为什么难以进行准确的物联网电流测量?

永无止境地探索延长物联网电池使用寿命，这对于客户来说喜闻乐见，但对于设计工程师来说却是一个极其艰巨的挑战。随着睡眠模式下的电流越来越接近于零，在宽动态范围内进行测量变得越来越困难。

以下图所示的无线收发信机芯片为例。每条线代表一个收发信机，它们从给定器件的最低睡眠电流延伸到最高工作电流。动态范围是指两个电流电平的比值，该比值以 2 为底的对数表明需要多少位来表示动态范围。

图1 工作电流与睡眠电流（nA） 八种不同的收发信机集成电路

然而，仅仅表示动态范围并不足以进行精确的测量。例如，如果您的测量仪器使用 18 位来表示跨越 25 mA（图表中间）的 250,000:1 动态范围，那么测量分辨率约为 100 nA。当您在 mA 范围内测量相对较大的电流时，这种测量分辨率还行；但是如果您测量的是 100 nA 的睡眠电流，得到的精度是 ±100%，这就太粗糙了。

要获得 25% 的精度，您需要增加两个位，因为两个位具有四个可能的值，再相应地去除分辨率。同样，要获得 10%、5% 和 1% 的精度，您需要 4 个、5 个和 7 个额外的位，如下表所示。在某些情况下，它使用非整数的、以 2 为 底的对数来减少位数。

图2 动态范围和精度所需的位数

当然，想要找到在给定的测量范围内具有 20 位或更多位分辨率的精确电流测量仪器有一定难度。最好的解决方案是使用具有无缝量程的仪器，避免在量程变化期间出现毛刺；或者使用双量程电流探头搭配智能仪器，在电流发生变化时使用适当的量程来测量。