Il nuovo monitor per il controllo digitale dell'alimentazione INA228 abbassa la misurazione di My BattLab-One ai nanoampère

Nel momento in cui scrivo questo blog, l'intervallo di rilevamento della corrente del dispositivo di profilazione della potenza che uso, BattLab-One, va dai 10 µA ai 500 mA. Sebbene rappresenti una buona copertura per molti microprocessori, i più recenti microprocessori a bassissima potenza operano nell'intervallo dei nanoampère (nA) quando vanno in modalità di sospensione. Misurare la corrente in questo intervallo con una soluzione di monitoraggio di controllo digitale dell'alimentazione risulta arduo.

BattLab-One si basa su INA233 di Texas Instruments (TI). Questo dispositivo per il rilevamento della corrente dedicato misura la corrente, la tensione del bus (molto più alta rispetto ai rail di alimentazione), la potenza e invia i dati di campionamento su I²C (o SPI).

Ho scelto INA233 per diversi motivi, tra cui la tensione di offset massima di 10 µV, il convertitore analogico/digitale (ADC) a 16 bit, le frequenze di campionamento e la media di campionamento programmabili e la capacità di comunicazione I²C. Purtroppo la corrente di polarizzazione da 8 µA limita la capacità di rilevamento della corrente nell'intervallo inferiore a 10 µA. Pur essendo in grado di garantire una buona calibrazione per l'errore di corrente di polarizzazione, 8 µA limitano la mia capacità di registrare le modalità di sospensione sui microprocessori a bassissima potenza più recenti che operano nell'intervallo dei nanoampère.

Per mia fortuna, TI offre una novità nella linea per il controllo digitale dell'alimentazione: INA228 (Figura 1). INA228 è compatibile a livello di pin con INA233 e assicura una corrente di polarizzazione in ingresso massima di 2,5 nA. Molto meglio. Sì, avete capito bene: solo 2,5 nA di corrente di polarizzazione in ingresso! Si traduce in un errore massimo potenziale del 2,5% per la misurazione di una corrente di sospensione di 100 nA.

Figura 1: INA228 di Texas Instruments ha una corrente di polarizzazione in ingresso massima di 2,5 nA, in confronto agli 8 µA di INA233 e un ADC a 20 bit anziché 16 bit. (Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

INA228 è stato inoltre aggiornato con un ADC a 20 bit e garantisce la stessa comunicazione I²C (e una versione SPI) di INA233. Inoltre, abbassa la tensione di offset a un massimo di 1 µV.

Un altro vantaggio delle soluzioni di monitoraggio della potenza di Texas Instruments è la separazione della tensione dei rail di alimentazione e degli ingressi della tensione di modo comune per l'ADC. Non solo: per INA228, l'ingresso all'ADC può variare da ±40,96 mV con un intervallo programmabile fino a ±163,84 mV. Di conseguenza, si possono utilizzare resistori di rilevamento più piccoli che, a loro volta, abbassano la caduta di tensione associata al rilevamento della corrente.

INA228 mi ha permesso di estendere fino a 100 nA l'intervallo di rilevamento della corrente che utilizzo, mantenendo un errore totale massimo dovuto alla corrente di polarizzazione in ingresso più tensione di offset inferiore al 10%. La tabella 1 mostra i parametri di progettazione consentiti da INA228 per il nuovo prodotto BattLab-One+.

Tabella 1: Parametri di progettazione del nuovo prodotto BattLab-One+ che mostrano, tra l'altro, l'elevato intervallo di corrente e il basso errore dovuto alla polarizzazione. (Immagine per gentile concessione di Doug Peters)

Non è tutto oro ciò che luccica

Quindi è tutto fantastico, no? Mi basta scambiare INA233 con INA228 per risolvere tutti i miei problemi! Non è così semplice. Vi ricordate che dicevo che INA233 è un ADC a 16 bit e INA228 è a 20 bit? Avete capito. Tutto il firmware si basa sui 2 byte di dati per campione di INA233. INA228 usa 3 byte. Non è una tragedia, ma significa che gli utenti esistenti dovranno avere sia il nuovo INA228, sia un aggiornamento firmware per poter contare sull'intervallo di rilevamento della corrente con larghezza di banda maggiore. Oppure possono semplicemente acquistare il nuovo BattLab-One+ quando sarà presentato sul mercato tra alcuni mesi.

È proprio vero: non è tutto oro ciò che luccica.

Conclusione

Non ci sono dubbi: la progettazione con i prodotti digitali per il rilevamento della corrente di Texas Instruments ha semplificato la vita a tutti. Come discusso in questo blog, ha permesso un miglioramento naturale di BattLab-One parallelamente all'evoluzione delle soluzioni di monitoraggio della potenza di TI. In questo caso da INA233 a INA228.