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POWER 9 - OTTOBRE 2015
XI
BATTERY LIFE MEASUREMENT
fase di riposo, dobbiamo misurare gli impulsi nelle fasi
di attività e di trasmissione. La misura deve comprende-
re sia il livello di corrente sia la durata dell’impulso di
assorbimento. Gli oscilloscopi sono strumenti eccellenti
per misurare segnali che variano nel tempo. Tuttavia,
dovendo misurare correnti dell’ordine del mA per deci-
ne di secondi, le sonde di corrente non rappresentano
la soluzione migliore, a causa di una sensibilità limitata
e delle derive nel tempo. Infatti, delle buone sonde a
pinza hanno un rumore rms pari a 2,5 mA e la proce-
dura di compensazione dello zero deve essere ripetuta
spesso. Dato che le sonde di corrente misurano il cam-
po magnetico generato da un filo conduttore, il trucco
per migliorarne la sensibilità è di avvolgere tante volte il
filo attorno alla pinza, in modo da moltiplicare il campo
magnetico concatenato, moltiplicando così la corrente e
consentendone una misura un po’ migliore. Con questo
approccio possiamo acquisire l’impulso di corrente del-
la fase di attività e di trasmissione. Anche durante queste
fasi la corrente varia, apparendo come una sequenza di
livelli alti e bassi. Per calcolare correttamente la corrente
media, la forma d’onda acquisita deve essere esportata e
tutti i punti devono essere integrati per ottenere il valor
medio. Inoltre la limitata risoluzione (bits) dell’oscillo-
scopio non gioca a favore dell’accura-
tezza di misura.
Gli oscilloscopi si comportano bene
per la misura di un singolo evento ra-
pido. Tuttavia, le misure sono più com-
plesse se si vuole verificare quante vol-
te il sensore si attiva in un intervallo temporale e quanto
frequentemente invia una trasmissione. Gli oscilloscopi
sono adatti a misure su di un breve intervallo, ma i sen-
sori possono avere cicli operativi di minuti o ore, difficil-
mente catturabili in questo modo.
Innovazioni nella misura
L’unità di alimentazione e misura (SMU Source and Me-
asure Unit) N6781A di Keysight per l’analisi dell’assorbi-
mento delle batterie supera le limitazioni degli approcci
di misura tradizionali con due innovazioni: adattamento
automatico e senza discontinuità del fondo scala e regi-
strazione continua delle misure per lunghi periodi senza
interruzioni. La SMU è un modulo che può essere utiliz-
zato con il sistema modulare di potenza N6700 a basso
profilo o con DC Power Analyzer N6705B.
L’adattamento automatico e senza discontinuità della
gamma di misura di corrente (seamless current ranging)
è una tecnologia brevettata che consente alla SMU di si-
mulare la batteria e misurare la corrente erogata mante-
nendo stabile la tensionedi uscita, senzaalcunafluttuazio-
ne dovuta al cambio di fondo scala. Questa caratteristica
consente di misurare i picchi di corrente e, al contempo,
la corrente di riposo con il fondo scala da 1 mA che ha un
errore di offset pari a 100 nA. Questo errore contenuto
(un offset di 100 nA corrisponde al 10% di 1 µA e al 1%
di 10 µA), è diversi ordini di grandezza meglio di quan-
to ottenibile con un multimetro digitale tradizionale.
La SMU è utilizzabile anche come amperometro e for-
nisce il vantaggio di non avere
caduta di tensione che normal-
mente è presente ai capi di un
DMM tradizionale con shunt.
Il cambio gamma automatico
e senza discontinuità si unisce
alla presenza di due digitalizzatori per misurare simulta-
neamente tensione e corrente con una frequenza di cam-
pionamento fino a 200 kSa/s (risoluzione temporale di 5
µs). Le misure digitalizzate possono essere registrare per
2 secondi e visualizzate a piena risoluzione temporale.
Per lemisuredi lungadurata richiestedai wireless sensors,
il data logger interno del DC Power Analyzer N6705B di
Keysight integra lemisure a 200 kSa/s su intervalli di tem-
po (da 20 µs a 60 secondi) selezionato dall’utente senza
perdere campioni tra gli intervalli successivi di integra-
zione. Grazie a questa funzionalità, tutti i campioni sono
integrati in intervalli consecutivi senza discontinuità.
Con questo data logger i progettisti possono ora misura-
re l’assorbimento di corrente ed energia di un sensore
senza fili, fino a 1000 ore di funzionamento.
Misurare la corrente di riposo è semplice come posizio-
nare i due markers e leggere direttamente il valore in-
dicato. La misura in figura 4, realizzata con una singola
acquisizione per un lungo periodo di tempo, consente
di ottenere un’immagine della corrente assorbita dina-
micamente con un’accurata misura della corrente di
riposo pari a 599 nA. Grazie alle funzioni di trascina-
Tabella 1 - Tipici livelli di corrente e relative tempistiche
TX
20 - 100 mA
1 - 100 ms
Attivo
100 µA - 10 mA
10 - 100 ms
Riposo
500 nA - 50 µA
100 ms - minuti
Fig. 4 – L’assorbimento di corrente registrato per
200 secondi di funzionamento mostra i dettagli sul
consumo dinamico del dispositivo