Strommessungen an IoT-Geräten mit hoher Messdynamik
Messen Sie gleichzeitig unterschiedliche Stromstärken im Bereich von μA bis A in allen Aktivitätsphasen von IoT-Geräten – vom Sleep Mode bis zum Empfangs- und Sendemodus
Strommessungen mit neunstelligem Dynamikbereich
Für moderne IoT- und Mobilgeräte ist eine lange Batterielebensdauer von entscheidender Bedeutung. Um den Energieverbrauch zu minimieren, nutzen viele dieser Geräte spezielle Sleep Modes mit sehr niedrigen Ruheströmen. Diese werden nur von sehr kurzen Aktivitätsphasen mit normaler oder hoher Leistungsaufnahme unterbrochen. Um den Markterfolg eines Geräts sicherzustellen, muss dessen Stromverbrauch bereits in einer frühen Entwicklungsphase optimiert werden. Dessen präzise Messung erfordert eine hochsensible Tastkopflösung. Der Tastkopf muss in der Lage sein, gleichzeitig sehr kleine Ströme im μA- oder auch nA-Bereich sowie Stromstärken bis zu mehreren Ampere zu messen. Derart hohe Dynamikbereiche von 106 oder sogar bis zu 109 sind eine Herausforderung für jedes Messgerät und bringen Digitalmultimeter, Stromzangen oder Source Measure Units an ihre Grenzen.
Mehrkanal-Leistungstastkopf
Die R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 Mehrkanal-Leistungstastköpfe eignen sich ideal für Batterielebensdauer-Messungen an Geräten mit niedriger Leistungsaufnahme. Sie messen Stromstärken mit hoher Dynamik und Auflösung in allen Aktivitätsphasen. Für den Betrieb des Mehrkanal-Tastkopfs ist ein R&S®RTE1000, R&S®RTO2000 oder R&S®RTP Oszilloskop erforderlich. Mit bis zu vier Strom- und vier Spannungsmesskanälen, jeder mit 18-bit-ADC-Auflösung, bieten die R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 Mehrkanal-Leistungstastköpfe die hohe Messdynamik, die für die Analyse des Stromverbrauchs in allen Aktivitätsphasen notwendig ist. Drei eingebaute Shunts und ein externer Shunt-Modus in Kombination mit umschaltbaren Verstärkungsfaktoren optimieren den Eingangsstrommessbereich.
| Strommessbereich | Shunt |
|---|---|
| ±4,5 μA; ±45 μA | 10 kΩ |
| ±4,5 mA; ±45 mA | 10 Ω |
| ±4,5 A; ±10 A | 10 mΩ |
| ±45 mV 1); ±450 mV 1) | extern |
| 1) Der Strommessbereich ist abhängig vom Wert des Shunts. | |
Messaufbau mit externem Shunt
Messaufbau mit externem Shunt
Der externe Shunt-Modus bietet Vorteile bei der gleichzeitigen Messung unterschiedlicher Stromstärken. Er unterstützt sowohl einen sehr hohen Dynamikbereich sowie höchste vertikale Auflösung. Im Shunt-Modus werden zwei Strommesskanäle des R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 Mehrkanal-Leistungstastkopfs an denselben Shunt-Widerstand angeschlossen.
Indem man die zwei Kanäle mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen ansteuert, wird es möglich, die allgemeinen Stromcharakteristiken über alle Aktivitätsphasen (ohne Zoom) sowie kleine Details einer bestimmten Phase mit höchster Genauigkeit (mit Zoom) zu erfassen.
Ansicht mit und ohne Zoom desselben Stromsignals durch zwei unterschiedliche Empfindlichkeiten bei Z1I1 und Z1I2
Ansicht mit und ohne Zoom in einer Akquisition
Die im Screenshot gezeigten Ergebnisse entstammen einer High-Side-Strommessung an einem Bluetooth®-Low-Energy-Gerät mit einem externen 18-Ω-Shunt. Die obere Messkurve zeigt den Strom während eines kompletten Advertising Events (ohne Zoom), den gemessenen Maximalstrom (Max) und die verbrauchte Ladung (Area). Sie wurde mit der Einstellung für geringe Empfindlichkeit (450 mV) im externen Shunt-Modus des R&S®RT-ZVC04 aufgezeichnet. Die untere Messkurve wurde gleichzeitig mit demselben Shunt-Widerstand und der Einstellung für hohe Empfindlichkeit (45 mV) des R&S®RT-ZVC04 erfasst. Mit der Zoom-Ansicht kann der Anwender die kleinsten Details in der Strommesskurve betrachten. Obgleich die Stromspitzen in dieser Einstellung den Messbereich des Geräts überschreiten, lässt sich der niedrige Ruhestrom auflösen und in einer Gate-Messung (Mean) mit ca. 1,2 μA bestimmen.
Fazit
Die R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 Mehrkanal-Tastköpfe bieten eine hohe Messdynamik für die Erfassung kleinster Ströme. Im externen Shunt-Modus kann dieselbe Messung mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen durchgeführt werden, sodass sich sowohl der allgemeine Trend in Bezug auf die Stromstärke als auch das detaillierte Verhalten beobachten lassen. Zum Lieferumfang gehören ein Satz hochwertiger Kabel sowie Einlötkabel und -pins für den Anschluss der Tastköpfe in typischen Embedded-Messszenarien. Optional verfügbar sind 4-mm-Anschlusskabel verschiedener Längen und BNC-Kabel für den Anschluss herkömmlicher Oszilloskoptastköpfe oder Stromzangen. Dies erweitert zusätzlich den Spannungs- oder Strommessbereich.
Die Bluetooth® Wortmarke und Logos sind eingetragene Warenzeichen und Eigentum von Bluetooth SIG, Inc., ihre Verwendung ist für Rohde & Schwarz lizenziert.
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