Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Microchip PIC24F16KA102 Versorgungsspannung und Stromverbrauch


von Michaela (Gast)


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Hallo,

Ich arbeite mit einem PIC XLP 16 Bit Development Board mit einem 
PIC24F16KA102.

Heute habe ich die Versorgungsspannung (Range von 1.8V - 3.6V) und den 
Stromverbrauch mit einer Messung gegenüber gestellt und folgendes 
beobachtet:

Meine Applikation braucht bei 3.6V Versorgungsspannung im Deep Sleep 
Modus 950 nA, wenn ich die Versorgungsspannung verringere sinkt auch der 
Strom im Deep Sleep Modus bis zu einer Versorgungsspannung von 2.8 V 
(I=680nA).

Wenn die Versorgungsspannung weiter verringert wird (<2.8 V) sinkt zwar 
der Strom im Deep Sleep Modus weiter, jedoch steigt der Strom nach dem 
Wakeup extrem an.

folgendes hab ich gemessen:

VDD / I (Deep Sleep) / I (nach Wake up)

3.6 V  950 nA  40 µA
3.5 V  910 nA  34 µA
...
2.8 V  680 nA  13.5 µA
2.7 V  660 nA  100 µA
2.6 V  630 nA  110 µA
...
2.0 V  500 nA  200 µA

D.h. der Strom nach einem Wake up steigt mit sinkender 
Versorgungsspannung auf einmal.

Kann mir jemand erklären warum das so ist?

Lg, Michaela

von reflection (Gast)


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Hm, also das ist normal. Du musst Leistungsmässig denken... Weniger 
Spannung mehr Strom, weniger Strom, höhere Spannung, Leistung bleibt 
gleich ;o)

Gruss

von Michaela (Gast)


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reflection schrieb:
> Weniger
> Spannung mehr Strom, weniger Strom, höhere Spannung, Leistung bleibt



Danke für die Antwort aber das ist so nicht richtig ...

Der Strom sinkt ja mit der Spannung! (siehe Messwerte im ersten Post)

Und auf einmal bei 2.7V Versorgungsspannung steigt der Strom nach dem 
Wake up extrem an.. !?

von reflection (Gast)


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Darf ich fragen mit was für einem Messgerät Du die nA misst?

von Walter (Gast)


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Fällt der Strom denn wieder, wenn Du die Spannung nach dem Wakeup bei 2 
V wieder nach oben drehst?

Gruß,

Walter

von Max H. (hartl192)


Angehängte Dateien:

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reflection schrieb:
> Hm, also das ist normal. Du musst Leistungsmässig denken... Weniger
> Spannung mehr Strom, weniger Strom, höhere Spannung, Leistung bleibt
> gleich ;o)
So sollte sich der PIC nicht verhalten (Siehe Anhang). Die 
Leistungsaufnahme steigt mit der Spannung. Sonst hätte es ja auch keinen 
Sinn die Spannung zu senken um Energie zu sparen.

von Michaela (Gast)


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Die Messungen hab ich mit einem Agilent 34461A Digital Multimeter 
durchgeführt, ein sehr hochwertiges Messgerät, also denke ich, dass die 
Werte passen!

Walter schrieb:
> Fällt der Strom denn wieder, wenn Du die Spannung nach dem Wakeup bei 2
> V wieder nach oben drehst?


Ja der Strom fällt wieder wenn ich die Spannung nach oben drehe...

Ich hab mir gedacht, es könnte vl irgendein voltage regulator sein, der 
unter 2,8V einschalten muss und dann mehr strom braucht? Ist aber nur 
eine wage Vermutung...

von Walter (Gast)


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Was läuft denn an integrierter Peripherie - Komparatoren, welcher 
Oszillator, integrierte Bandgap Referenz usw?

Gruß,

Walter

von Florian V. (Gast)


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Beachte, dass die PIC24 einen Linearregler für die Kernspannung von ca 
2,5V integriert haben. Vermutlich steigt dessen Eigenverbrauch stark an, 
wenn die Versorgungsspannung zu nah an die Drop-Out Spannung kommt.
Im Datenblatt stehen daher verschiedene Beschaltungsoptionen für 
verschiedene Spannungsbereiche.

von Reiner Geiger (Gast)


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Florian V. schrieb:
> Beachte, dass die PIC24 einen Linearregler für die Kernspannung von ca
> 2,5V integriert haben.

Nicht der PIC24F16KA102!
Das gilt nur für 3.3 (+-10%) V Typen
welche dann einen externen Kondensator benötigen!

von Max H. (hartl192)


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Florian V. schrieb:
> Beachte, dass die PIC24 einen Linearregler für die Kernspannung von ca
> 2,5V integriert haben.

Nich jeder PIC24 hat einen, Zitat Datenblatt:
>Some of the PIC24F K devices have an internal voltage
>regulator. These devices have the voltage regulator
>output brought out on the VCAP pin.
Der 24F16KA102 hat keinen Vcap Pin.

: Bearbeitet durch User
von Michaela (Gast)


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Walter schrieb:
> Was läuft denn an integrierter Peripherie - Komparatoren, welcher
> Oszillator, integrierte Bandgap Referenz usw?
>
> Gruß,
>
> Walter


Der PIC läuft mit 8MHz internen Quarz, Wakeup über Deep Sleep Watchdog 
Timer alle 16 sekunden.
Peripherals werden alle mit dem PMD bits ausgeschalten befor ich den 
Deep Sleep enable.
Nach dem Wakeup wird der ADC und SPI eingeschalten, der Task ausgeführt 
und dann wieder alles abgeschalten und Deep Sleep again....
Laut Datenblatt auf Seite 220 wäre der Operating Current bei 8MHz 2.25 
mA, das wäre aber laut meinen Messungen zu viel... ?!


Florian V. schrieb:
> Beachte, dass die PIC24 einen Linearregler für die Kernspannung von ca
> 2,5V integriert haben.

Das stimmt aber ist ja auch nur eine Vermutung, dass der mehr Strom 
braucht...

von Reiner Geiger (Gast)


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Michaela schrieb:
> folgendes hab ich gemessen:
>
> VDD / I (Deep Sleep) / I (nach Wake up)
>
> 3.6 V  950 nA  40 µA
> 3.5 V  910 nA  34 µA

In welche Betriebsart geht der PIC nach dem Wakeup, und mit welcher
Oszillatoreinstellung? Wie ist die BOR Einstellung und die LPBOR 
Einstellung?

Es ist möglich, dass der Spannungswert ein korrektes POR verhindert, 
weil diese nicht über dem POR Trippoint liegt. Üblicherweise ist die 
Stromaufnahme bis zum RESET dann etwas höher (der interne RC läuft nicht 
korrekt an). Sobald der POR Trippoint überschritten ist, geht die 
Stromaufnahme wieder zurück.

40 µA sind im "Normalbetrieb" bei 3.6 V nicht möglich.
Das geht nur im IDLE-Betrieb UND internem LPRC 32kHz Oszillator.

Um die Fragestellung zu klären braucht man schon die Info zur 
Einstellung des PIC. Ist der übrigens schon programmiert, läuft also ein 
Programm im FLASH nach dem Wakeup?

von Max H. (hartl192)


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Michaela schrieb:
> Florian V. schrieb:
>> Beachte, dass die PIC24 einen Linearregler für die Kernspannung von ca
>> 2,5V integriert haben.
>
> Das stimmt aber ist ja auch nur eine Vermutung, dass der mehr Strom
> braucht...
Beachte, dass der PIC24F16KA102 keinen integriert hat.

: Bearbeitet durch User
von Michaela (Gast)


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> Beachte, dass der PIC24F16KA102 keinen integriert hat.

stimmt, danke ... aber jetzt hab ich noch weniger erklärung für die 
messwerte... :(

von Max H. (hartl192)


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Wie sieht die Schaltung aus? Hast du vllt. andere Bauteile auf der 
Platine, die mit <2.7V Probleme haben können?

von Reiner G. (reinerg)


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Michaela schrieb:
> Nach dem Wakeup wird der ADC und SPI eingeschalten, der Task ausgeführt
> und dann wieder alles abgeschalten und Deep Sleep again....

Solche Messungen sollten mit statischen Bedingungen gemacht werden, da 
Multimeter üblicherweise sonst Mittelwerte mit ungenügender 
Messwerteanzahl Anzeigen. Das Signal sollte für eine Mindestzeit 
(Geräteabhängig) stabil sein. Ist das also eventuell nur ein Messfehler?

Alternativ mal mit einem (Speicher)Oszilloskop an einem 100R Widerstand 
in der Masseleitung schauen wie die Messignale aussehen.

Die Datenblätter von Microchip sind übrigens recht realistisch. Ich habe 
für ein Projekt mit verschiedenen XLP 24er PIC's vergleichsmessungen 
gemacht.
Auffällig war bei einem langsamen Übergang über den POR Trippoint eine 
Zunahme des Stromverbrauchs (Hysterese bedingt).

von Frank M. (frank_m35)


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Das zum Thema Messgerät:
http://www.eevblog.com/projects/ucurrent/
Stichwort: Burden Voltage
D.h. deine Messungen sind zwar schon recht gut, haben dennoch einen 
merklichen Fehler, sofern es dir auf den genauen Stromverbrauch ankommen 
würde, was aber ja nicht der Fall ist.

Hast du schon mal probiert nichts an den Einstellungen des PIC nach dem 
Aufwecken zu ändern und ihn einfach nur aufzuwecken und wieder schlafen 
zu legen?
Laut Beschreibung sollten 20nA im Deep Sleep verbraucht werden, weit 
entfernt von deinen Messungen, d.h. irgendwas stimmt absolut nicht. 
Verwendest du das mitgelieferte Beispiel oder hast du was eigenes 
programmiert?
Wo misst du den Strom, vom PIC oder vom Board?

von Michaela (Gast)


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Max H. schrieb:
> Wie sieht die Schaltung aus? Hast du vllt. andere Bauteile auf der
> Platine, die mit <2.7V Probleme haben können?

ich verwende den auf der platine vorhandenen temperatursensor 
(Vmin=2.3V) und einen MRF24J40MA RF Transceiver (Vmin=2.4V) also müsste 
bei 2.7V noch alles passen...

Reiner Geiger schrieb:
> Solche Messungen sollten mit statischen Bedingungen gemacht werden, da
> Multimeter üblicherweise sonst Mittelwerte mit ungenügender
> Messwerteanzahl Anzeigen. Das Signal sollte für eine Mindestzeit
> (Geräteabhängig) stabil sein. Ist das also eventuell nur ein Messfehler?

ich denke nicht, dass es nur ein Messfehler ist, hab das ganze ja eine 
zeit lang laufen gelassen!

Frank M. schrieb:
> Hast du schon mal probiert nichts an den Einstellungen des PIC nach dem
> Aufwecken zu ändern und ihn einfach nur aufzuwecken und wieder schlafen
> zu legen?

Nein hab ich noch nicht, aber das wär eine gute Idee und das werd ich 
probieren, wenn ich das nächste mal in der Uni bin

> Laut Beschreibung sollten 20nA im Deep Sleep verbraucht werden, weit
> entfernt von deinen Messungen, d.h. irgendwas stimmt absolut nicht.
> Verwendest du das mitgelieferte Beispiel oder hast du was eigenes
> programmiert?

Das stimmt - aber die 20nA sind bei 1.8V VDD und ohne jeglich Peripherie 
- ich hab ja noch den Watchdog timer laufen und lt seite 224 im 
Datenblatt sind es dann 550 nA bei 1.8V bzw. 870 nA bei 3.3 V, was ganz 
gut mit meinen messwerten übereinstimmt..


> Wo misst du den Strom, vom PIC oder vom Board?

Ich mess den Strom nur vom PIC.

Hm, also gibt es da wohl keine einfache Erklärung und ich muss mich noch 
weiter im Labor damit beschäftigen .. :)

von Reiner G. (reinerg)


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Michaela schrieb:
> Hm, also gibt es da wohl keine einfache Erklärung und ich muss mich noch
> weiter im Labor damit beschäftigen .. :)

Je einen Widerstand in der Vcc und Vss Leitung unterbringen und die 
Differenz
betrachten. Da hast Du dann die Ströme, welche durch die Beschaltung 
entstehen, und kannst diese entsrechend berücksichtigen. Ein 
Speicheroszi im Labor kann Dir da bestimmt weiterhelfen .....

von Michaela (Gast)


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Danke für eure Tipps. Falls ich die Ursache für den Stromanstieg finde, 
geb ich euch Bescheid!

von Humpfdidumpf (Gast)


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Hallo,

wichtig ist auch auch beachten, dass nicht verwendete Pins auf Ausgang 
(TRISx löschen)konfiguriert und logisch LOW getrieben werden müssen. 
Pullups müssen aus sein.

Sind die Pins als Eingang konfiguriert, kann das eine erhöhte 
Stromaufnahme zur Folge haben - die sich auch bei verschiedenen 
Spannungen unteschiedlich auswirken kann. Grund ist, dass die 
Eingangsstufe undefiniert herumdengeln kann - das brauch etwas Strom. 
Das steht auch im Datenblatt, ich glaube in dem Deep-Sleep Teil. 
Irgendwas mit "unused Pins must be driven low" oder so.

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