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[讨论]准备DIY一个低功耗设备的平均功耗测试仪,大家讨论下

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(20072802)

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发表于 2019-11-19 10:35:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
如题:现在开发低功耗产品,基本上都是睡眠一会儿,工作一会儿,得到平均功耗的方法是:测量睡眠时功耗(大约几个uA),和工作时的功耗(大约几十mA),和工作周期,进行计算。
我准备做一个设备,可以自动计算平均功耗数据(其实就是电压电流对时间的积分)。
测量间歇工作的低功耗的难点在于电流变化大(几个uA到几十个mA)采样电阻不好取值,变化迅速(工作持续时间可能在几个mS)。
基于如下测量原理图:

红色为主电流回路,RL两端是输出端子,RL是外接负载(即低功耗设备),红线左边是控制电路,主要是控制输出电压,RV1可以是DAC芯片,可以程控。红线右边是测量电路,R1是电流采样电阻,由于运放U3A和MOS管的调整效果,采样电阻可以随便选择,都不影响输出电压。U1A和U1B两个跟随以后,可以多级放大,分级采集电流。也可以把R1采样电阻分成多个电阻,每个电阻对应一个电流区间。如果选用低输入偏置电流的运放,4个蓝圈处的电流均可忽略,这样就能保证小电流(几个uA)也能准确测量。

至于采集,高速ADC应该不难找,时间轴上能达到uS级别的分辨率,应该不成问题。
电压控制基本上没难度,就是个DAC控制。当然也可以做的高大上一些,设置电池的放电曲线,模拟电池输出。

请大家讨论下这个方案的可行性和缺陷。以及是否有这方便的需求。

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(20072429)

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发表于 2019-11-19 10:42:02 | 显示全部楼层
几十ma的好办,但是现在多数设备要几百mA,这个就不好办了。
(20072426)

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发表于 2019-11-19 10:42:05 | 显示全部楼层
建议用万用表芯片+ MCU 直接数字化采集,存储在外部SD卡文件中。这样设备放在那里工作个几天 可以采集到数据,本来低功耗设备就是需要长时间采集 并且工作时间又是很短的。
(20072309)

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发表于 2019-11-19 10:44:02 | 显示全部楼层
292302877 发表于 2019-11-19 10:42
建议用万用表芯片+ MCU 直接数字化采集,存储在外部SD卡文件中。这样设备放在那里工作个几天 可以采集到数 ...

就手持表那芯片每秒能采集10次就烧高香了。
(20072177)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 10:46:14 | 显示全部楼层
wajlh 发表于 2019-11-19 10:42
几十ma的好办,但是现在多数设备要几百mA,这个就不好办了。

这个几百mA应该也能满足的
(20072141)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 10:46:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zqf441775525 于 2019-11-19 10:49 编辑
292302877 发表于 2019-11-19 10:42
建议用万用表芯片+ MCU 直接数字化采集,存储在外部SD卡文件中。这样设备放在那里工作个几天 可以采集到数 ...


采集和存储都好说,只要能采回来准确的数据,怎么折腾都行。万用表芯片采集速度太慢了,对于突发式大电流根本无能为力。
(20072051)

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发表于 2019-11-19 10:48:20 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2019-11-19 10:46
这个几百mA应该也能满足的

算算18bit的ADC够不够, 18bit/500k的ADC价格已经过百了。
(20071753)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 10:53:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 zqf441775525 于 2019-11-19 10:54 编辑
wajlh 发表于 2019-11-19 10:48
算算18bit的ADC够不够, 18bit/500k的ADC价格已经过百了。


R1这个检流电阻可以分成好几个,直接串联即可,比如用一个0.1欧姆的电阻来采集10mA - 500mA的范围;用1欧姆的电阻来采集100uA - 10mA的电流;用10欧姆电阻来采集100uA以下的电流。分三个区间采集就行了。

这样就用不着高分辨率的ADC了。
(20071513)

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发表于 2019-11-19 10:57:18 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2019-11-19 10:53
R1这个检流电阻可以分成好几个,直接串联即可,比如用一个0.1欧姆的电阻来采集10mA - 500mA的范围;用1欧 ...

挡位切换需要时间的,这段数据很难处理的。   
(20071150)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 11:03:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 zqf441775525 于 2019-11-19 11:04 编辑
wajlh 发表于 2019-11-19 10:57
挡位切换需要时间的,这段数据很难处理的。


三个档位同时采集,根三个采集到的数据,再取舍到底用哪个档位的数据,比如低电流档位的数据满偏了,那就用高电流档位的数据。
主要是大电流情况下,10欧姆检流电阻上的压降比较大,这儿要做一下取舍,加上电流高边采样的和运放耐压的问题,就不能提供那么大的电压了。比如在500mA的情况下只能提供5V电压,100mA的情况下可以提供12V电压。
(20070599)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 11:12:32 | 显示全部楼层
292302877 发表于 2019-11-19 10:42
建议用万用表芯片+ MCU 直接数字化采集,存储在外部SD卡文件中。这样设备放在那里工作个几天 可以采集到数 ...

对,如果休眠1天,工作10mS的这种情况,用万用表芯片根本采集不到。
(20065325)

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发表于 2019-11-19 12:40:26 | 显示全部楼层
我也想做一个,苦于没时间。楼主做好了我买一个
(20063708)

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发表于 2019-11-19 13:07:23 | 显示全部楼层
也需要这样的一个设备,持续关注。
(20063530)

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发表于 2019-11-19 13:10:21 | 显示全部楼层
我需要一个这样的设备,几个uA到几百mA,关注。
(20062854)

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发表于 2019-11-19 13:21:37 | 显示全部楼层
wajlh 发表于 2019-11-19 10:48
算算18bit的ADC够不够, 18bit/500k的ADC价格已经过百了。

16位 3路  5M的adc才三十多。。采样电阻过两个运放不同的放大 然后直接进adc

后面接fpga   处理下决定用哪一个adc的数据。然后差分编码压缩下传单片机,单片机存tf卡或者网口发送出去。
(20062083)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 13:34:28 | 显示全部楼层
wx85105157 发表于 2019-11-19 13:21
16位 3路  5M的adc才三十多。。采样电阻过两个运放不同的放大 然后直接进adc

后面接fpga   处理下决定用 ...

ADC推荐一下呗,刚开始准备用AD7606的,有点贵了。
(20061150)

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发表于 2019-11-19 13:50:01 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2019-11-19 10:53
R1这个检流电阻可以分成好几个,直接串联即可,比如用一个0.1欧姆的电阻来采集10mA - 500mA的范围;用1欧 ...

直接串不现实吧?假如500ma电流,10欧电阻就分压了5欧了。
(20061044)

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发表于 2019-11-19 13:51:47 | 显示全部楼层
stm32f373的ADC是16位的。如果需要精度更高,速度不要求太高,可以使用过采样的方式。
(20061027)

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发表于 2019-11-19 13:52:04 | 显示全部楼层
需要这样的测量仪表。
(20060915)

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发表于 2019-11-19 13:53:56 | 显示全部楼层
我也需要一个,强力支持楼主搞一个
(20060560)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 13:59:51 | 显示全部楼层
网络孤客 发表于 2019-11-19 13:50
直接串不现实吧?假如500ma电流,10欧电阻就分压了5欧了。

所以输出电压就没那么高了,15V供电的,500mA的情况下输出电压可能最大只能5V了。
这种方式有一种好处就是无论采样电阻上压降是多少,都不影响输出电压。
(20060166)

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发表于 2019-11-19 14:06:25 | 显示全部楼层
最近DIY测量设备的兄弟挺多的啊,支持。
(20059467)

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发表于 2019-11-19 14:18:04 | 显示全部楼层


既然已经使用差分来进行采样,干脆改一下,如上图。
改变RG值,就可以改变不同放大比。
预置几个档位,RG使用不同电阻,用CD4052/4051进行切换。

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(20058624)

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发表于 2019-11-19 14:32:07 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2019-11-19 13:34
ADC推荐一下呗,刚开始准备用AD7606的,有点贵了。

AD9826KRSZ
(20055024)

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发表于 2019-11-19 15:32:07 | 显示全部楼层
持续关注中。。。
(20053633)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 15:55:18 | 显示全部楼层
网络孤客 发表于 2019-11-19 14:18
既然已经使用差分来进行采样,干脆改一下,如上图。
改变RG值,就可以改变不同放大比。
预置几个档位,RG ...

您这个应该是仪表运放的内部结构,对于能不能调好,心里没底
(20052991)

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发表于 2019-11-19 16:06:00 | 显示全部楼层
做好了买一个。
(20050375)

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发表于 2019-11-19 16:49:36 来自手机 | 显示全部楼层
我需要一个这样的设备,几个uA到几百mA,关注。,做好买一个
(20050325)

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发表于 2019-11-19 16:50:26 来自手机 | 显示全部楼层
一定要采样速度够快,速度太慢,有些信息就丢失了
(20039112)

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 楼主| 发表于 2019-11-19 19:57:19 来自手机 | 显示全部楼层
wuguoyan 发表于 2019-11-19 16:50
一定要采样速度够快,速度太慢,有些信息就丢失了

采样速度预计可以到0.1mS,再快的话估计SD卡扛不住,如果不需要存储只需要积分的话,应该可以做到0.01m S
(20037742)

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发表于 2019-11-19 20:20:09 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2019-11-19 19:57
采样速度预计可以到0.1mS,再快的话估计SD卡扛不住,如果不需要存储只需要积分的话,应该可以做到0.01m  ...

可以数据压缩,在设定分辨率的条件下,记录电流数值和持续时间
(4077742)

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发表于 2020-5-22 13:40:09 | 显示全部楼层
楼主这个做出来没?
(4077259)

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 楼主| 发表于 2020-5-22 13:48:12 | 显示全部楼层
zyw19987 发表于 2020-5-22 13:40
楼主这个做出来没?

还没,没时间捣鼓,唉
(4017203)

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发表于 2020-5-23 06:29:08 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2020-5-22 13:48
还没,没时间捣鼓,唉

大神们,都在关注采样速度。我有个建议:多个低速AD交替采样同一个信号,可以提高速度吗?
(4011013)

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 楼主| 发表于 2020-5-23 08:12:18 | 显示全部楼层
zyw19987 发表于 2020-5-23 06:29
大神们,都在关注采样速度。我有个建议:多个低速AD交替采样同一个信号,可以提高速度吗? ...

准备用AD7606采样,200ksps的速度应该足够了
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