Hallo zusammen,
es soll ein Strom gemessen werden, welcher im Normalfall bei ca. 200nA
liegt und im Fehlerfall >1µA. Ich habe mir überlegt, dass ich das ganze
über einen Messwiderstand und einer differentiellen Spannungsmessung
realisiere. Als InAmp nehme ich einen AD623 der einen Gain von 1000
erlaubt. Als Grösse für den Messwiderstand habe ich einen 1,6k
Widerstand im Kopf, so dass ich bei 3µA (Obergrenze) ca. 4,8mV
Spannungsdrop habe, der durch den InAmp auf 4,8V verstärkt wird und ich
somit den Spannungsbereich meines ADC (Ref. 5V) gut aussteuer.
Soweit meine Theorie. Mich würde interessieren ob schon wer praktische
Erfahrungen in diesem Bereich der Strommessung gesammelt. Ich habe die
Befürchtung das ich am Ende nur noch Rauschen messe. Die Geschwindigkeit
der Datenerfassung ist in meinem Fall nicht kritisch. Die Messung soll
nicht sehr genau sein, aber es soll schon möglich sein das man sieht ob
200nA fliessen oder 600nA. Eine Auflösung von 100nA wäre schon
Akzeptabel.
Mich würde interessieren ob es etwas bringt, einen grösseren Shunt zu
verwenden und mit dem Gain runterzugehen (ich hab bei dem DUT eine
gewisse Toleranz, was die Versorgungsspannung angeht, welche
letztentlich gemessen werden soll, so dass bei einem Spannungsdrop von
sagen wir mal 200mV über den Messwiderstand noch nichts passiert).
Mich würde einmal eure Meinung interessieren, ob das gefühlt klappen
könnte oder unmöglich ist.
Gruss
Jan
@ Jan (Gast)
>es soll ein Strom gemessen werden, welcher im Normalfall bei ca. 200nA>liegt und im Fehlerfall >1µA. Ich habe mir überlegt, dass ich das ganze>über einen Messwiderstand und einer differentiellen Spannungsmessung>realisiere. Als InAmp nehme ich einen AD623 der einen Gain von 1000
Nimm lieber einen Transimpedanzverstärker. Ein OPV mit 1nA Eingangsstrom
und weniger gibts überall. Dazu 1 MOHm Feedbackwiderstand, macht bei 1uA
= 1V. Mit 4,7 MOhm sogar 4,7V, prima per ADC auslesbar.
>Soweit meine Theorie. Mich würde interessieren ob schon wer praktische>Erfahrungen in diesem Bereich der Strommessung gesammelt. Ich habe die
Ein wenig. Der Aufbau muss sehr sauber sein. Layout ist auch nicht ganz
trivial. Guard Ring ist ein Stichwort.
>nicht sehr genau sein, aber es soll schon möglich sein das man sieht ob>200nA fliessen oder 600nA. Eine Auflösung von 100nA wäre schon>Akzeptabel.
Easy.
MfG
Falk
@Falk
Wollte ich auch gerade vorschlagen. Das Vorzeichen muss man beachten.
Strom, der in den Eingang (virtuelles Massepotential) hinein(!)fließt,
ergibt eine negative Spannung.
Dnake für eure Antworten,
ich hab mir das mal kurz mit dem Transimpedanzwandler angeschaut. Wenn
ich das richtig sehe kann ich damit einen Strom in eine Spannungwandeln.
Soweit schön und gut aber das Problem ist, das ich den Strom messen muss
der von einem Bauteil verbraucht wird (sprich ich muss die Stromstärke
von Vcc bestimmen). So wie ich das sehe ist das mit einem
Transimpedanzwandler nicht möglich oder täusche ich mich da ?
Gruss
Jan
Denke schon: nicht invertierenden Eingang (+) des OpAMp auf VCC, Das IC
aus dem Invertierenden Eingang (-) (über R) versorgen. Wenn ich jetzt
keinen Fehler gemacht habe, müsste der OpAmp jetzt Uout=VCC+R*I liefern.
VCC muss man dann noch mit einem zweiten OpAmp abziehen. Die OpAmps
müssen natürlich mit diesen Spannungen arbeiten können, brauchen also
eine höhere und ggf. symmetrische Versorgungsspannung.
@ Jan (Gast)
>der von einem Bauteil verbraucht wird (sprich ich muss die Stromstärke>von Vcc bestimmen).
Das kann man genausogut im Massezweig messen.
MFG
Falk
Wenn Du eh langsam messen kannst würde ich lieber Deine Variante mit dem
Elektrometerverstärker aufbauen. Der "glättet" es auch gleich. Beides
aber kein Problem, wir messen hier im Bereich von pA (das allerdings mit
Transimpedanzwandler, weil eine gewisse Bandbreite erforderlich ist, die
ich in der anderen Schaltung nicht so einfach erreichen konnte. Messung
des Stromes war aber möglich)
Gruß Philipp
@Falk:
Da setzt du aber voraus, dass kein (Netto-)Strom durch Ein- oder
Ausgänge in den Baustein hinein oder aus ihm heraus fließt. Wie
realistisch ist das?
@Philipp Co
Nein. Ich meine das Bauteil, dessen Belastung von VCC Jan messen will.
Welches Bauteil das ist, weiß ich nicht. Ich gehe aber davon aus, dass
es mehr als ein Widerstand sein dürfte.
Na, aber wenn Du es so genau nimmst, dann musst Du ja echt jeden Pin
messen und nacher die Summe aller Ströme bilden. Es kann bei der Vcc
Messung ja auch sein, dass ein Strom in einen Eingang rein fließt und
nicht raus und so ebenso an der Messung vorbei. (Was ja sogar
warscheinlich ist, wenn man durch einen Shunt noch eine
Spannungsdifferenz ziwschen Versorgung und Vcc des Bauteils hat, da ist
der Transimpedanzwandler auch im Vorteil)
@ Philipp Co (Gast)
>Na, aber wenn Du es so genau nimmst, dann musst Du ja echt jeden Pin>messen und nacher die Summe aller Ströme bilden. Es kann bei der Vcc>Messung ja auch sein, dass ein Strom in einen Eingang rein fließt und>nicht raus und so ebenso an der Messung vorbei. (Was ja sogar
Eben. Womit die Messung im Massezweig wieder von Vorteil ist. Braucht
aber ne negative Versorgung für die OPVs.
MFG
Falk
Philipp Co wrote:
> Es kann bei der Vcc> Messung ja auch sein, dass ein Strom in einen Eingang rein fließt und> nicht raus und so ebenso an der Messung vorbei.
An die Kirchhoffschen Regeln glauben wir aber schon noch, oder?
Die von Jan vorgegebene(!) Aufgabenstellung ist:
>Soweit schön und gut aber das Problem ist, das ich den Strom messen muss>der von einem Bauteil verbraucht wird (sprich ich muss die Stromstärke>von Vcc bestimmen).
Ob der dann am PinY, der mit GND verbunden wird, herauskommt oder an
einem anderen Anschluss, interessiert ihn nicht. Zumindest habe ich das
so verstanden.
Shunt und LT2440 als Sigma Delta Wandler. 6 Dekaden Aufloesung bei bei
+/- 2 Volt Vollausschlag machbar, d.h. man kann auch mit sehr kleinen
Shuntwiderstaenden noch vernueftig messen.
@Detlev Wenn es zB ein Digital IC ist und Du einen Logikpegel anlegst
bei dem die Spannung höher ist als Vcc (was ja nicht unwarscheinlich ist
durch den Shunt) warum sollte dann kein Strom in das IC fliessen?
Bevor Ihr hier weiter diskutiert solltest Ihr den OP ein paar Fragen
stellen.
Wird die Schaltung über RS232 / USB an den PC angeschlossen? Wenn ja,
dann ist eine galvanischen Trennung pflicht, wegen Messverfälschungen
über die Masse.
Der Verstärungsfaktor ist extrem hoch und eventuell sollte man mit einem
24Bit oder 16Bit ADC die Spannung messen und die Verstärkung entwas
tiefer ansetzen.
Der Aufbau im Massezweig mit einem guten OP ist ein guter Vorschlag,
aber persönlich würde ich den INA138 / 168 nehmen und eine
Differtentialmessung bevorzugen.
Philipp Co wrote:
> @Detlev Wenn es zB ein Digital IC ist und Du einen Logikpegel anlegst> bei dem die Spannung höher ist als Vcc (was ja nicht unwarscheinlich ist> durch den Shunt) warum sollte dann kein Strom in das IC fliessen?
Ich verstehe diesen Text nicht.
Wo lege ich einen Logikpegel an? Ich weiß es zwar nicht genau, aber ich
gehe davon aus, dass es sich nicht um einen Eingang, sondern um die
Stromversorgung eines Bauteils geht. Und welche Spannung ist wo warum
durch welchen Shunt höher? Solange der OpAmp korrekt arbeitet, liegt am
invertierenden Eingang doch die gleiche Spannung wie am
nicht-invertierenden, und das ist VCC. (Stichwort: virtueller
Kurzschluss)
Hups sorry, dachte Du sprichst noch vom einfachen Shunt und dann einfach
die Spannung darüber messen. Klar, nach Deiner Beschreibung von oben ist
es natürlich Quark.
Wer lesen kann.... :)
Bisher kam viel Geschwafel. Die wesentlichen Punkte sind : Was ist der
Offset des Verstaerkers. Bei hohen Verstaerkungen kommt der Offset voll
rein. Dem kann man abhelfen durch mehr Spannungsabfall am Shunt. Die
erst genannten 6mV sind auf der kleinen Seite. Der verwendete OpAmp,
oder InstAmp sollte einen hinreiched kleinen Offset haben und einen
Eingangsstrom, der einiges kleiner als der normale Strom ist. Das wuerde
auf einen Chopper Amp mit FET Eingang hinweisen.
Danke für die Antworten soweit!
Wegen der Stromaufnahme: Es interessiert tatsächlich nur die VCC. Das IC
(tatsächlich ein ASIC) kann in einen Testmode versetzt werden (IDDQ) bei
dem sämtliche Analogteile (oszillator etc.) abgeschaltet werden. Vorher
fließen ca. 8mA im IDDQ-Mode dann nur noch 100nA (ca.).
Wenn sich das ASIC in dem IDDQ-Mode befindet, wird ein Testpattern über
eine Testschnittstelle eingespeist (Aufbau ähnlich einer SPI), und nach
jeder Clock die Stromaufnahme gemessen. Ein weiteres Problem an dieser
Stelle, sind die Stromspitzen beim Clocken (kurzer Kurschlussstrom der
Transistoren beim Umschalten).
Aus diesem Grund kommt ein weiteres Problem zum tragen:
Der Shunt (ich denke ich werde das ganze über eine differentielle
Spannungsmessung mit einem grossen Messwiderstand realisieren) muss beim
Takten überbrückt werden. Ich wollte das ganze mit ca. 1kHz takten, was
mich zu dem Problem führt einen passenden Schalter zum überbrücken des
Messwiderstandes zu finden.
Ein Relais ist vom verhalten er ideal, allerdings zu langsam. Meine Idee
wäre es jetzt einen FET-Transistor zu nehmen, der im "Messfall" Sperrt
und im "Taktfall" den Widerstand überbrückt. Habe da an einen BS170
gedacht, aber erste Tests im Labor konnten mich nicht ganz überzeugen.
Ich suche einen Transistor mit geringen Stromfluss im gesperrten Zustand
und niedrigen Widerstand im leitenden Betrieb.
Die Versorgungsspannung (von 3,3V) wird vin einer Laborspannungsquelle
geliefert.
Siehe auch: Beitrag "elektrischer Schalter"
@ Jan (Gast)
>Aus diesem Grund kommt ein weiteres Problem zum tragen:>Der Shunt (ich denke ich werde das ganze über eine differentielle>Spannungsmessung mit einem grossen Messwiderstand realisieren)
Halte ich nicht für sinnvoll. Warum habe ich bereits mehrfach
geschrieben.
>Takten überbrückt werden. Ich wollte das ganze mit ca. 1kHz takten, was>mich zu dem Problem führt einen passenden Schalter zum überbrücken des>Messwiderstandes zu finden.
Ein Kondensator tuts locker. 100nF oder so.
MG
Falk
