Schwerpunkte

Für eine optimierte Batterielebensdauer

Strommessungen mit neunstelligem Dynamikbereich

02. Oktober 2020, 10:09 Uhr   |  Nicole Wörner

Strommessungen mit neunstelligem Dynamikbereich
© Rohde & Schwarz

Für Messungen zur Batterielebenszeit an einem IoT-Funkmodul kann der Anwender bis zu zwei vierkanalige Leistungsmessköpfe R&S RT-ZVC04 an ein Multidomain-Oszilloskop von Rohde & Schwarz anschließen und parallel bis zu acht Strom- oder Spannungsmessungen durchführen.

Bei der Entwicklung von Batterien für IoT-Geräte muss ein Tester gleichzeitig unterschiedliche Stromstärken von Mikro-Ampère bis hin zu mehreren Ampère messen können. Für Strommessungen mit neunstelligem Dynamikbereich hat Rohde & Schwarz einen hochempfindlichen Leistungstastkopf entwickelt.

Von: Dr. Tim Paasch-Colberg, Produktmanager für Oszilloskope bei Rohde & Schwarz, München

Für IoT- und Mobilgeräte ist eine lange Batterielebensdauer entscheidend für ihren Markterfolg. Deshalb versuchen Hersteller schon in einer frühen Entwicklungsphase, den Stromverbrauch dieser Geräte zu optimieren. Um einen möglichst geringen Energieverbrauch zu realisieren, sind IoT-Geräte in der Regel mit einem Sleep-Modus ausgestattet, der mit einem sehr niedrigen Ruhestrom auskommt. Diese Sleep-Phasen werden nur von kurzen Aktivitätsphasen mit normaler oder hoher Leistungsaufnahme unterbrochen. 

Um die Verbrauchswerte noch weiter optimieren zu können, sind präzise Messungen mit einer hochsensiblen Tastkopflösung nötig. Häufig werden dazu mehrere Messkanäle benötigt, weil verschiedene Module der Elektronikschaltung zu verschiedenen Zeiten aktiviert werden. 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 (SMUs) an ihre Grenzen.

Mehrkanal-Leistungstastkopf 

Rohde & Schwarz hat für diese Zwecke die Mehrkanal-Leistungstastköpfe R&S RT-ZVC02/-ZVC04 entwickelt, die für ein Test-Setup zur Messung der Batterielebensdauer mit einem Multi-Domain-Oszilloskop der Gerätefamilien R&S RTE1000, R&S RTO2000 oder R&S RTP kombiniert werden. Die Tastköpfe sind prädestiniert für Batterielebensdauer-Messungen an Geräten mit niedriger Leistungsaufnahme, weil sie die Stromstärken mit sehr hoher Dynamik und Auflösung in allen Aktivitätsphasen eines Prüflings messen können. Denn für jeden der zwei oder vier Strom- oder Spannungsmesskanäle steht ein eigener 18-bit-A/D-Wandler zur Verfügung. Dadurch ist ohne Umschaltung im gewählten Strommessbereich das Messen sehr kleiner Ruheströme im µA- oder nA-Bereich sowie hohe Stromspitzen bis in den A-Bereich möglich. Dank der Bandbreite von 1 MHz und einer Abtastrate von 5 MSample/s können auch sehr kurze Strompulse erfasst werden, wodurch sich der tatsächliche Energieverbrauch korrekt ermitteln lässt. 

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.

Die Strommessbereiche der integrierten und externen Shunts bei den Mehrkanalleistungsmessköpfen R&S RT-ZVC02/04

Die Messdaten werden über ihre digitale Logikschnittstelle an das Oszilloskop übertragen und zeitsynchron mit den analogen Kanälen des Oszilloskops am Display angezeigt. Drei umschaltbare interne Nebenwiderstände (Shunts) ermöglichen zudem eine optimale Strombereichsauswahl. Um weitere, kundenspezifische Strommessbereiche zu ermöglichen, oder wenn die Strommessung möglichst nahe am Testobjekt erfolgen soll, kann ein beliebiger externer Shunt verwendet werden. Hinzu kommt eine integrierte Triggereinheit, die das Triggern auf die Eingangssignale der R&S RT-ZVC ermöglicht.

Messaufbau mit externem Shunt
© Rohde & Schwarz

Messaufbau mit externem Shunt

Darüber hinaus bietet sich der externe Shunt-Modus an, um simultan zwei Strommessungen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit über einen Shunt durchzuführen und so direkt vergleichbare Messergebnisse zu erhalten. Dabei werden zwei Strommesskanäle des Mehrkanal-Leistungstastkopfs an den externen Shunt-Widerstand angeschlossen. Indem der Tester 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.

Seite 1 von 2

1. Strommessungen mit neunstelligem Dynamikbereich
2. Ansicht mit und ohne Zoom in einer Akquisition

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Verwandte Artikel

Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG