Formas de medir la corriente en picoamperes

Alimente el microcontrolador con un condensador, cargado a un voltaje conocido. Espere una cantidad de tiempo apropiada, luego mida el voltaje. Calcule la corriente desde el delta-V y la C. (No mida el voltaje continuamente, a menos que tenga un medidor con una impedancia lo suficientemente alta, ya que podría generar una corriente adicional). Necesitará un capacitor con una capacitancia conocida, pero en un apuro podría medir un capcitor de la misma manera descargándolo a través de una resistencia conocida.

Como señalan los comentarios, otras rutas de corriente podrían contribuir a la descarga del condensador (incluida la autodescarga). Podría repetir la medición con el UC eliminado y ver qué valor da. Entonces, puede pensar si puede evitar de forma realista esas "otras" corrientes en su diseño.

¡Y no olvide que las baterías se descargan y / o están viejas!

Si apunta es también "ver" el modo de apagado del chip en acción, podría usar el condensador, construya un circuito simple que lo conecte periódicamente a la fuente de alimentación (si es posible sincronizado con el ciclo de actividad de la uC, debe tenga una corriente de fuga realmente baja!), y observe el voltaje de C en un alcance (la impedancia del alcance debe ser mayor que el consumo de corriente del UC, o incluso podría usar un acoplamiento de CA si el ciclo de actividad de la uC es lo suficientemente corto). De este modo, puede verificar tanto la división en tiempo como el consumo de corriente alto y bajo, y las corrientes en ambos modos.

Un método simple que he usado es poner una resistencia en serie con la potencia del micro y ponerla en paralelo con un condensador. La fuga del condensador no es tan importante en este caso.

Por ejemplo, si cree que la corriente de suministro no debe ser superior a 10 nA, puede usar una resistencia de valor 10M 1% en paralelo con un capacitor cerámico de 1uF. Eso le dará 100.0 mV para 10nA (por lo que la carga del amperímetro es de 0.1 V, lo que no debería afectar demasiado al circuito; aumente la tensión de entrada un poco para compensar la caída si le molesta).

Luego observe el voltaje a través de la resistencia 10M utilizando un voltímetro con alta impedancia de entrada, como el Agilent 34401 en el modo de resistencia de entrada > 10G. La corriente de polarización del medidor influirá en la lectura, pero es inferior a 30 pA (0,3%) a temperatura ambiente.

La combinación 10M / 1uF filtra los picos a menos que se produzcan a una frecuencia muy baja (si, por ejemplo, su procesador se despierta una vez cada 10 segundos y consume 0.5 mA para 100useg, no funcionará muy bien).

La potencia o el consumo de corriente de un microcontrolador puede ser muy irregular dependiendo del estado de µC. Por ejemplo: 1pA durante 999 ms y luego 1uA durante 1 ms. En promedio, eso sería 1.001 nA. Si su multímetro hiciera una medición cada 100 ms, ¡nunca mediría el 1.001 nA! En este caso, debe utilizar una resistencia en serie con la fuente y un osciloscopio para medir el voltaje en la resistencia para "ver" la corriente real a lo largo del tiempo.

La mayoría de los osciloscopios especifican su impedancia de entrada de canal. Tiende a ser sobre un Gigaohm. Si coloca el alcance en la ruta a tierra de la uC (la mayoría de los ámbitos conectan la tierra del canal a tierra, y es posible que no pueda colocar una conexión a tierra en el VDD de la uC) estará midiendo el voltaje a través de esta resistencia, y por lo tanto la corriente está siendo utilizada por el uC, en tiempo real. Eso debería darte mediciones bastante precisas (1mV = > 1pA).

Veamos el problema de si la batería "se preocupa", es decir, ¿una carga en el rango de pA afectará significativamente la vida útil de la batería?

Spoiler: No. Incluso las mediciones con una resolución de 1 nA son más "precisas" de lo que se necesita en la práctica.

Las mejores baterías de litio primarias (no recargables) tienen una vida útil útil de alrededor de 20 años (con un 30% a 70% de pérdida de capacidad) sin más que una atención sensible a las temperaturas, etc. Algunos ejemplos típicos son

20 años son aproximadamente 175,000 horas, por lo que 10 mAh de pérdida durante ese tiempo es equivalente a una corriente de 10 / 175,000 mA o 10,000,000 / 175,000 = 57 = 57,000 pA. Por lo tanto, la medición de pA es completamente innecesaria para cualquier tamaño de batería que pueda usarse.

Por ejemplo, una batería de 50 mAh con un 50% de pérdida de vida útil después de 20 años (un buen truco si puede hacerlo) permitiría 25 mAh para la carga o una corriente media de 142,500 pA = 142.5 nA = 0.1425 uA. La medición a la nA más cercana de la corriente de carga media le proporciona aproximadamente un 1% de precisión, lo que le permitirá obtener una estimación mucho más precisa de la duración de la batería que la que encontrará en la realidad. Las variaciones prácticas inundarán tales intentos.