R&S RT-ZVC 高動態範圍電流量測：分析 IoT 裝置的 μA 級睡眠電流
- Sonya Chan
- 10月5日
- 讀畢需時 4 分鐘
同步量測物聯網裝置從睡眠到接收與傳輸模式等所有活動階段中，從 μA 到 A 等級的各種電流變化
具備九位數動態範圍的電流量測
長效的電池續航力，對於現代物聯網（IoT）與行動裝置至關重要，為了盡可能地降低能耗，這些裝置通常運作於功耗極低的特殊睡眠模式，並僅在極短的活動階段中斷，以執行正常或高功耗的任務，一款裝置要取得成功，其功耗必須在開發初期就進行優化，這需要精準的量測，也連帶要求精密的探測解決方案，探棒必須能夠同步量測 μA 甚至 nA 等級的微小電流，以及高達數安培的大電流，要處理如此高達 10⁶ 甚至 10⁹ 的動態範圍，對任何量測設備都是一大挑戰，甚至可能是數位萬用電表、電流探棒或電源量測單元（SMU）無法完成的任務。
多通道電源探棒
R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 多通道電源探棒是量測低功耗裝置電池續航力的理想選擇，它們能夠在行動裝置的所有活動階段中，以高動態範圍與高解析度同步量測電流，操作此多通道探棒需要搭配一台 R&S®RTE1000、R&S®RTO2000 或 R&S®RTP 示波器，R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 多通道電源探棒具備多達四個電流與四個電壓輸入通道，每個通道皆具備 18 bit ADC 解析度，提供了分析電流消耗所需的動態範圍，其內建的三個分流器（Shunt）以及一個外部分流器模式，結合可切換的增益因子，有助於優化輸入電流量測範圍。
電流量測範圍 | 分流器 |
±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⁾ | 外部 |
¹⁾ 電流範圍取決於分流器阻值。 |
外部分流器模式對於同步量測不同等級的電流非常有益，它支援極高的動態範圍與最高的垂直解析度，在分流器模式下，R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 多通道電源探棒的兩個電流量測通道會連接至同一個分流電阻。
透過讓這兩個通道在不同的靈敏度下運作，便能在所有活動階段中偵測整體的電流特性（縮小檢視），同時也能以最高的準確度觀測單一階段的微小細節（放大檢視）。
在單次擷取中同時實現放大與縮小檢視
以下螢幕截圖中的結果，是透過對一個藍牙（Bluetooth®）低功耗裝置，搭配一個 18 Ω 的外部分流器進行高側電流量測（high-side current measurement）所取得，上方的軌跡顯示了在整個廣播事件期間的電流（縮小檢視），以及量測到的最大電流（Max）與消耗的電荷（Area），此軌跡是使用 R&S®RT-ZVC04 的外部分流器模式下的低靈敏度設定（450 mV）所記錄；下方的軌跡則是使用同一個分流電阻，並以 R&S®RT-ZVC04 的高靈敏度設定（45 mV）同步擷取，這種放大檢視有助於使用者觀察電流軌跡中最微小的細節，儘管在此設定下，電流峰值超出了裝置的量測範圍，但微小的睡眠電流仍能被解析，並透過閘極量測（Mean）確定其數值約為 1.2 μA。
總結
R&S®RT-ZVC02/-ZVC04 多通道電源探棒能夠以高動態範圍偵測最微小的電流，在外部分流器模式下，同一個量測可以使用不同的靈敏度進行，使其能夠同時觀測整體的電流趨勢以及詳細的行為，探棒隨附一組高品質的插針連接線與焊入式引線，可用於在典型的嵌入式電子量測場景中連接探棒，可用的選配項目包括不同長度的 4 mm 連接線，以及 BNC 型連接線，用以連接標準的示波器電壓與電流探棒，進而擴展電壓與電流量測範圍。
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