Meetapparatuur voor verifieren "extreme low power standby" stroom?

Even kijken!
Een CR2032 knoopcel heeft een capaciteit van rond de 200mAh volgens Wikipedia
Je opgenomen stroom van je PIC10LF320 is zo'n slordige 1uA.
De knoopcel is dus leeg na 200mAh/1uA = 200kh = 200/24 kd = 8,33 kd = 8333/365,25 jaar = ca 22 jaar.
Als je PIC 10uA slobbert, dan duur het nog 2 jaar voordat zo'n celletje leeg is.

Als je een CR2450 neemt zelfs 600mAh, en een CR2477 1000mAh...

Nordic heeft de Power Profiler Kit 2 (PPK2): https://www.nordicsemi.com/Products/Development-hardware/Power-Profile…
Ik heb deze in het verlden veel gebruikt om het stroomverbruik van microcontrollers te meten en te verbeteren. Je moet wel de tweede versie kopen, want die is vele malen gebruiksvriendelijker dan de eerste.
Met een multimeter meten is vaak een onbegonnen taak gezien de spanningsval over de interne meetweerstand een spanningsval veroorzaakt die je microcontroller kan resetten. Daarnaast kan je met de PKK2 ook periodiek stroom verbruik zien wat handig kan zijn voor debugging en testen van je firmware

Ik heb ooit deze eens besteld maar nog nooit gebruikt.

https://www.eevblog.com/projects/ucurrent/

Deze heeft een bereik van 1mV/nA

https://eevblog.store/products/ucurrent-gold-multimeter-adapter

Nieuwere versie ?
https://lowpowerlab.com/guide/currentranger/
https://lowpowerlab.com/shop/product/152

Ik vraag me af of er een handigere oplossing is.

Er bestaat specifieke meetapparatuur voor (gaat meer richting 'electrometer', bijv. Keithley heeft dergelijke apparaten gemaakt), maar da's wel heel specifiek voor een éénmalig gebruik/probleem....

Desalniettemin staat een dergelijk (tweedehands) apparaat nog op m'n verlanglijstje. (hopelijk leest Sinterklaas dit ook)

Zelf heb ik wel eens geëxperimenteerd met de LMC662 (zwevend opgebouwd, lucht als isolatie, en voor de minder-kritische delen met Teflon). Volgens mij was dat op basis van een Application Note van ???, van ik meen Bob Pease of één van de andere groten. Dit was een pico-ampèremeter, is nooit een werkend meetapparaat geworden bij mij, altijd in het 'experimentele' stadium blijven hangen.

Dus ook zelfbouw is een mogelijkheid: http://www.vk2zay.net/article/251, http://www.kerrywong.com/2013/01/17/current-adapter-for-low-current-m…

Ook heeft Elektuur wel eens een ontwerp van een zeer simpele pA-meter gepubliceerd (in 303-schakelingen, ontwerp nr. 279)

Het voordeel van de µCurrent of de current ranger is dat er veel minder spanningsval is over het meetapparaat.

Met een 1G ohm weerstand als in het laatste voorbeeld heb je bij 1nA al 1V spanningsval. En bij 20nV dus 20V. Bij een 3V batterij kan je al maar heel weinig spanningsval hebben en 1V al te veel.

Benleentje, het Elektuur-ontwerp heeft een 'burden voltage' van 500uV (0.5mV), dus dat zou voor OP wel bruikbaar moeten zijn?

(m'n eigen pA-meter, het Elektuur-ontwerp maar met een LMC662, ligt nu al ca. 10 jaar in twee delen in de bak 'onderhanden projecten'. Toch maar eens een keertje afbouwen, inbouwen in een net kastje en een voeding erbij maken. 95% van het werk is reeds gedaan, het is de laatste 5% waar het op is blijven hangen.)

dus dat zou voor OP wel bruikbaar moeten zijn?

JA maar die stond er eerst niet toch?

Maar goed 0,5mV is wel heel erg laag ik denk dat de batterij al meer spanningsvariatie heeft. En met deze schakeling nr 279 gaat dat wel goed.

Als ik kijk naar de eenvoud snap ik niet dat dat niet al in meet apparatuur zit

Op donderdag 3 oktober 2024 22:15:07 schreef benleentje:
Als ik kijk naar de eenvoud snap ik niet dat dat niet al in meet apparatuur zit

Er zal vast wel een addertje in het gras zitten.
Zo'n 'meetinstrument' van een paar euro is vast niet te vergelijken met de SMU van @fred101 (wat dat ook zijn mag)

Op donderdag 3 oktober 2024 19:04:06 schreef nonius:
[...]

Er bestaat specifieke meetapparatuur voor (gaat meer richting 'electrometer', bijv. Keithley heeft dergelijke apparaten gemaakt), maar da's wel heel specifiek voor een éénmalig gebruik/probleem....

Desalniettemin staat een dergelijk (tweedehands) apparaat nog op m'n verlanglijstje. (hopelijk leest Sinterklaas dit ook)

Nonius, je bedoelt zo iets? (foto voor in je schoentje )

gaat idd tot in de picoamperes, maar kan ook coulombs, spanning en weerstanden meten, hele hoge dan wel te verstaan.

Er bestaan specifieke meetapparaten voor dit doel: https://www.qoitech.com/otii-arc-pro/ (SMU van @fred101?)

Het apparaat is wel erg duur, dus voor een eenmalig projectje is het geen optie.

Eventueel kan je in de plaats van een CR2032 een CR2450 nemen. Dan heb je sowieso al een stuk meer capaciteit, terwijl de afmetingen niet veel groter worden. CR2450 batterijen zijn ook niet echt duur, de laatste keer dat ik er in bulk besteld heb was dat minder dan 1 euro per stuk.

SMU = source measure unit. Dat is een 4 quadrant voeding, dus voeding en load. De opvolger van de curvetracer (alleen heb je er 2 nodig als je ook 3 poters wilt testen.) De mijne is van TTi en kan tot 200V. Hij meet en sourced met 6,5 digits. Als dat niet genoeg resolutie is dan kun je er een stroommeter/shunt tussen hangen en de sense draden van de SMU na de shunt aansluiten. Op die manier heb je geen last van een "burden voltage"

Mijn K7510 heeft in de pA/nA range een max burden voltage van 15mV. Hoe kleiner de stroom, hoe lager die spanning. Daar heb je dus geen voeding met sense voor nodig. Dat geldt ook voor andere meters. Als dat bij volle schaal bv 100mV is, en volle schaal is 100mA is dan is het bij een schakeling die 1mA trekt maar 1 mV. Het tempco van die batterij zal hoger dan dat zijn.

Het moeilijke is de meting zelf. Met een dmm lijkt dat makkelijk door allerlei truukjes, maar doordat die dingen zo traag zijn zie je die effecten gewoon niet en lijkt de meting stabiel.

Maar in het pA en nA bereik zijn de stroompjes zo laag dat zelfs 50Hz instraling al een groter signaal dan dat stroompje veroorzaakt. Ik heb wel eens zitten spelen met metingen in het pA bereik. Dat was ivm een weerstand meting met een analoge "smu" die tot 5 pΩ kan meten (en dat doet door pA te meten bij 1000V) De meter ging met een trage frequentie op en neer. Het duurde even tot ik er achter kwam dat dat het effect was van mijn buik/borst die op en neer ging bij ademhalen. Dat effect was pas weg toen ik een meter van de meter af ging staan.

Keithley heeft een boek over het meten aan de rand van het meetbare en wat daar allemaal bij komt kijken. Bij dit soort waarden wil veel digits op een meter niet zeggen dat die alleen maar door de stroom worden veroorzaakt.
Bij die 1000V SMU horen speciale kabels omdat de lekstroom via de buitenkant van de kabels plus tribo-elektrische effect (wrijving in kabel) een grotere stroom veroorzaakt dan de stroom die de load trekt. En zo heb je ook nog Seebeck, EMI/RFI dus je moet ook guarded meten. Anders zit je naar een mooi getal te kijken waarvan maar een deel door de load wordt getrokken. Vergeet niet dat een stroom meting in een DMM een spanningmeting over een shunt is en als dat een heel lage spanning is dan is er maar weinig nodig om dat te verstoren. Vergeet bij dit soort metingen ook de laatste 2 digits van je meter. Die zijn leuk om te kijken of er een trend is maar absoluut gezien zijn ze "zinloos" (Bij high end meters de laatste digit, bij gewone meters (grofweg 250 euro tot 750 euro)de laatste 2, bij low budget van Ali/bouwmarkt etc alle digits )

Dank allen voor de antwoorden en de inspiratie.

Ik ben verder gaan zoeken naar de "EEBLOG ucurrent gold".
Voor achtergrond, zie https://www.eevblog.com/projects/ucurrent/

Maar dat ding bleek overal uitverkocht, ...

Omdat dit ding open source is, zijn er derivaten, en een opvolger is de tinycurrent, en dat ding wordt geleverd vanuit Duitsland, dus geen BTW narigheid, ...
Zie https://www.n-fuse.co/devices/tinyCurrent-precision-low-Current-Measur…

Zojuist zo'n ding besteld. Voor mensen die ook hebberigheid krijgen, er is een 'tinycurrent' en een 'tinycurrent-r', de laatste heeft de BNC connector aan de achterkant, zie de foto's.

Dank voor jullie bijdragen!

Dat is volgens mij maar een deel van de oplossing. Je kunt dan wel kleine stroompjes meten, maar dan stort de voeding in zodra de processor even meer stroom trekt..

Het is wel een handig apparaatje, denk ik.
Maar '20 µV / nA burden voltage typical', op het 1250nA-bereik, is natuurlijk nog altijd 20 kΩ. Misschien moet je dan alsnog weer schakelen.

Je idee om je bestaande meter gewoon even kort te sluiten tot de stroom klein is geworden, en dan te meten, lijkt me prima hier.

Gewoon met een labvoeding voeden en dan 3,0V plus "de max burden" instellen. (Of gewoon 3V3V, het werkt blijkbaar ook nog op 3V, dus dan heb je 300 mV en dat is meer dan genoeg voor zo'n micro-current.

Kees, als het gaat om sleep, dan trekt de schakeling uA en trekt nauwelijks een burden voltage. Of zie ik iets over hoofd?

Kees, als het gaat om sleep, dan trekt de schakeling uA en trekt nauwelijks een burden voltage. Of zie ik iets over hoofd?

Misschien zie ik iets over het hoofd, maar als je de meter instelt om nanoAmps te kunnen meten, dan heb je een hoge weerstand in de meter. Als de DUT dan ineens milliAmps gaat trekken dan blijft er van de voeding weinig over.

10µV / nA burden voltage: ofwel 10V / mA!

Ah zo, daar heb je waarschijnlijk gelijk in, maar zo'n u-current heeft een heel laag burden voltage. Als je met 3V3 voedt heb je 300mV speling. Mijn Keithley doet bv maar max 15mV maar die u-current geeft nog minder.

Op vrijdag 4 oktober 2024 12:31:33 schreef fred101:

Kees, als het gaat om sleep, dan trekt de schakeling uA en trekt nauwelijks een burden voltage. Of zie ik iets over hoofd?

alvorens hij in sleep mode gaat zal ie veel meer stroom trekken, vandaar eerst een brugje over de nA-meter, en pas losmaken eens het ding in sleep is.

bij de Keithley bvb kan je de ingang op short zetten om een te grote spanningsval tijdens het opstarten van de testschakeling tegen te gaan.

alvorens hij in sleep mode gaat zal ie veel meer stroom trekken, vandaar eerst een brugje over de nA-meter, en pas losmaken eens het ding in sleep is.

Dat is precies het probleem. De processor trekt dan zoveel dat de spanning teveel in elkaar stuikt en de processor niet start.

Met klemmen overbruggen, programmeren / starten, klemmen los en dan kijken. En je dan verbazen waarom _(&*(_&(*) het ding stroom blijft trekken, tot je de config / software hebt aangepast en de stroommeter links in de hoek blijft als je de klem losmaakt...

Voor dit soort dingen ben ik heel blij met mijn joulescope.

Al voor meerdere projecten goed gebruikt! Vooral snel schakelen tussen ranges

Ik zou een (scottky) diode parallel aan de meter zetten.

Ik gebruik voor dit soort metingen gewoon mijn normale multimeter. Maar dan dus in VOLT stand. Als je parallel aan de scottky 0.1V als maximum aanneemt en meer als "OL" afleest (out of range), dan is met 10M aan meetweerstand de full-scale iets van 10nA.

Je CPU moet dan dus wel "redelijk" draaien met zeg "tussen de 2.9 en de 3.2V". Omdat je sleep-verbruik bij 1.8 is opgegeven, lijkt me dat dit wel het geval is.

Van de µCurrent Original heb ik nog wat zelfbouw kitjes liggen voor de verkoop, als je interesse hebt moet je even een pm sturen.

En zojuist in mijn inbox aangetroffen:
https://www.elektormagazine.nl/articles/circuit-een-picoamperemeteront…

In "analog trouble shooting" van Bob Pease staat ook een stroommetertje in die zelfde stijl. Heeft ook een vrij groot bereik maar ik dacht niet tot in de mA. EDIT 1pA tot 1mA

Qua burden voltage is de makkelijkste manier om te voeden vanuit een voeding met sense aansluitingen.

In dat elector artikel zie je ook hoe lastig het is om pA te meten. Een kapotte gloeilamp trekt al 100pA stroom. Je gaat daarbij rare resultaten krijgen door lekstromen en RFI/EMI.

Bij mijn HP hoort een hele speciale kabel (die ik helaas niet heb) omdat de lekstroom aan de buitenkant van de isolatie anders hoger is dan de te meten stroom door de geleider.

Ik moest bij een KV divider restauratie de lekstroom weerstand meten. Dat heb ik met die HP gedaan (op 1000V). De vereiste waarde bereikte ik pas nadat ik het hele apparaat met ipa had schoongemaakt en het ding op teflon blokken had gezet. De lekweerstand moest 1x10¹⁴ zijn. Ik kwam niet verder dan 1x10¹² Als ik goed reken is dat 1nA terwijl het 10pA moest zijn. Die 1nA was voor een groot deel de lekstroom over de isolatie weerstand van mijn meetkabel. Plaatjes van de kabel en meter: https://www.pa4tim.nl/?p=2269
Hij meet 50fA tot 20uA. Ze gebruiken daar een speciale diode voor.

btw, dit zijn isolatie lek meters niet bedoeld als alternatief voor de uCurrent die hij besteld heeft. En omdat daar zijn probleem mee is opgelost heb ik toch wat info over deze lekweerstand meters geplaatst omdat het gewoon interessante technieken zijn.