在物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴、便攜式醫(yī)療設(shè)備等等電池供電的智能設(shè)備中，電池的續(xù)航至關(guān)重要。在產(chǎn)品研發(fā)中，需要在確保產(chǎn)品性能的同時(shí)，優(yōu)化工作電流特性。而利用動態(tài)功耗模式，幾乎是所有智能產(chǎn)品的必選：即在工作狀態(tài)，電流迅速上升到足夠支持各種工作模式；而一旦結(jié)束，迅速回到休眠狀態(tài)，等候下一次被迅速喚醒。

這種工作電流變化速度快，動態(tài)范圍大。例如以下這個(gè)NB-IoT的模塊：

工作電流特性：全部工作過程不到10ms，最大電流為206.75mA，PSM模式耗電僅僅2.868uA，相差將近8萬倍！

對于這種電流信號的測量，是極具挑戰(zhàn)的，我們以此為例，看一下用傳統(tǒng)的示波器和萬用表測量，會有哪些問題。

示波器+電流探頭的方法

01

其好處是工程師使用便捷，選擇范圍大，采樣率、帶寬都高，探頭種類多。但最大的問題，一是AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，二是本底噪聲。

即便高檔的示波器，具有10bit 的AD位數(shù)，分辨率只有千分之一。而對于相差2萬倍的動態(tài)信號，只能望洋興嘆。本底噪聲也是難以逾越的障礙，微安級的信號，可能會被本底噪聲淹沒。

萬用表的方法

02

這是測量電流最常用的方法，從pA至安培級的電流，萬用表基本上都能從容應(yīng)對。但由于采樣率的限制，它一般用來測量靜態(tài)，或者變化緩慢的信號。

萬用表測量電流還有一個(gè)不可忽略的問題，就是內(nèi)部的取樣電阻，會產(chǎn)生壓降。量程不同，阻值也不同。這就會在測量電流的時(shí)候，產(chǎn)生明顯的壓降，造成被測件工作異常，甚至自動關(guān)機(jī)。

是德科技34465A萬用表

電流取樣電阻的指標(biāo)

高速、高動態(tài)電流的

無縫量程切換技術(shù)

03

是德科技獨(dú)有的技術(shù)， 同時(shí)解決了電流測量高采樣率和超高的分辨率的要求。

以N6781A 源表SMU模塊為例，它支持3A、100mA、1mA和10uA四個(gè)測試量程。10uA量程測量精度達(dá)8nA，用于產(chǎn)品關(guān)機(jī)漏電流的測量；而3A、100mA、1mA三個(gè)量程采用無縫量程技術(shù)，覆蓋3A至100nA電流測量，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從休眠模式到工作模式的動態(tài)電流高速、高分辨率的連續(xù)精確測量。其采樣率為200kSa/s，分辨率可等效為驚人的28bit，比通用示波器高出 1百萬倍！

無縫量程，或者可以認(rèn)為有3個(gè)量程同時(shí)工作，構(gòu)建出一個(gè)巨大電流的量程， 高速連續(xù)測量從100nA – 3A 的動態(tài)電流

同時(shí)，由于有極高的分辨率，底噪也被大幅度壓低。

未啟動無縫量程功能時(shí)測量的電流

啟動無縫量程功能時(shí)測量的電流

自動量程切換（Auto-Range）vs. 無縫量程切換（Seamless Range）

04

切勿混淆這兩個(gè)概念。自動量程切換是數(shù)字萬用表的基本功能，它是根據(jù)輸入信號的幅度，自動選擇一個(gè)最適合的量程。在量程切換過程中，存在量程切換時(shí)間問題（越小的量程切換、花費(fèi)的時(shí)間越長），且其本質(zhì)為切換不同的分流電阻（硬件）、容易導(dǎo)致電流測量時(shí)產(chǎn)品的工作狀態(tài)不穩(wěn)定、甚至異常。而無縫量程切換，則不存在這個(gè)問題。

以PZ2121A 源表模塊為例，它有6個(gè)固定量程，可以自動切換，但每次切換都有時(shí)間延遲，出現(xiàn)測量中斷，無法準(zhǔn)確測試（橙黃色跡線）。

而它的1A和10mA 兩個(gè)量程，構(gòu)成了一個(gè)無縫切換的量程，連續(xù)電流測量從nA到1A， 跨越了6個(gè)數(shù)量級，不會出現(xiàn)中斷和延時(shí)（綠色跡線）。

裝備了無縫量程切換技術(shù)的儀表

05

典型的有在N6705C直流電源分析儀中的N6781A，N6785A等源表模塊；PZ2100模塊化源表系列中的PZ2121A模塊，以及N7900A APS 先進(jìn)電源系統(tǒng)等。總體數(shù)量還是非常有限。

N6705C / N678x SMU

PZ2100 模塊化SMUs

視/頻/演/示

自動量程和無縫量程的比較

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