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纯净的硅(中级)

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精确测量nA级别微弱电流的开源方案 [复制链接]

 
最近遇到如何精确测量nA级电流的问题,一般的手持万用表是难以达到这个要求的,且非常昂贵。

那么有没有一种低成本的方法呢?答案是肯定的,采用电流放大+4位半万用表就可以实现,有没有大神组个团做几套的均摊下成本。

下面是一个开源的微弱电流放大方案μCurrent GOLD:










  • A Professional Precision Current Adapter for Multimeters.

    The μCurrent turns your multimeter (or oscilloscope) into a powerful and precise current measurement tool!

    Utilise the more accurate voltage range of your multimeter to measure precise current. Even expensive precise multimeters can be severely limited on their current ranges by the shunt burden voltage and tolerance.

    Measure the standby and sleep current of the latest generation of microcontroller and other digital electronics, energy harvesting devices etc, down to the nanoamp (or even picoamp!) level with superb accuracy.

    The μCurrent also works as a precision x100 voltage amplifier.

    See my articleoriginally published in Silicon Chip magazine about this project and explaining burden voltage.

    Thousands of the original μCurrent are in use all around the world, and it has quickly become the industry standard low cost tool for low power current measurement in modern low power microcontroller based digital electronics. The μCurrent GOLD is the latest design with greatly improved specs over the original design:


    • 0.1% vs 0.5% on the mA range
    • 0.05% vs 0.1% on the μA and nA ranges
    • 300KHz bandwidth vs 8KHz bandwidth
    • +/-1.25A vs +/- 0.3A maximum current (& improved mA range burden voltage)
    • Shorting switch

    With the extra bandwidth you can now measure fast changing “sleep” modes in microcontrollers. The added shorting mode ensures uninterrupted power to your device under test whilst changing ranges. The μCurrent can rival 5 1/2 digit multimeters in accuracy, it is truly a precision instrument.

    MADE IN AUSTRALIA!

    Most kickstarter hardware projects just "shop the job out" to a manufacturer in china. I take great pride in not doing that, I want to encourage electronics manufacturing here in Australia.
    The box is made in Australia, and the units will be assembled and tested here in Sydney under my control using prime spec original parts.

    Like the previous version, the design is Open Source Hardware.

    The funds all go towards buying parts in production reels and production quantities. Some of the specialised parts have to be ordered in full reels only.

    Specifications – μCurrent GOLD

    3 Current ranges:

    +/- 0-1250mA (20μV / mA burden voltage typical) * switch contact resistance plays a role here. 10uV due to the shunt resistor.
    +/- 0-1250μA (10μV / uA burden voltage)
    +/- 0-1250nA (10μV / nA burden voltage)

    Output Voltage Units:  1mV/mA, 1mV/μA, 1mV/nA
    NOTE: You simply read your milivolt multimeter range as if it were mA/μA/nA

    Resolution (nA range):
    100pA (3.5digit meter)
    10pA (4.5 digit meter)
    1pA (5.5 digit meter)

    Accuracy (typical):
    <+/-0.05% on μA and nA ranges
    <+/-0.1% on mA range.

    Output Offset Voltage: <50μV (essentially insignificant on 4.5 digit meter)
    Bandwidth:>300KHz (-3dB)
    Temperature Drift: <10ppm / degC (μA/nA), <15ppm / degC (mA)
    Noise: < -90dBV
    THD: < -60dB
    Battery: CR2032 Lithium coin cell Battery Life (NOT supplied): >50 hours (battery good LED ensures accurate measurement when LED is on).

    NOTE: Yes, I know not including a battery really sucks, but it is illegal to ship even such a piss-weak lithium battery in the units by air freight, these are Australia Post's ridiculous rules. If I find a way around this then I will include a battery.

    You can discuss the project on the EEVblog forum




作者网站http://www.eevblog.com/projects/ucurrent/

项目众筹网站https://www.kickstarter.com/projects/eevblog/current-gold-precision-multimeter-current-adapter

附上BOM和AD原理图、PCB工程文件:

μCurrent GOLD.zip (1.51 MB, 下载次数: 1360)

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谢谢楼主的分享!  详情 回复 发表于 2021-5-13 19:29
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没想到楼主也是EEVBLOG的粉呐
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个人签名如果天空是黑暗的,那就摸黑生存;如果发出声音是危险的,那就保持沉默...但不要习惯了黑暗就为黑暗辩护;不要为自己的苟且而得意;不要嘲讽那些比自己更勇敢热情的人们。人可以卑微如尘土,不可扭曲如蛆虫。
 

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jackfrost 发表于 2017-6-16 12:21
没想到楼主也是EEVBLOG的粉呐

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take it apart
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个人签名如果天空是黑暗的,那就摸黑生存;如果发出声音是危险的,那就保持沉默...但不要习惯了黑暗就为黑暗辩护;不要为自己的苟且而得意;不要嘲讽那些比自己更勇敢热情的人们。人可以卑微如尘土,不可扭曲如蛆虫。
 
 

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这个pcb需要用什么材质的?FR4可以吗?
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对材质要求应该不大吧,  详情 回复 发表于 2017-6-16 19:53
 
 
 

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leifengfirst 发表于 2017-6-16 13:42
这个pcb需要用什么材质的?FR4可以吗?

对材质要求应该不大吧,
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能买成品不
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楼主这个可以卖成品吗?能卖的话联系一下我qq516750565
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你QQ要验证啊  详情 回复 发表于 2019-3-9 11:28
 
 
 

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516750565 发表于 2019-1-28 15:08
楼主这个可以卖成品吗?能卖的话联系一下我qq516750565

你QQ要验证啊
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加QQ349703954,同买
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加qq2771787892,同买。
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加微信或者qq276332292,同买。

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加QQ1406258813同买
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这么巧,大家讨论这啊,几年前我做了款中国版的 

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可联系我  QQ 962656871 

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 https://item.taobao.com/item.htm?spm=a2oq0.12575281.0.0.25911debxSrzam&ft=t&id=609891309368

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我仔细计算了总体误差,不算运放失调电压带来的误差影响,光是电阻的误差的影响与介绍说的都差很多,介绍说在uA档精度0.05%和nA档精度是0.1%,nA档我算出来是0.23%,真不知道作者是如何计算出这个精度的,下面是我的分析:uA档使用是的电阻都是0.05%精度的,在放大器的反馈的3个电阻上,假设每个电阻都是最大误差0.05%,那么实际的放大倍数最大值=1+(2.2K*1.0005 + 6.8K*1.0005)/(1K*0.9995)=10.009,此时第一级放大倍数10的误差为0.9%,2级100倍后的误差为0.18%,因此光放大倍数都产生了这么大误差,远大于介绍的0.05%。
另外再来分析运放失调电压带来的误差影响:当在nA档时,最小刻度是10uV,从运放规格书得知MAX4239 -40°C至+85°C时,最大失调电压为2.5µV,在1nA时,失调电压带来的误差达到了25%,只有当检测电压上升时,此误差会逐渐减小,如在nA档的最大值1000nA时,运放输入电压为10000uV,此时失调电压的误差只有0.025%,才会低于0.05%。

以上是我的分析的疑问,如果有哪里没有注意到,还请各位指教。

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电阻有0.01%的  详情 回复 发表于 2020-11-26 17:03
 
个人签名刻苦学习,共同进步
 
 

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迈尔风随 发表于 2020-11-19 11:34 我仔细计算了总体误差,不算运放失调电压带来的误差影响,光是电阻的误差的影响与介绍说的都差很多,介绍说 ...

电阻有0.01%的

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在这里,就算不考虑其他误差,假设使用0.01%的电阻,光由电阻计算得到的增益10倍,最大误差为(10 - (1 + (9 x 1.0001)/(1 x 0.9999))) / 10=0.00018=0.018%,2级运放串联后的由电阻计算得到的总增益误差最大为0.036%  详情 回复 发表于 2020-11-26 20:44
 
 
 

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