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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC Strommessung 10uA-100mA Bandbreite 10MHz


Autor: Erik K. (Gast)
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Hallo, ich habe ein kleines Problem.

ich möchte (soll) eine Schaltung entwickeln, mit der ich Gleichströme im 
Bereich von 10uA bis 100mA eines IC messen kann. Die Ströme kommen mit 
einer Taktung von bis zu 10 MHz. Dazu soll die Schaltung linear sein. 
Ggf. ist eine Teilung durch unterschiedlichen Abgriff der OPV 
kaskadierung möglich. Sprich: 10uA - 1000uA und 1mA bis 100mA über einen 
zweiten Abgriff.

Ich hab mich hier schon ein wenig umgeschaut, und bin auf den 
Transimpedanzverstärker gekommen. Temperatur spielt keine Rolle, da die 
Schaltung bei permanenten 20 Grad Arbeiten wird.

Danke im voraus.

Autor: Rudi (Gast)
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...und was ist jetzt genau dein 'kleines' Problem?...ausser das es sich 
um einen stellbereich von 1:10.000 handelt?

Gruß
Rudi

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Aeh. ... Ja... AC oder DC ? Falls DC, unipolar, oder bipolar ? Was soll 
die maximale Spannung sein ?

Autor: Andi ... (xaos)
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und wo bleibt die frage ?
schau dir aber erstmal an was ein transimpedanzwandler überhaupt 
macht...

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich hab mich hier schon ein wenig umgeschaut,
> und bin auf den Transimpedanzverstärker gekommen.

Passt, ist aber bei 10MHz schon eine Leistung,
wenn das 10MHz Signal zwischen 0mA und 10uA
zu einem genauen 10MHz Spannungssprung auf der
Ausgangsseite führen soll.

Schnelle OpAmps, sauber gepuffert.

Autor: Erik K. (Gast)
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Achso und das wichtigste noch, die Messung soll galvanisch Getrennt 
erfolgen

Autor: Erik K. (Gast)
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das genaue problem liegt eben in dem messwandler, der so schnell ist um 
eben diese taktung (10MHz) zu erreichen. und galvanisch getrennt ist. 
spannungsbereich ca 0,5-3V. wie gesagt. DC.

Autor: MaWin (Gast)
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Wenn du etwas mit einem Dynamikbereich von 1:10000 galvanisch trennen 
möchtest, kommt keine analoge Methode (lineare Optokoppler, Trafos etc.) 
in Frage.

Wandle auf der einen Seite digital, notfalls versorgst du dort mit 9V 
Blockbatterie.

Ein Digitalsignal, welches mindestens 14 bit so überträgt, daß 10MHz 
erkennbar sind, also eigentlich 100Msps hat, ist ein Oszilloskop. Nimm 
doch einfach eins.

Wenn deine Genauigkeitsanforderungen realistiscjer sind, geht's 
vielleicht billiger, aber nur Forderungen und nicht zahlen wollen passt 
nicht zusammen.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erik K. schrieb:
> das genaue problem liegt eben in dem messwandler, der so schnell ist um
> eben diese taktung (10MHz) zu erreichen. und galvanisch getrennt ist.
> spannungsbereich ca 0,5-3V. wie gesagt. DC.

Die Stromzangen von Tek schaffen das.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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...sind aber für deutlich höhere Ströme ausgelegt. Bei 10mA ist das 
Rauschen deutlich größer, als das Nutzsignal. Ist denn die Frequenz 
konstant?

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Die CT-2 Schafft 1V/mA. In der AN106 von LT werde damit Ströme im 
uA-Bereich gemessen, leider geht die nicht bis DC :(

Autor: Erik K. (Gast)
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nein, die frequenz ist nicht konstannt. also brauche ich eine frequency 
range von 0-10MHz... es kann sein das stundenlang kein signal kommt, 
aber auch eine bitfolge. so das es zu eben diesen 10 MHz kommen kann. 
und die zu erwartenden ströme sind eben 10uA - 100mA

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Was soll das ganze eigentlich mal werden?

Autor: Erik K. (Gast)
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ein projekt zum messen von strömen der ic´s die sporadisch signale 
bekommen können. ist teil meiner praxisaufgabe.

ich hab jetzt die idee, die galvanische trennung mit nem icoupler zu 
machen. und davor eben ne wandlerschaltung um aus meinen 10uA - 100mA ne 
spannung zu machen.

also:

Stromabgriff -> Wandler -> icoupler -> messgerät

Autor: MaWin (Gast)
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Selbst 100Mbps werden knapp bei deinen wahnwitzigen uneingeschrönkten 
Anforderungen.
Du wirst 8 parallel brauchen.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Peak-detect, n-bit Flash-wandler und dann parallel über n Optos 
rüberschieben?

Die galvanische Trennung macht das ganze ja nu nicht leichter. wie 
siehst mit Batteriebetrieb aus?

Autor: Erik K. (Gast)
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wofür soll der peak detektor denn gut sein?   batteriebetrieb kommt 
nicht in frage...   evtl  könnte man das noch aufsplitten in dem man 
sagt, das man den ruhe strom der relativ konstant ist mit nem 
optokoppler misst als dc lösung, und die höherfrequenten signale über ne 
AC lösung. aber so richtig will mir das nicht schmecken.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Mal 'ne Frage an alle:

Was habe ich im Studium verpasst....


> das genaue problem liegt eben in dem messwandler, der so schnell ist um
> eben diese taktung (10MHz) zu erreichen. und galvanisch getrennt ist.
> spannungsbereich ca 0,5-3V. wie gesagt. DC.

Ein mit 10MHz getakteter Strom heisst jetzt DC?

Gruss

Michael

Autor: Erik K. (Gast)
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Ein mit 10MHz getakteter Strom heisst jetzt DC?

wie gesagt... wir rechnen mit nem dc ruhestrom von ca 100uA und dann 
kommen sporadisch takte in denen der strom ansteigt.... diese takte 
können mit bis zu 10 MHz  kommen.... und auch diese ströme müssen 
gemessen werden... und jeder strom der einen  arithmetischen mittelwert 
hat, ist DC  wenn auch gepulst, aber noch immer DC. so haben es mir 
meine profs jahre lang eingeprügelt.

ich hab immer noch keine idee, wie ich den bereich von 10uA bis 100 mA 
linear wandeln soll und wie man das galvanisch trennt mit der taktung...

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Erik K. schrieb:
> Michael Roek-ramirez schrieb:
>> Ein mit 10MHz getakteter Strom heisst jetzt DC?
>
> wie gesagt... wir rechnen mit nem dc ruhestrom von ca 100uA und dann
> kommen sporadisch takte in denen der strom ansteigt.... diese takte
> können mit bis zu 10 MHz  kommen.... und auch diese ströme müssen
> gemessen werden... und jeder strom der einen  arithmetischen mittelwert
> hat, ist DC  wenn auch gepulst, aber noch immer DC. so haben es mir
> meine profs jahre lang eingeprügelt.

Wie Lukas dir schon deutlich sagte: Tektronix Stromzange.
Das Modell mit dem nahcgeschalteten AM503 schafft 0 bis 50MHz,

und als AM503B kannst du dne Meßbereich (der gerade benötigt wird) 
auswählen.

ein kleiner uC/Attiny sorgt dann für die automatisierte Umschaltung 
1uA....1A.

>
> ich hab immer noch keine idee, wie ich den bereich von 10uA bis 100 mA
> linear wandeln soll und wie man das galvanisch trennt mit der taktung...


Indem Du einfach fertige Geräte kaufst, die genau das seit 20 Jahren 
erledigen.

Autor: Erik K. (Gast)
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wie lukas bereits geschrieben hat geht das nicht für gleichstrom... 
ansonsten wären die zangen ok.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Erik K. schrieb:
> wie lukas bereits geschrieben hat geht das nicht für gleichstrom...
> ansonsten wären die zangen ok.

Du redest Nonsens.

Der AM503 ist auch für Gleichstromzangen. gibts für 0-50MHz.
Ich schrieb DC bis 50MHz, und genau so isses.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Wenn die Zange zu unempfindlich ist, kann mach auch das Kabel mehrfach 
durchlegen...

Autor: Mine Fields (Gast)
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Das Problem ist ja erst einmal schonmal, dass die Kapazitäten hinter der 
Messschaltung sehr gering sein müssen, da solche Stromspitzen ja erst 
einmal daraus versorgt werden. Dann muss die Messschaltung natürlich 
extrem niederinduktiv sein, damit die Versorgungsspannung des IC nicht 
einbricht.

Die galvanische Trennung, die Verstärkung und die Messbereichumschaltung 
(zur Not nimmt man mehrere ADC) dürfte dann noch das geringste Problem 
sein.

Ich würde mal bei Herstellern von IC-Testern im Analogbereich 
nachfragen. Die dürften das entsprechende Know-How haben. Um das mal 
zwischendurch für eine Praktikumsarbeit zu erschlagen, ist das ganze 
viel zu aufwendig.

Autor: Erik K. (Gast)
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na ja so zwischendurch ist es nicht, sind 6 monate vom gedanken bis zum 
schaltungsfeld-test  aber danke für die tipps.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Ein mit 10MHz getakteter Strom heisst jetzt DC?

Die Frequenz hat doch überhaupt keinen Zusammenhang damit ob DC/AC.
AC = Alternating Current: Strom (oder Spannung) wechselt die Polarität.
DC = Direct Current: Sie tut es nicht.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Stefan L. schrieb:
> Ich würde mal bei Herstellern von IC-Testern im Analogbereich
> nachfragen. Die dürften das entsprechende Know-How haben. Um das mal
> zwischendurch für eine Praktikumsarbeit zu erschlagen, ist das ganze
> viel zu aufwendig.

Dann rede doch mal mit dem, der dir die Aufgabe gestellt hat und sage 
ihm, dass das so wie er sich das Vorstellt doch wohl eine Nummer zu groß 
ist. Für solche Probleme der Analogtechnik sind die Analoggurus der 
Halbleiterhersteller wohl die beste Adresse.

Autor: Erik K. (Gast)
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laut mail vom support von tektronix geht die zange nur bis 1mA ...

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erik K. schrieb:
> laut mail vom support von tektronix geht die zange nur bis 1mA ...

Luk4s K. schrieb:
> Wenn die Zange zu unempfindlich ist, kann mach auch das Kabel mehrfach
> durchlegen...
Also 100x

Autor: Erik K. (Gast)
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danke für den tip, aber denn ich diese lösung anbringe, ich glaub dann 
hauen die mir die ohren vom stamm...

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erik K. schrieb:
> danke für den tip, aber denn ich diese lösung anbringe, ich glaub dann
> hauen die mir die ohren vom stamm...

Zu teuer?
Es sollte klar sein, dass das nicht für 9€99 geht.

Autor: MaWin (Gast)
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> Es sollte klar sein, dass das nicht für 9€99 geht.

Vielleicht schon, aber bei dermassen faul ungenauer Aufgabenbeschreibung 
weiß man nicht, welche Präzision, welche reale Samplerate notwendig 
(falls digital), ob Batteriebetrieb etc.

Man will wohl den Strom messen, aber Mittelwert reicht nicht, will man 
nur die Peaks wissen oder muss man aus den Daten Flächen integrieren 
können, will man Klingeln auf den Versorgungsspannungsleitungen sehen 
können ode will man deren Blindstromanteile nicht mitmessen, und wie 
genau muss das dann sein....

Autor: Andreas K. (derandi)
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Klingt auch irgendwie merkwürdig, 10µA bis 100mA, das entsprich einem 
Dynamikumfang von saftigen 40 dB, und das dann galvanisch getrennt aber 
wieder ohne Batterie.
Hört sich so nach Whorst-Case an, braucht man nicht, wär aber super zu 
haben.
Ich glaub nicht, das es mit einer Bauanleitung aus dem Inderned getan 
sein wird, das is schon ein dicker Brocken.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein akademischer Furz...

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
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Vermutlich eine reale Aufgabe aber unser Studi hier kapiert nicht was 
gefordert wird. Zumindest kann er es anderen nicht erklären und das ist 
schon mal ein schlechtes Zeichen.

Autor: Erik K. (Gast)
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> Vermutlich eine reale Aufgabe aber unser Studi hier kapiert nicht was
>
> gefordert wird. Zumindest kann er es anderen nicht erklären und das ist
>
> schon mal ein schlechtes Zeichen.

ich versteh die aufgabe schon. der IC ist neu, somit kennt niemand den 
genauen Ruhestrom. somit soll der gewessen werden, klar, und der 
befindet sich eben im 100uA bereich. so, und dann bekommt der ic eben 
seine arbeitsbefehle. und da muss eben der arbeitsstrom gemessen werden. 
auch klar. und diese können sich eben im bereich bis zu 100mA bewegen, 
so genau weiß das keiner. und die steuerbefehle kommen eben mit bis zu 
10 MHz.

und die galvanische trennung muss erfolgen, damit man an jedem punkt 
messen kann ohne auf die masse oder andere einwirkungen zu achten. und 
mit einer batterielösung bin ich persönlich unzufrieden, da das eine 
fehlerquelle mehr ist.  also wo liegt das erklärungsproblem?

Autor: Floh (Gast)
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Erik K. schrieb:
> ich versteh die aufgabe schon. der IC ist neu, somit kennt niemand den
> genauen Ruhestrom. somit soll der gewessen werden, klar, und der
> befindet sich eben im 100uA bereich. so, und dann bekommt der ic eben
> seine arbeitsbefehle. und da muss eben der arbeitsstrom gemessen werden.
> auch klar. und diese können sich eben im bereich bis zu 100mA bewegen,
> so genau weiß das keiner. und die steuerbefehle kommen eben mit bis zu
> 10 MHz.

Muss man immer alles auf einmal messen?
Teil die Messungen doch auf, einmal Ruhestrom messen und dann 
Belastungsstrom messen. Fürn Ruhestrom kann man dann ein empfindlicheres 
Messgerät benutzen.
:-)

Autor: Erik K. (Gast)
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Floh schrieb:
> Teil die Messungen doch auf, einmal Ruhestrom messen und dann
>
> Belastungsstrom messen. Fürn Ruhestrom kann man dann ein empfindlicheres
>
> Messgerät benutzen.

das wäre mein plan b.   plan an ist die gleichzeitige messung, und das 
wäre mein favorit.  aber ich denke ich werde mich doch der getrennten 
messung zuwenden. den ruhestrom mit nem i-coupler trennen und messen. 
und über ne manuelle umschaltung den getakteten arbeitsstrom messen.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Für genau diese Aufgaben wurden IC-Tester erfunden. Wenn man die Tests 
nicht ständig durchführen muss, kann man auch mal eine beliebige 
Hochschule mit einem Mikroelektronikstudiengang fragen, ob man ihren 
Tester mal verwenden darf. Ansonsten muss man ihn halt für gutes Geld 
anschaffen.

Als Praktikumsarbeit ohne wirkliches Ergebnis kann man ja etwas 
Grundlagenforschung betreiben, aber ein wirklich funktionsfähiges 
Produkt wirst du ohne dieses Spezial-Know-How nicht bekommen. Zu meinen 
Bedenken bezüglich parasitärer Effekte hast du auch noch nicht Stellung 
genommen; diese sollten aber zumindest genauer untersucht werden, bevor 
man sich Gedanken über den konkreten Aufbau macht (Stichwort: 
ingenieursmäßige Vorgehensweise).

Und selbst wenn du etwas herausbekommst brauchst du immer noch diesen 
IC-Tester, um deine Ergebnisse zu verifizieren.

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