Muốn biết bo mạch đang tiêu thụ bao nhiêu điện ở trạng thái này, cần đưa mạch vào đúng chế độ chờ rồi đo dòng trên đường cấp nguồn. Tuy nhiên, mức dòng rất nhỏ khiến cách đo bằng đồng hồ vạn năng thông thường đôi khi chưa đủ để phản ánh đúng hành vi của mạch.
Dòng tiêu thụ ở chế độ chờ cần đo ở đâu?
Trước tiên cần xác định trạng thái mà bo mạch sẽ duy trì trong quá trình sử dụng thực tế.
Một thiết bị IoT có thể chuyển từ trạng thái hoạt động sang Sleep Mode, sau đó đánh thức định kỳ để đọc cảm biến, xử lý dữ liệu hoặc truyền tín hiệu. Trong khoảng thời gian ngủ, MCU, module RF và các linh kiện ngoại vi sẽ giảm mức tiêu thụ điện xuống rất thấp.
Chẳng hạn, một bo mạch sử dụng pin có dòng hoạt động khoảng vài chục mA nhưng khi sleep chỉ còn vài µA. Đây chính là khoảng thời gian cần theo dõi nếu mục tiêu kiểm tra thời lượng pin.
Quy trình đo thường bắt đầu từ việc:
+ Cấp nguồn cho bo mạch ở điều kiện vận hành dự kiến.
+ Đưa thiết bị vào đúng chế độ Sleep hoặc Standby.
+ Đặt thiết bị đo nối tiếp trên đường cấp nguồn.
+ Chờ dòng điện ổn định sau khi mạch chuyển trạng thái.
+ Ghi nhận dòng tiêu thụ và theo dõi thêm các chu kỳ đánh thức của bo mạch.
Điểm cần quan tâm không nằm ở một con số tức thời duy nhất. Một số bo mạch có dòng sleep tương đối thấp nhưng thỉnh thoảng xuất hiện các xung dòng cao khi MCU thức dậy hoặc module không dây hoạt động.
Vì sao đồng hồ vạn năng đôi khi đo dòng sleep không như kỳ vọng?
Đây cũng chính là nguyên nhân khiến phép đo dòng chờ dễ gây nhầm lẫn.
Khi chuyển đồng hồ sang chế độ đo dòng, dòng điện đi qua mạch đo bên trong thiết bị. Điện trở nội tại của đường đo tạo ra một mức burden voltage, từ đó làm thay đổi điện áp thực tế mà bo mạch nhận được.
Ở dòng vài mA, ảnh hưởng này có thể chưa đáng kể. Khi cần đo µA hoặc thấp hơn, sai khác vài mV cũng có thể khiến mạch thay đổi trạng thái hoặc hoạt động khác so với điều kiện bình thường.
Một tình huống khá dễ gặp: bo mạch vốn phải ngủ ở mức vài µA nhưng sau khi mắc đồng hồ đo vào, firmware không chuyển sang sleep hoàn toàn. Kết quả hiển thị trên đồng hồ cao hơn dự kiến, người kiểm tra dễ kết luận rằng mạch tiêu thụ điện quá lớn.
Chưa kể dòng sleep có thể nằm gần giới hạn dưới của dải đo. Độ phân giải, nhiễu nền và tốc độ lấy mẫu của thiết bị lúc này bắt đầu ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả.
Đo dòng chờ vài µA cần quan tâm điều gì?
Mức dòng cần đo càng nhỏ, yêu cầu đối với hệ thống đo càng cao.
Độ phân giải: Thiết bị cần phân biệt được những thay đổi nhỏ trong dòng điện. Chẳng hạn, mức 4 µA và 6 µA có thể mang ý nghĩa rất khác nhau khi đánh giá mức tiêu thụ của một cảm biến chạy pin.
Nhiễu nền: Kết quả đo vài µA có thể dao động liên tục nếu môi trường xung quanh có nhiễu điện hoặc hệ thống dây đo chưa phù hợp.
Burden voltage: Đây là thông số dễ bị bỏ qua khi kiểm tra dòng tiêu thụ thấp. Điện áp rơi trên thiết bị đo càng lớn, điều kiện cấp nguồn cho bo mạch càng dễ thay đổi.
Tốc độ đo: Dòng sleep không phải lúc nào cũng phẳng. MCU có thể thức dậy trong vài ms, đọc cảm biến rồi quay lại trạng thái ngủ. Thiết bị đo có tốc độ lấy mẫu phù hợp sẽ giúp nhìn thấy cả những biến động này thay vì chỉ đưa ra một giá trị trung bình.
Đo dòng sleep không nên nhìn mỗi giá trị trung bình
Giả sử một cảm biến không dây có chu kỳ hoạt động như sau:
Sleep → thức dậy → đọc cảm biến → truyền dữ liệu → quay lại Sleep
Dòng điện có thể duy trì ở mức vài µA trong phần lớn thời gian, sau đó tăng lên vài chục hoặc vài trăm mA trong khoảng thời gian rất ngắn. Nếu phép đo chỉ ghi lại một giá trị trung bình, những xung dòng này có thể bị bỏ qua. Đối với thiết bị chạy pin lâu ngày, thông tin đáng quan tâm lại nằm ở chính chu kỳ đó: mạch ngủ bao lâu, thức dậy bao nhiêu lần, mỗi lần tiêu thụ bao nhiêu và tổng năng lượng tiêu thụ trong một chu kỳ hoạt động ra sao.
Đó cũng là lý do các phòng R&D thường cần thiết bị có khả năng theo dõi dòng điện thấp theo thời gian thay vì một phép đo tức thời đơn giản.
Khi nào nên dùng máy đo dòng điện nhỏ thay cho đồng hồ vạn năng?
Một chiếc DMM cao cấp vẫn có thể đáp ứng nhiều phép đo dòng điện thấp. Tuy nhiên, khi bài toán chuyển sang dòng µA, nA, dòng rò hoặc những thay đổi rất nhỏ theo thời gian, yêu cầu đo bắt đầu vượt khỏi phạm vi sử dụng thông thường.
Các dòng picoammeter, electrometer hoặc Source Measure Unit (SMU) phù hợp hơn cho những bài kiểm tra như:
+ Đo dòng Sleep của MCU và bo mạch IoT.
+ Kiểm tra dòng rò của linh kiện bán dẫn.
+ Đo dòng tiêu thụ của cảm biến công suất thấp.
+ Đánh giá mức tiêu thụ pin theo từng trạng thái hoạt động.
+ Theo dõi dòng điện thay đổi theo thời gian.
+ Kiểm tra các linh kiện có dòng rò ở mức nA hoặc thấp hơn.
Đặc biệt, SMU còn có thể cấp nguồn và đo dòng trên cùng hệ thống, giúp kiểm soát điều kiện thử nghiệm chặt chẽ hơn khi đánh giá đặc tính tiêu thụ điện của bo mạch.
Bài đọc thêm: Dòng điện quá nhỏ, đồng hồ thông thường có đo được không?
Cần máy đo nào để kiểm tra dòng tiêu thụ bo mạch?
Câu trả lời phụ thuộc vào mức dòng cần đo và cách bo mạch hoạt động.
Một DMM có độ phân giải cao có thể phù hợp cho các phép đo µA thông thường. Khi cần xuống nA, theo dõi dòng rò hoặc quan sát những biến động rất nhỏ, các dòng picoammeter, electrometer và SMU sẽ phù hợp hơn.
Danh mục máy đo và tạo nguồn dòng điện, điện áp nhỏ tại EMIN có thể được sử dụng như điểm tham khảo khi bài toán đo đã vượt khỏi khả năng của đồng hồ vạn năng thông thường, đặc biệt trong R&D, kiểm thử linh kiện điện tử, bán dẫn và các thiết bị IoT công suất thấp.
Câu hỏi thường gặp
Dòng sleep của bo mạch thường ở mức bao nhiêu?
Không có một mức cố định. MCU, cảm biến, module RF và thiết kế nguồn của từng bo mạch quyết định mức tiêu thụ, có thể từ µA xuống tới mức thấp hơn.
Dùng đồng hồ vạn năng đo dòng sleep có được không?
Có thể, nếu mức dòng nằm trong dải đo phù hợp và burden voltage của đồng hồ không làm thay đổi trạng thái hoạt động của bo mạch.
Tại sao dòng sleep đo lúc cao lúc thấp?
Bo mạch có thể đang thực hiện các chu kỳ đánh thức, đọc cảm biến, xử lý dữ liệu hoặc truyền không dây. Cần theo dõi dòng theo thời gian để phân biệt dòng ngủ và các xung dòng trong chu kỳ hoạt động.
Đo dòng nA có cần thiết bị riêng không?
Khi mức dòng nằm gần giới hạn đo của DMM hoặc yêu cầu đánh giá dòng rò, thiết bị như picoammeter, electrometer hoặc SMU sẽ phù hợp hơn nhờ khả năng đo dòng rất thấp và kiểm soát điều kiện đo tốt hơn.
Tóm lại: đo dòng tiêu thụ ở chế độ chờ không đơn thuần nhằm tìm một con số µA trên màn hình. Với bo mạch công suất thấp, cần nhìn cả mức dòng, nhiễu, burden voltage và biến động theo thời gian để đánh giá đúng hành vi của mạch.
