledge-base.entry.html/2014/05/21/using_aem_to_measure-BdWl

Das ist zwar eigentlich für den aufgelöteten Prozessor gedacht- den kann 
man aber mit dem Energy Mode Demoprogramm in einem Sparmodus (EM4) im nA 
Bereich quasi totlegen.

Abtasttheorem kann man bei Spannungsversorgung mittels Kondensator (so 
einige 10 µF) am Testgerät begegnen - das bügelt die Stromaufnahme 
"glatt", was man bei kleinen Batterien sowieso machen muss wegen 
Innenwiderstand.

Normalerweise will man ja die mittlere Energieaufnahme wissen.

So, ich habe die Sache noch mal weiter untersucht :-)

Zum einen habe ich mir noch mal aufgemalt, wie die Energie überhaupt 
berechnet wird. Ihr habt vollkommen recht, die Energie ist proportional 
zum Integral der Spannung über dem Messshunt, hier wird nix quadriert. 
Somit mitteln sich alle höheren Frequenzen wirklich einfach raus, für 
die Integration zählen nur die 0Hz.

Um das mal experimentell zu untersuchen habe ich mir in Matlab ein 
Skript geschrieben, welches ein Beispielsignal abtastet und zunächst 
direkt aufsummiert um die Energie zu berechnen und dann das ganze noch 
mal, nur dass nun das Signal durch einen Tiefpassfilter 1. Ordnung 
geschickt wird(was in der Realität ein RC-Tiefpass wäre). Im Ergebnis 
ist die Energie dann genau gleich.

D.h. ich kann für eine Leistungs- oder Energiemessung problemlos das 
Eingangssignal problemlos mit einem RC-Glied glätten und dann abtasten 
und halte somit immer schön das Abtasttheorem ein :-)

Wie messen eigentlich Multimeter? Filten die auch über ein RC-glied und 
tasten dann einfach ab?


Wieso gibt es überhaupt Coulomb-Counter IC, die intern analog 
integrieren anstatt direkt mit einem ADC abzutasten? Wegen der großen 
Dynamik zu niedrigem Preis?

Wie wäre es mit sowas hier:
https://www.dorkbotpdx.org/blog/paul/measuring_microamps_milliamps_at_3_mhz_bandwidth