此前，我們介紹了兩種低功耗分析技術(shù)：電流無(wú)縫量程切換技術(shù)和長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)記錄技術(shù)。前者專注于解決智能設(shè)備中高速及高動(dòng)態(tài)變化電流的精確測(cè)量問題，確保即使是快速變化的電流也能被精準(zhǔn)捕捉。后者則能夠支持對(duì)電流進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)乃至數(shù)周的持續(xù)記錄，這對(duì)于評(píng)估產(chǎn)品的實(shí)際功耗以及電池續(xù)航能力至關(guān)重要。

這兩種技術(shù)均在使用電源而非電池為產(chǎn)品供電的情況下實(shí)施，通過對(duì)被測(cè)件總電流特性的精確測(cè)量，來(lái)有效分析和優(yōu)化設(shè)備的能耗表現(xiàn)。這樣的測(cè)試方法不僅保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也為開發(fā)更為節(jié)能高效的電子設(shè)備提供了有力支持。

但在智能產(chǎn)品電流分析的過程中，很多情況下需要對(duì)子電路或功能模塊進(jìn)行電流的測(cè)試和分析。例如下圖這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)模塊：

在這個(gè)模塊中，除了供電電池和電源管理之外，還集成了傳感器、天線、微控制器（MCU）、狀態(tài)顯示等多個(gè)組件。如果在研發(fā)過程中需要測(cè)量TP1、TP2、TP3和TP4這幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流，以及分析它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)該采取怎樣的措施呢？

相信大多數(shù)工程師的第一反應(yīng)是使用示波器搭配電流探頭進(jìn)行測(cè)量。然而，正如我們之前討論的，盡管示波器具有很高的采樣速率，但在測(cè)量毫安（mA）以下的電流時(shí)，它基本上難以勝任。無(wú)論是設(shè)備的底噪水平還是動(dòng)態(tài)范圍，都無(wú)法滿足從納安（nA）到微安（uA）級(jí)別的動(dòng)態(tài)電流測(cè)量需求。因此，對(duì)于這類低電流的精確測(cè)量，我們需要尋找更為專業(yè)的測(cè)量工具和方法，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。先進(jìn)的低電流測(cè)量?jī)x器能夠提供更低的底噪和更高的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微小電流變化的精準(zhǔn)捕捉。

還有工程師會(huì)選擇使用帶有50KHz數(shù)字化儀的數(shù)字萬(wàn)用表，將其串聯(lián)到電路中以監(jiān)測(cè)從納安（nA）到毫安（mA）級(jí)別的寬動(dòng)態(tài)范圍小電流。如果需要同時(shí)測(cè)量四個(gè)通道，就需要連接四臺(tái)這樣的設(shè)備，并通過上位機(jī)進(jìn)行同步控制和數(shù)據(jù)采集。然而，一些工程師在實(shí)際嘗試之后不得不放棄這種方法，因?yàn)樗麄冊(cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到了被測(cè)設(shè)備出現(xiàn)工作異常、頻繁重啟甚至關(guān)機(jī)的問題。即便萬(wàn)用表能夠顯示讀數(shù)，這些數(shù)值也常常不穩(wěn)定，導(dǎo)致難以獲取準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。此外，多臺(tái)設(shè)備的同步操作復(fù)雜且繁瑣，進(jìn)一步增加了測(cè)量難度。因此，盡管該方法理論上可行，但在實(shí)際應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)，使得許多工程師尋求更加穩(wěn)定和高效的替代方案。

問題出在哪里了呢？我們來(lái)看下圖

這是使用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電流的一種常見方法，通過將電表串聯(lián)到電路中，并利用內(nèi)置的高精度分流器作為電流傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)電流。根據(jù)不同的電流測(cè)量檔位，分流器的電阻值會(huì)有所不同。以是德科技（Keysight）34465A高性能六位半數(shù)字萬(wàn)用表為例，該設(shè)備能夠提供精確的電流測(cè)量功能。在不同量程下，它使用相應(yīng)精度的分流器來(lái)確保測(cè)量的準(zhǔn)確性與可靠性。這種方法不僅能夠滿足從微安到毫安級(jí)別的寬動(dòng)態(tài)范圍電流測(cè)量需求，同時(shí)還能保證較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。通過這種方式，工程師可以有效地監(jiān)控電流變化，為電路設(shè)計(jì)和故障排查提供有力支持。

34465A 高性能六位半數(shù)字萬(wàn)用表

在使用萬(wàn)用表進(jìn)行電流測(cè)量時(shí)，為了達(dá)到最佳的測(cè)量精度，設(shè)備會(huì)依據(jù)輸入信號(hào)的幅度自動(dòng)調(diào)整量程。這種方法對(duì)于靜態(tài)電流的精密測(cè)量極為有用，因?yàn)樗梢源_保在任何給定時(shí)刻都選用最合適的量程以獲得最高精度的讀數(shù)。然而，在處理動(dòng)態(tài)電流時(shí)，這種方法卻可能引發(fā)問題。當(dāng)萬(wàn)用表在不同量程之間切換時(shí)，實(shí)際上是在不斷改變“取樣電阻”的阻值，這種變化可能會(huì)干擾電路的正常工作，導(dǎo)致工作異常、頻繁重啟，甚至使設(shè)備關(guān)機(jī)。因此，盡管自動(dòng)量程調(diào)整功能在靜態(tài)或穩(wěn)定電流測(cè)量中表現(xiàn)出色，但在動(dòng)態(tài)電流監(jiān)測(cè)場(chǎng)景下，它可能不是最佳選擇，需要考慮其他更適合動(dòng)態(tài)電流測(cè)量的解決方案。

能否將具有無(wú)縫量程切換技術(shù)的N6781A電源模塊串在回路中，用于每個(gè)功能模塊動(dòng)態(tài)電流的測(cè)量呢？答案是肯定的。

使用N6781A作為電流測(cè)量設(shè)備，不僅可以精確測(cè)量從納安（nA）到安培級(jí)的寬動(dòng)態(tài)范圍變化電流，而且還能有效克服傳統(tǒng)電流表由于使用“取樣電阻”而帶來(lái)的分壓?jiǎn)栴}，并突破了傳統(tǒng)設(shè)備20V電壓限制的瓶頸。當(dāng)N6781A在電流測(cè)量模式下工作時(shí)，通過將電壓設(shè)置為0，可以在輸入和輸出端子之間維持0V的電壓差。這種方法不僅保證了對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍電流測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也避免了因電壓降而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，從而提供更為可靠和精確的電流監(jiān)測(cè)結(jié)果。這種特性使得N6781A成為評(píng)估復(fù)雜電路及動(dòng)態(tài)電流變化的理想選擇。

在N6705C中，可以安裝4個(gè)N6781A SMU模塊，因此，它可以同步監(jiān)測(cè)4路電流；或者，用其中一路供電并測(cè)量總電流，其它的用于各路電流的測(cè)量，可以極大方便測(cè)試和驗(yàn)證工作。同時(shí)，由于N6781A 為差分輸出并浮地，所以和通用萬(wàn)用表一樣，不必?fù)?dān)心接地帶來(lái)的問題。