动态量程自适应技术用于电流测试

目前imc的高分辨模数转换技术已经实现了足够大的动态范围的电流的测量，这种技术实现了多块板卡之间的动态调整，并将所有板卡设计在一个固定尺寸的容器之中。通常来说，待测的传感器、物理信号和物理过程需要一个很宽的测量范围，因此必须考虑量程可调整的解决方案（如信号预放大处理），这样才能使得这种技术发挥最大的作用。

一般来说，传统的解决方案中电流测量的量程是在测试开始之前就确定的，而量程自适应技术则实现了测试过程中量程的动态调整。尤其是当测试工程师无法预期实际的量程或者测试必须包括整个动态范围并将其完整的记录下来时，量程自适应技术是一种行之有效的解决方案。

在电压测量中，如果测试工程师希望获得远超ADC的分辨率（如24bit）的动态范围，那么他只要增加预增益就可以实现。但是使用分流的方式进行电流测量时，要求则更为苛刻，需要在确保不会中断测试电流或者影响到测试范围内的测量连续性的前提下进行分流电阻的调整。

动态电流测量的其中一个典型应用场景是分析完整上电循环的连续测试，包括睡眠模式下的微漏电流、启动时的浪涌和冲击、工作时的高功耗和恢复到睡眠模式的过程。这种测试必须是非反应式的，也就是说在整个测量周期中，测量设备不应对待测物理量有任何的影响，并且在整个测试过程中提供足够的测量精度。这种上电循环测试在汽车领域应用十分广泛，如在测试场中检查汽车中多种电子零部件和控制设备的电流特性以及车载电器系统的复杂的相互作用。此外，在移动设备的开发和测试中也会面临类似的上电循环的任务，这些设备包含电池、无线技术甚至能量回收等电子电器。

imc电流测量模块的核心是选择合适的电流测量路径。首先用一个2  mΩ的低阻值分流电阻，使其一直处于激活状态，用于测量最大电流。然后串联一个2  Ω高阻值的分流电阻用于测量最小的电流，当待测工作电流低于1000mA的阈值时，通过一个快速开关，动态控制2Ω的分流电阻的开关。用一个采样率为30kS/s的24bit的ADC测量两个分流电阻的电压值，然后再用处理器对其进行筛选、放大和校准。通过CAN总线以1Hz到1kHz的采样率将测试数据输出。输出的变量中包括被选择数据的最大值、最小值和平均值，这些输出值源于30kHz采样率得到的内部数据。

在实际的测量中，分流电阻切换响应必须要足够快，如果电流突然增大，必须立即短接高阻抗分流电阻，不仅可以防止电路烧掉，同时也避免了负载电路中的负载电压峰值。由于负载电路中的（瞬态）压降，会影响甚至断开测试的负载组件。

因此，分流电阻短接通过一个快速比较器控制，重新切换成高阻抗分流电阻会有延迟（图6）。分流的快速启用（<1us）以及缓慢停用（<1ms）的迟滞水平（切换阈值）和时间滞后保证了安全和稳定的状态过渡。

因此，即使在电流以10A /us的速率快速增加（浪涌，冲击）的情况下，把通过负载的压降限制到大约400mV，仍然可以实现无干扰切换。在分流电路中，一个合适的电容有利于平缓过渡区域的电压瞬变，直到比较器做出响应（图3）。这个概念也适应于具有高动态特性的测试对象，比如，开关稳压器，LED驱动器等。

迟滞截止时间和并行测量路径（ADC）的建立时间一样被掩盖了，数据输出频率被限制到100Hz，但是，在“固定模式”下，自适应量程分流电阻切换可能失效，最大数据输出频率可到1kHz。