Hallo zusammen, ich moechte den Stromverbrauch von einem uC MSP430 (texas instruments), und dafuer schlate ich einen shunt in der Versorgugsleitung vom uC und messe den Strom durch den Shunt. Da ich einen sehr breiten Strombereich habe, brauche ich 2 Shunts: 10 Ohm und 1 Ohm, und schalte zwischen den 2 um, je nach Strom. So jetzt angenommen, es fliesst 1uA durch den 10 Ohm Widerstand, und ploetzlich fliesst 100mA, dann muss der 1 Ohm Widerstand umgeschaltet werden. Aber waehrend der Umschaltzeit, haben wir einen Spannungsabfall von 1V am Shunt. Der uC ist mit 3V versorgt. Wird er nicht resetten, waehrend der Umschaltzeit? Fuer wielange darf die Spg max um 1V runtersein? Am Eingang vom uC habe ich 2 caps: 10uF//100nF. Wuerden sie dafuer sorgen, dass die Spg am uC konstant bleibt, waehrend der Umschaltzeit? Ich benutze genau das Modell: MSP430AFE253. Vieeeelen Dank
Also, ich würde nur EINEN Shunt nehmen und den so auslegen, daß der maximale Spannungsabfall gerade mal 100mV beträgt. Diesen Spannungsabfall kannst du ja dann beliebig verstärken.
Ich würde sagen, da der µC bis runter zu 1,8V spezifiziert ist, sollte sich da nichts tun. Die 10µF sollten im Zweifelsfall ausreichen (sofern du nicht grad per Relais umschaltest). Ich weis jedoch nicht, wie ein eventueller Quarzoszillator einen solchen Spannungseinbruch verträgt, da würde ich noch mal das Datenblatt des MSP430 konsultieren. Das Datenblatt des MSP430x11x1 sagt zum POR (Power-on-Reset), dass der nur bei Unterschreiten einer Vmin von 0.2V stattfindet. Nach dem Datenblatt funktioniert der Ram auch noch bis 1,6V. Wenn der MSP430 die 100mA nicht direkt treibt könnte folgendes funktionieren: Direkt an die Versorgungspins des an sich sparsamen MSP430 einen Kondensator packen (oder eine Elko + Kerko-Kombination) und dann zwischen das und deinen Messchaltung und alles andere was da noch dranhängt eine Drossel, die sollte kurzzeitig verhindern, dass der Kondensator außer dem MSP430 auch noch die eigentliche Last versorgt.
Zuerst vieeeelen Dank fuer die ausfuehrliche Antwort, ich habe aber noch einige Fragen dazu: Sebastian G. schrieb: > Ich würde sagen, da der µC bis runter zu 1,8V spezifiziert ist, sollte > sich da nichts tun. Die 10µF sollten im Zweifelsfall ausreichen (sofern > du nicht grad per Relais umschaltest). Denkst du z.B. wenn die CPU 3V Vcc braucht um mit 20Mhz zu takten, und wenn plotzlich die Spg auf 2V dann reduziert sich die taktfreq AUTOMATISCH auf z.B. 8Mhz, ohne zu resetten? Und wenn Die Spg wieder 3V ist, dann stellt sich wieder die Taktfrequenz AUTOMATISCH auf die urspruengliche? > Ich weis jedoch nicht, wie ein eventueller Quarzoszillator einen solchen > Spannungseinbruch verträgt, da würde ich noch mal das Datenblatt des > MSP430 konsultieren. Kannst du mir bitte sagen, ungefaehr in welchem Abschnitt ich schauen muss? > Das Datenblatt des MSP430x11x1 sagt zum POR (Power-on-Reset), dass der > nur bei Unterschreiten einer Vmin von 0.2V stattfindet. Nach dem > Datenblatt funktioniert der Ram auch noch bis 1,6V. Auf was muss ich auchten damit der MSP430 noch laeuft. Ich wusste nicht, dass die minimalste Spg damit der uC resettet, und die in Spg fuer den RAM unterschiedlich sind. Wenn Die min Spg vom RAM unterschritten ist, laeuft das prog nicht mehr? Auf welche andere min Spg muss ich achten? > Wenn der MSP430 die 100mA nicht direkt treibt könnte folgendes > funktionieren: > Direkt an die Versorgungspins des an sich sparsamen MSP430 einen > Kondensator packen (oder eine Elko + Kerko-Kombination) und dann > zwischen das und deinen Messchaltung und alles andere was da noch > dranhängt eine Drossel, die sollte kurzzeitig verhindern, dass der > Kondensator außer dem MSP430 auch noch die eigentliche Last versorgt. Sorry, meinst du mit Drossel, eine Spule? Wie gesagt ich habe schon 10uF // 100nF am Eingang vom MSP430. Warum muss ich die Drossel hinzuschalten? Herzlichen Dank!
Thomas schrieb: > Denkst du z.B. wenn die CPU 3V Vcc braucht um mit 20Mhz zu takten, und > wenn plotzlich die Spg auf 2V dann reduziert sich die taktfreq > AUTOMATISCH auf z.B. 8Mhz, ohne zu resetten? > Und wenn Die Spg wieder 3V ist, dann stellt sich wieder die Taktfrequenz > AUTOMATISCH auf die urspruengliche? Automatisch geht da sicher nix. Schlimmstenfalls fällt der Oszillator einfach aus, und bestenfalls startet er danach wieder. In der MSP430x2xx Family User's Guide ist für dich Kap. 2 (System Resets, Interrupts, and Operating Modes) interessant. btw: Dein XT2 High Frequency Crystal-Oszillator ist auch bei 3V nur bis 16MHz spezifiziert. Damit dein µC noch läuft sollte für keine der Komponenten die Vmin unterschritten werden. Außderdem sollte nach Möglichkeit auch niemand aus Panik einen Reset auslösen, betroffen sind davon der SVS (Supply Voltage Supervisor) und der Brownout-Detektor. Letzterer hat die höhere Schaltschwelle und ist damit maßgeblich. Dein µC hat einen Brownout-Reset (den kann man aber denke ich deaktivieren), der bei 1.42V feuert (Siehe User's Guide, Datasheet). Unterschreitest du für RAM, CPU oder was auch immer Vmin hängt sich dein Programm im schlimmsten Fall in irgendeinem inkonsistenten Zustand auf (nicht erstrebenswert). Für deinen Chip heißt das: 1,8V nicht unterschreiten. Bzgl. des Oszillators würde ich das einfach ausprobieren (sollte eig. schlimmstenfalls kurz "stocken"), im Zweifelsfall halt langsamer takten. Irgendwo gibts da auch (sorry, ich find's grad nicht) ein Flag, das gesetzt wird, sofern der Oszillator zusammenbricht. Thomas schrieb: > Sorry, meinst du mit Drossel, eine Spule? Wie gesagt ich habe schon 10uF > // 100nF am Eingang vom MSP430. Warum muss ich die Drossel > hinzuschalten? Falls dein 100mA-Verbraucher nicht der MSP430 ist (und auch nicht über dessen Vcc-Pin getrieben wird) kannst du damit (Tiefpass) die Vcc des MSP430 von der Vcc deines 100mA-Fressers entkoppeln, sodass während eines Spannungseinbruches die Puffercaps des MSP430 nicht durch den 100mA-Verbraucher entladen werden. Dabei muss natürlich das Tau der Spule wesentlich unter dem der Puffer-Caps des MSP430 liegen. Ist nicht schön, eleganter wär's, den Umschaltvorgang so kurz wie möglich zu halten und halt gut zu puffern. Oder am besten einen Shunt eliminieren (100mA-Verbraucher von MSP430 getrennt messen). [Nachtrag] Poste vllt. mal einen Schaltplan oder zumindest ein paar Angaben darüber, was die Stromspitzen verursacht und wie du zwischen den Shunts umschalten willst.
Man könnte auch den Shunt vor den Spannungsregler positionieren. Ein andere Möglichkeit wäre ein OP als Transimpedanzverstärker - da kann dann der Messwiderstand größer sein, und man kann die 100 mA auch noch durch 50 Ohm schicken, ohne das es groß stört. Schließlich könnte man die Spannung am Shunt auch mit einer Shottkydiode auf etwa 0,4 V begrenzen, auch wenn es damit etwas nichtlinear wird. Immer noch besser ein kleiner Fehler beim gemessenen Strom, als ein Stop des µC bei der Messung.
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Sebastian G. schrieb: > Poste vllt. mal einen Schaltplan oder zumindest ein paar Angaben > darüber, was die Stromspitzen verursacht und wie du zwischen den Shunts > umschalten willst. Jetzt nur fuer die Simulation, simuliere ich den MSP430 mit einer Stromquelle IS1. Ich habe mir gedacht 2 Shunts zu benutzen: 1 Ohm (fuer grosse Stroeme) und 100 Ohm (fuer kleine Stroeme), und dazwischn zu schalten. Der Switcher, den ich benutzen werde, hat ein settling time von 5ns. Eigentlich will ich dass meine Schlatung fuer alle MSP430 Modelle geht, und da die Vmin unterschiedlich ist, von einem MSP430 zu einem anderen, muss ich alle durchgehen, und schauen was ist die minimalste Vmin. Sebastian G. schrieb: > eleganter wär's, den Umschaltvorgang so kurz wie möglich zu > halten und halt gut zu puffern Was meinst du mit "gut zu puffern"?
Schalte einfach ne Diode parallel zum Shunt, dann hast Du maximal 0,5..0,7V Abfall. Solange beim Messen der Abfall <0,3V ist, sollte die Diode sicher sperren. Peter
Bei 5ns sollte selbst ein kleiner Kerko (100n) vollkommen ausreichen (das ist extrem schnell). Eine Diode wird bei der Geschwindigkeit glaube ich auch keine große Verbesserung bringen.
Sebastian G. schrieb: > das ist extrem schnell Ich wollte diesen switcher benutyen, kannst du bitte checken, ob er wirklich 5ns zum Umschalten braucht: http://focus.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/sn74cbtlv3126.pdf Danke fuer die Idee der Diode, aber angenommen es fliesst 1uA, und parallel zur Diode schalte ich einen Shunt von 100 Ohm, die Spannung am Shunt wird nicht mehr gleich 100Ohm * 1uA, sondern wird durch die parallele Spg von der Diode auch beeinflusst, oder?
Ulrich schrieb: > Ein andere Möglichkeit wäre ein OP als Transimpedanzverstärker - da kann > dann der Messwiderstand größer sein, und man kann die 100 mA auch noch > durch 50 Ohm schicken, ohne das es groß stört. Wie kann ich den transimpedanz amplifier anschliessen? Der Verstaerkt einen Strom... ich weiss nicht wie ich es schalten kann ?!
Wenn 1 µA durch 100 Ohm fließen, sind das nur 100µV. Bei einer derart kleinen Spannung fließt kein nennenswerte Strom durch die Diode. Die Spannung bleibt also unverändert. Das mit der Diode parallel zum Shunt macht man z.B. auch bei vielen Digitalmultimetern als Schutz für die Shunts in den kleineren Bereichen. Bei einer Diode wie 1N4001 fließt erst ab etwa 400 mV ein halbwegs messbarer Strom im nA-µA Bereich. Der Transimpedanzverstärker ist in der einfachen Ausführung einfach ein Operationsverstärker mit dem + Eingang auf einer festen Spannung (hier z.B. 3 V) und einer Rückkopplung vom Ausgang zum - Eingang. Verstärkt wird der Strom am Eingang. Für die Stabilität, damit das ganze nicht schwingt, braucht man ggf. noch einen Serienwiederstand am Eingang und/Oder eine Kapazität parallel zur Rückkopplung. Das genennte IC enthält schnelle Schalter, aber die Schalter müssen auch gesteuert werden, damit sie umschalten. Da wird die Verzögerung herkommen. Außerdem haben die "Schalter" einen Widerstand von immerhin 5 Ohm - das muss man bei der Schaltung berücksichtigen. Ganz nebenbei ist oben die Verschaltung der beiden Shunts falsch. So einfach geht es wegen des On-Widerstandes auch gar nicht. Schließlich haben die Schalter auch einen Leckstrom - zumindest ist nicht garantiert das der Leckstrom kleiner als 10 µA ist - das könnte auch ein Problem werden wenn man Ströme im µA Bereich messen will, auch der Maximalwert wohl für erhöhte Temperaturen gilt.
Ulrich schrieb: > Der Transimpedanzverstärker ist in der einfachen Ausführung einfach ein > Operationsverstärker mit dem + Eingang auf einer festen Spannung (hier > z.B. 3 V) und einer Rückkopplung vom Ausgang zum - Eingang. Verstärkt > wird der Strom am Eingang. Für die Stabilität, damit das ganze nicht > schwingt, braucht man ggf. noch einen Serienwiederstand am Eingang > und/Oder eine Kapazität parallel zur Rückkopplung. Ich glaube nicht, dass der Impedanzverstaerker was fuer meinen Anwendungsfall waere... ich sehe nicht, wie ich den + Eingang zwischend dem Spgssupply fuer den uC und den uC selber schlate, damit der gleiche Strom, der zum MSP430 fliesst, auch in den Verstaerker fliesst... Ulrich schrieb: > Bei einer derart > kleinen Spannung fließt kein nennenswerte Strom durch die Diode. Die > Spannung bleibt also unverändert Vieeelen Dank fuer die Erklaerungen!!! Sorry ich habe das vorher total falsch verstanden. Ulrich schrieb: > Außerdem haben die "Schalter" einen Widerstand von immerhin 5 > Ohm Oh, danke fuer den Hinweis! Wie soll man denn das machen?? Gibt es andere Switcher, die seeehr niedrige Ron haben? in welchem Bereich? Ulrich schrieb: > Schließlich haben die Schalter auch einen Leckstrom - zumindest ist > nicht garantiert das der Leckstrom kleiner als 10 µA ist Meinst du wenn der Schalter zu ist, ausser dass er Ron hat, fliesst zusaezlich zum zu messenden Lastsrom ein Leckstrom?
Nope, wenn der Schalter auf ist fließt besagter Leckstrom. Ist bei deinem Chip +/-1µA.
Sebastian G. schrieb: > Nope, wenn der Schalter auf ist fließt besagter Leckstrom. Ist bei > deinem Chip +/-1µA. das ist aber akzeptabel um Stroeme von 1uA ... 100mA zu messen, oder?
Kommt drauf an... Wenn das nur zur Überwachung ist oder um eine Akkulaufzeit zu berechnen etc., dann: ja. Du musst halt entscheiden, ob bei 1µA 100% Messfehler in Ordnung sind.
Den Leckstrom gibt es verschiedenen Formen: im Ausgeschaltetem Zustand zwischen den Anschlüssen, und von der Pins zur Versorgung. Ganz so schlimm wird es vermutlich nicht, denn das sind worst cases Daten bei den meisten Exemplaren ist es deutlich besser. Viel unter 5 Ohm ist schon eher selten bei CMOS-schaltern. Da man die Richtung des Stroms kennt, könnte man auch einen einzelnen MOSFET nehmen - da sind unter 1 Ohm auch noch möglich. Es bleibt aber das Problem, dass man den Schalter auch steuern muss. Wenn man den Transimpedanzverstärker nutzen will, ersetzt der praktisch den Spannungsregler, nur halt in einer Schaltung wo der Strom zusätzlich fast komplett über einen Widerstand fließt. Da der Widerstand vor dem Regler ist, stört es nicht wenn da 1 oder gar 10 V am Widerstand abfallen. Man kann entsprechend auch mit Dioden gut für eine passende nicht lineare Kennline oder 2 getrennte Messbereiche sorgen. Die Kunst ist es nur schnell zu messen und zu regeln und mit der Kapazitiven Last ( µC + Kondensatoren) klar zu kommen.
Ulrich schrieb: > Das mit der Diode parallel zum Shunt > macht man z.B. auch bei vielen Digitalmultimetern als Schutz für die > Shunts in den kleineren Bereichen. Denkst du ich muss die Diode in paralles zum Shunt fuer kleine Stroeme schalten, und wenn der shunt fuer kleine kleine Strome nicht angeschalten ist, ist auch die Diode nicht angeschalten, so dass der Shunt fuer grosse Stroeme ohne Diode benutzt wird? Weil, wenn gerade 100mA fliesst, ist die Spannung am Shunt (1 Ohm) 0,1V und da fliesst ein Strom durch die Diode, und verfaelscht damit die Messung. Verstehe ich die Idee der Diode richtig, oder liege ich noch falsch? Danke!
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