使用 电流波形分析仪 (CX3300) 进行精确动态电流测量的技巧

CX1101A 或 CX1102A
A
I 被测 器件
如果测量点的电压不是恒定，如测量器件的脉冲响应时，建议您将电流传感器放置在被测器件 的低侧（电路公共端），如图 3b 所示。这是因为如果您在被测器件的高侧测量，一旦电压发生 变化，电流传感器不仅会测量被测器件的电流，还会测量电缆和电流传感器杂散电容的充电电 流。相反，如果您在被测器件的低侧进行测量，电流传感器只会测量被测器件电流，如图 4 所示。
是德科技 使用 CX3300 系列电流波形分析仪 进行精确动态电流测量的 7 个技巧
应用指南
引言
TCX3300 系列电流波形分析仪可以显示高宽带低电平电流波形，这样的电流波形以前是难以测量或检测的。 由于噪声或带宽的影响，低电平动态电流的测量面临重重挑战，但 CX3300 可以应对这些挑战，即使面对高带 宽和伴有噪声的信号。
此例中使用了全 部电流传感 器。如果 最 大电流低于 2 0 m A，那么最 适合 使用的传感 器是 CX1103A，因为该传感器支持最高的带宽和最低的电流测量能力。
图 3a. 在被测器件的高侧进行测量 CX1101A 或 CX1102A 或 CX1103A
I 被测 器件
A 图 3b. 在被测器件的低侧进行测量
CX1101A 3 MHz3 100 MHz 100 MHz 100 MHz 100 MHz 25 kHz 25 kHz 不适用 不适用
最高带宽（-3 dB）
CX1102A
主量程
次量程
N/A
不适用
100 MHz
不适用
100 MHz
不适用
500 kHz
100 MHz
500 kHz
100 MHz
不适用
500 kHz
CX1102A 双通道电流传感器 40 nA 至 1 A 最高 100 MHz 带宽 最高 12 V 共模电压
传感器连接器输入（2 通道或 4 通道）
与示波器相似的外观方 便您迅速上手。
CX1103A 低侧电流传感器 150 pA 至 20 mA 最高 200 MHz 带宽 最高 1.0 V 共模电压（50 Ω 输入开启）
图 1. CX3300 产品概述
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引言（续）
电流传感器（CX1101A、CX1102A、CX1103A）概述
如图 1 所示，CX3300 配置了主机和三种传感器 CX1101A、CX1102A 和 CX1103A。这些 传感器可以通过带宽、电流覆盖和灵敏度来区分，以满足不同的测量需要。
CX1103A：CX1103A 支持该系列的最小可测量电流和该系列的最高带宽。该传感器必须 放置在被测器件的低侧（电路公共端）。
电流传感器技术
测量电流有多种方法，这些方法根据连接类型可分为两组：接触式或非接触式。通常，接 触式电流感测方法具有更高的灵敏度，而 CX3300 的三个电流传感器就采用了这种方 法。主要的常规接触式电流感测方法是测量分流电阻器之间的电压，并根据测得的电压 和分流电阻器计算电流，如图 2a 所示。通常情况下，在灵敏度和带宽之间存在折衷，使 用较大的分流电阻器可以实现较高的灵敏度，但较大的分流电阻器的带宽较窄。
技巧 2 – 与被测器件的有效连接
如何与您的被测器件进行连接？
CX1101A 和 CX1102A 支持三种类型的连接，分别是同轴（SMA）型、双绞线型和测试引线型。 要实现更高的带宽，同轴（SMA）型连接更好。它通常允许以高达 100 MHz 的带宽进行电流测 量。尽管测试导线是最简单的连接类型，但测量带宽限制在 10 MHz 或更低。连接类型可以由 被测器件指定，有时也会受到被测器件的限制，但是，重要的是要了解最高带宽受到连接类型 的影响。
CX1101A：该传感器是基础电流传感器，可以覆盖从 40 nA 到 1 A 的宽测量量程，能在高 达 ±40V 的共模电压下工作，最高带宽为 100 MHz（传感器的带宽）。与 CX1206A 专用 传感器端头配套使用时，CX1101A 可以测量高达 10 A 的电流。
CX1102A：与 CX1101A 一样，它也能覆盖从 40 nA 到 1 A 的宽测量量程，最高带宽为 100 MHz（传感器的带宽），但最大共模电压为 ± 12V。该传感器提供双量程（主量程和 次量程），以支持宽动态范围的测量。请注意，次量程固定为主量程的 1/1001，每个量程 占据相应的测量通道。
下表 2 所示为每个电流传感器电流量程的带宽。所有电流传感器具有多个电流量程。
电 流 测 量 限 制 在 量 程 的 上 限 和 本 底 噪 声 之 间。通 常，本 底 噪 声 可 粗 略 估 计 为 量 程 全 刻 度 的 1/1000，在单个量程内可实现约 3 位数的灵敏度，尽管实际本底噪声可能受到环境噪声和测量 条件的影响。
1A
不适用
不适用
10 A
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技巧 1 – 如何选择正确的电流传感器
第 1 步：检查测量电流范围和所需的带宽
要表征动态电流，最重要的是理解电流量程和测量所需的带宽。
CX3300A 提供三种类型的电流传感器，所有电流传感器都具有多个电流量程，并且可以在前面 板上轻松更改量程1。
CX1151A 无源探头接口适 配器（用于电压监视器） 最大 80 V（带 1/1联网、M2M、可穿戴芯片组或器件开发的功耗的精密分析移动产品工作电流分布的测试 – 先进的半导体或非易失性存储器件（如 ReRAM 和 PRAM）研究 – 高效地开发和调试 MCU 或 ECU
测试引线
≤ 10
CX1206A
带扩展器的大电流适配器，
香蕉插口
≤3
10 A 专用于 CX1101A
同轴端子 双绞线适配器
焊线
测试引线适配器
图 5. 传感器端头的连接
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技巧 3 – 用于精确测量的接地引线连接
请注意，CX1103A 具有带 SMA 连接器的固定传感器端头，可提供卓越的带宽和低电流测量能力。
表 1. 传感器端头选择
传感器端头 CX1201A 同轴通路
CX1202A 带 V 监视器的 同轴通路 CX1203A 同轴端接
CX1204A 双绞线适配器
CX1205A 测试引线适配器
CX1206A 带扩展器的 大电流适配器，10 A
为什么需要接地引线
接地引线用于将电流传感器的机箱接地连接到被测件的电路公共端。从安全和低电流测量精 度的角度来看，需要进行接地线连接。此外，如果没有这个连接，不能保证共模电压在传感器输 入放大器指定的共模范围内。如果（+）或（-）端子的电压超过电流传感器的最大共模电压，那 么电流传感器不工作，如图 6 所示。
表 3. 传感器端头、连接类型和最高带宽
适用的电流传感器：CX1101A，CX1102A
传感器端头
CX1201A 同轴通路
连接类型
最高独立带宽 [MHz]
CX1202A 带 V 监视器的同轴通路
CX1203A 同轴端接
同轴（SMA）
≤ 100
CX1204A 双绞线适配器
双绞线
≤ 10
CX1205A 测试引线适配器
CX1102A 提供双量程，即主量程和次量程。次量程固定为主量程的 1/1002，在单次测量中，两 个量程均可实现约 5 位数的灵敏度。
表 2. 每个电流传感器的带宽和量程
Current Range 10 A 1A 200 mA 20 mA 2 mA 200 μA 20 μA 2 μA 200 nA
1. 使用 20 mA 次量程工作的 1A 主量程除外
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引言（续）
传感器端头概述
CX1101A 和 CX1102A 可以与各种不同的传感器端头搭配使用，以提供表 1 所示的各种连接。与 SMA 连接器的同轴型连接可以提供 低噪声和高带宽性能。为了进行快速测量，应当使用配有一对测试导线连接器（CX1205A）或双绞线电缆（CX1204A）的传感器端头。 CX1206A 是 CX1101A 的专用传感器端头，具有一个扩展器盒，通过一对香蕉电缆可实现高达 10 A 的电流测量。
连接接地引线有时对电池供电的器件至关重要，因为被测器件可能没有接地。
9.5 μA
450 nA 带接地引线 图 6. 带或不带接地引线的直流-直流转换器的开关电流波形
4.0 μA
不带接地引线 未观察到开关波形。
在哪里进行接地引线连接？
下图 7 显示了连接接地引线的位置。请注意，在测量被测器件低侧的电流时，将接地引线连接 到电池的负极，而不是连接到被测器件的 GND 端子。
不过，为了充分利用仪器 的能力，我们需 要关注 几个重 要的方面，以为您的应用选 择 合 适的电流传感 器。本应 用指南介绍了 7 个技巧，您可以在 CX3300 上运用这些技巧获得更精确的电流测量。
– 技巧 1 – 如何选择正确的电流传感器 – 技巧 2 – 与被测器件的有效连接 – 技巧 3 – 用于精确测量的接地引线连接 – 技巧 4 – 了解有效的测量带宽 – 技巧 5 – 电流传感器插入的影响 – 技巧 6 – 应用用户校准 – 技巧 7 – 小电流测量的技巧
将电流传感器连接到被测器件时，先连接接地引线，然后连接电流传感器的（+）或（-）端子。断 开电流传感器与被测器件的连接时，则按照相反的顺序进行。
在被测件高侧进行测量时的 接地引线连接
机箱接地端子 接地引线