Kleine Ströme mit Oszilloskop messen - fließt der Strom wirklich so stark zurück?

Ich habe eine HF-MCU, die mit einer Knopfzelle betrieben werden soll, und ich muss den Stromverbrauch beim Übergang von Zustand zu Zustand messen.

Als Schnelltest habe ich einen 2-Ohm-Widerstand in Reihe mit der Schaltung geschaltet und diesen mit der Sonde auf einer Seite des Widerstands und der Sondenmasse auf der anderen Seite des Widerstands an das Oszilloskop angeschlossen. Hier ist, was ich auf dem Oszilloskop bekomme:

Bildschirmbild des TDS460-Oszilloskops, das eine einzelne Wellenform mit einem großen Ausbruch einiger Wellen zeigt, gefolgt von kleineren ähnlichen Wellen

Merkwürdig ist, wie der Strom so weit nach hinten zu fließen scheint, wie er nach vorne floss. Ich gehe davon aus, dass mein Testaufbau schlecht ist und ich entweder irgendwo eine Isolierung benötige oder eine differenzielle Sonde implementieren muss.

Ist dies normal und zu erwarten, oder muss ich einige Probleme lösen, bevor ich versuche, dies zum Messen des Stromverbrauchs zu verwenden?

Beachten Sie, dass der Prozessor mit 24 MHz läuft, was den Impulsen in der Wellenform sehr ähnlich ist.

Hier der Testaufbau:

TI CC2650 Launchpad-Entwicklungsplatine mit einem Peripheriegerät und einem Widerstand, der über zwei Drähte daran angeschlossen ist, wobei eine Oszilloskopsonde an den Enden der Widerstandsleitungen angebracht ist.

Hast du dein Oszilloskop auf DC- oder AC-Kopplung eingestellt?
@MarcusMüller DC. Der Durchschnitt liegt genau bei 2 mA, sodass das Oszilloskop den richtigen Bereich zu erfassen scheint.
Halten Sie den Schleifenbereich klein (Schleifenbereich von Sonde zu Sondenmasse), sonst machen Sie eine Antenne.
Sie haben eine Resonanz im 20-MHz-Stadion. Wahrscheinlich verursacht durch die Induktivität der Verkabelung in Kombination mit der Induktivität der Erdungsklemme Ihres Oszilloskops, die mit der Kapazität des Oszilloskops + der Kabel in Resonanz tritt. Beschreiben Sie Ihren 2-Ohm-Stromsensor (und seine Verkabelung) und beschreiben Sie AUCH, wie Sie ihn an das Oszilloskop anschließen. Ein Foto könnte sehr hilfreich sein.
Welche Bypass-Kondensatoren haben Sie auf der MCU und wo sind sie relativ zum Strommesswiderstand angeschlossen?
@glen_geek Bild angehängt.
@BruceAbbott Bild angehängt. TI-Referenzdesign und soweit ich das beurteilen kann, haben sie gute Bypass-Designempfehlungen befolgt.
Übrigens: Der Widerstand im Bild ist 1 Ω nicht 2 Ω
@Adam Davis: Ist Ihr Widerstand am unteren Ende (nahe GND) oder am oberen Ende (nahe Vcc) eingefügt? Auch im ersten Fall: Wo ist deine GND-Klemme angeschlossen? Hoffentlich am GND der Schaltung. Andernfalls könnten Sie eine große GND-Schleife über den GND des Oszilloskops und den GND des USB-Kabels erhalten, das mit einem PC verbunden ist. Bitte zeichnen Sie einen Schaltplan, der genau zeigt, wie Widerstand, Oszilloskop und Rest der Schaltung angeschlossen sind.
@curd ja, ich werde das in der Frage korrigieren.
@Curd, es ist auf der hohen Seite und Sie haben wahrscheinlich Recht mit der Erdungsschleife.
Also "sollte mit einer Knopfzelle betrieben werden", aber tatsächlich über einen USB-Anschluss mit Strom versorgt werden? Axialwiderstände haben eine erhebliche Induktivität. Sie sollten einen SMD-Widerstand und eine möglichst kurze Verkabelung zur Oszilloskopsonde verwenden.
@BruceAbbott das klingt nach einer großartigen Antwort. Der Widerstand besteht aus Kohlenstoff und ist nicht gewickelt, daher sollte er nicht wesentlich mehr Induktivität aufweisen als die reichlich vorhandene Drahtmenge, die sich bereits in der Schleife befindet.
Wenn Sie die Größe dieser Schleife verringern, wird die Induktivität des Widerstands deutlicher. Kohleschichtwiderstände haben eine spiralförmige Bahn. learn.sparkfun.com/tutorials/resistors
@BruceAbbott Nun, ich bin überrascht. Es ist ein über 30 Jahre alter Widerstand aus einem Varieté-Paket im Bastlerstil, daher war ich mir sicher, dass es sich eher um eine Kohlenstoffzusammensetzung als um einen Metallfilm handelt. Ich entfernte die Farbe und fand darin eine Metallspirale. Es ist jedoch nur eine Runde.

Antworten (2)

Nehmen wir der Diskussion halber an, dass die MCU etwa 1 mA absorbiert (ich vermute eigentlich viel weniger). Dies bedeutet 2 mV über dem Messwiderstand, was ziemlich niedrig ist. Ich denke, Sie messen nur Gleichtaktrauschen, und Ihre DC-Komponente wird davon überschwemmt.

Sie könnten versuchen, einen Erfassungsmodus mit Mittelwertbildung zu aktivieren und über mehrere Wellenformen zu mitteln. Sie sollten eine Verbesserung sehen.

Sie können auch versuchen, alle möglichen Störquellen im Raum zu deaktivieren (wenn Sie beispielsweise LED-Leuchten haben, könnte deren Stromversorgung zum abgestrahlten und leitungsgebundenen Rauschen beitragen).

Versuchen Sie auch, die Erdungsklemme Ihrer Oszilloskopsonde zu vermeiden: Diese fungiert als Antenne! Suchen Sie einen Erdungspunkt in der Nähe Ihres Widerstands und verbinden Sie ihn mit dieser Art von Sondenzubehör:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

EEVBlog Nr. 441 - "Wie man Gleichtaktrauschen aufspürt" gibt zusätzliche Hinweise und ich denke, es ist relevant.

Um solche winzigen Ströme zu messen, benötigen Sie möglicherweise eine zusätzliche Verstärkung. Dave Jones von EEVBlog hat seinen μCurrent-Verstärker genau für solche Dinge entwickelt.

  1. Erfahren Sie, wie Sie einen Tastkopf für Hochgeschwindigkeits-Rechteckwellen mit niedrigem Pegel ohne Erdungskabel verwenden und kalibrieren (induktives Klingeln >>1 MHz) und den Tastkopfclip mit dem Stift und der Erdung entfernen.

    • Es sollte kein Klingeln auf der Oszilloskop-Testrechteckwelle bei hoher Sweep-Rate auftreten.
    • mit 2. Sonde wiederholen.
      • Wenn sie übereinstimmen, können Sie sie überall platzieren und AB ist eine flache Linie < 1 mV Rauschen.
      • Verwenden Sie dann für die Strommessung R (50 mV ~ 100 mV Shunt) im Differenzmodus oder auf der Erdungsseite mit einer einzelnen Sonde.

  2. Der ESR einer Knopfzelle kann mehrere hundert Ohm bis > 1 kOhm betragen, daher ist 1 Ohm für die Strommessung ziemlich klein, also entsprechend groß, z. B. 100 Ohm.

Kleine Ströme mit Oszilloskop messen - fließt der Strom wirklich so stark zurück?
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