曾129元，如今价值1W5的低功耗分析仪上的uA级电流检测电路

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三年多前，我还在老东家的时候，曾经搞过一阵子低功耗蓝牙，所以原来为了调试方便，就购买了一款低功耗分析仪- iot-power V1上的电路用来调产品功耗，下图是我曾经的购买记录，价格129块钱（现在已经下架了），某种意义上来说是绝版了：

现在改名为AIR9000P价格1W5，据说是内部硬件电路进行了重构。小编并没有1W5购买新款的AIR9000P，所以对其是否内部硬件重构不得而知。这期也并不是AIR9000P的电路分析，本期分析的电路是我曾经购买的129元的iot-Power V1上的电路分析。

首先说一下这个低功耗分析仪的缺点，那就是输出电压实在是太低了，最大支持5V，而且还不能到5V（由于内部电路结构达不到5V输出），对于一些低压电池供电的产品低功耗来说还可以，但是对于电压高输入的产品，低功耗就完全不能分析了。其他电流分析情况使用还可以，体验一般，毕竟129还要啥自行车。下图是曾经129的iot-power的技术参数：

由于本期分析的只是其电流检测电路，所以说我们只关注其电流测量特性，电流测量分为4个方位，分别是200uA，2mA，200mA和2A档位，具体分辨率和实际精度如下所示。

电路通过Q23实现采样电阻的切换，以及通过Q25实现电流采样放大倍数的切换，电路图如下所示：

可以看到实现电流采样电阻的Q23的连接方式和之前写过的两期设计是一样的，是与常规的设计相反，猜测是通过PMOS内部的寄生二极管保护采样电阻不过流损毁。

下图是之前分析过的德州仪器的电流采样技术文档中的电路：

下图是M5 VA Meter中的电流采样电路，可以看到这三个电路的MOS管控制是一样的，均是与常规设计不同。

电路分析：

电流档位：200uA档位

此时I_RSENSE_SWC输出高电平，PMOS管Q23截止，电流采样电阻为100.1Ω；I_PGA输出低电平，NMOS管Q25截止，电流增益为122.1倍（12.21kΩ/100Ω）；模拟开关连接到A1，I_ADC采集到的电流为12.22mV/uA，而单片机的ADC为12bit的ADC，ADC的电压分辨率为2500/2^12≈0.6mV，所以可以在这个200uA的量程下可以轻松实现0.5uA的分辨率。

电流档位：2mA档位

此时I_RSENSE_SWC输出高电平，PMOS管Q23截止，电流采样电阻为100.1Ω；I_PGA输出高电平，NMOS管Q25导通，电流增益为12.2倍（1.22kΩ/100Ω）；模拟开关连接到A1，I_ADC采集到的电流为12.22mV/10uA。

电流档位：200mA档位

此时I_RSENSE_SWC输出低电平，PMOS管Q23导通，电流采样电阻为0.1Ω；I_PGA输出低电平，NMOS管Q25截止，电流增益为122.1倍（12.21kΩ/100Ω）；模拟开关连接到A2，I_ADC采集到的电流为12.22mV/mA。

电流档位：2A档位

此时I_RSENSE_SWC输出低电平，PMOS管Q23导通，电流采样电阻为0.1Ω；I_PGA输出高电平，NMOS管Q25导通，电流增益为12.2倍（1.22kΩ/100Ω）；模拟开关连接到A2，I_ADC采集到的电流为12.22mV/10mA。

至于运放和MOS管Q24，是一个高侧恒流源，这个电路比较类似之前分析过的一个恒流源电路的右半部分，感兴趣也可以点下图跳转，本文不再赘述：

选型分析：

然后是电路的元器件选型分析，首先是短路RSENSE电阻的PMOS，选型为SSC8123GN2，选型主要注意点有以下几个：Ids漏电流（关断的时候的漏电流），最大通过的电流Id，以及Cgs（关系到导通速度），Rdson（功耗）。

然后是模拟开关选择的是上海贝岭的BL1551B，价格大概是2毛钱左右，性价比是非常的高，选型的话应该主要考虑的是其开关切换速度（关系到量程的切换速度）：

然后是运算放大器选择是润石的RS8554XP，是一颗低压的轨到轨输入输出的精密运放，价格大概是4块钱/pcs。输入失调电压电流巨小。其他的参数也很优秀（就是供电电压范围很小，最大5.5V）。

然后是电流源部分的MOS管Q24选型是BSS84LT1G，这个选型没有太多要求，因为也不走多少电流，这个MOS管处于恒流区状态，价格大概2毛钱左右。

然后是电流增益切换的MOS管Q25，选择是常规的AO3400，这个主要要求就是Rdson小，没有其他的要求。大概1毛钱左右。

总结：

这种分立元件搭建的电流采样的缺点就是元器件多，外围器件的离散性都会关系到整体产品的最终精度，并且共模电压得好好的去评估，需要选择合适的运算放大器。但是这个的优点也很明显，就是很灵活，就像这个电路中，可以通过切换Rsense电阻以及切换增益电阻来灵活的设置不同的量程。

常规的设计可以使用INA199或者INA226类似的集成芯片可以解决，集成的芯片虽然可操作性不大，但是其也更为便捷，且共模电压输入范围高。类似之前帮助群友解决的锂电池电流采样的问题，最终就没有建议他使用分立器件，而是建议他使用INA199：

那么您有没有什么这种低功耗电流检测仪器的电路图或者PCB实拍？欢迎评论区留言讨论！

最后是一些拆解图（来自B站up  InkNoid）

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蓝雨

是不是和前段时间70多万的路由器一样的套路？