如何在低電流測量中達到高準確度及其重要性！

在開發低功率硬體解決方案時，若要達到電池壽命和整體效能最佳化，必須重視電流測量的準確度。在實作上，我們將 Qoitech 的兩款裝置 (Otii Ace Pro 和 Otii Arc Pro) 與實驗室中常用的標準測量工具比較其準確度。

Otii Ace Pro 的準確度為 ±(0.05% + 25 nA)，Otii Arc Pro 的準確度為 ±(0.1% + 50 nA)，而典型儀器的準確度通常為 ±(1% + 1 µA)。測量微安培範圍內的睡眠電流時，差異變得愈加明顯。

假設您需要測量 1 uA 的休眠電流。使用上述三種儀器的結果如下：

• Otii Ace Pro → 1 μA±25.5 nA (1 μA 的 0.05% 為 0.5 nA，加上額外的 25 nA) = 25.5 nA
• Otii Arc Pro → 1 μA±51 nA (1 μA 的 0.1% 為 1 nA，加上額外的 50 nA) = 51 nA
• 標準測量工具→ 1 μA±1 μ A (1 μA 的 1% 為 10 nA，加上額外的 1 μA) = 1010 nA

這些結果顯示最後一種儀器在測量 1 μA 休眠電流時用處不大。為了幫助理解，請參見圖 1，瞭解在不同低電流測量準確度下使用不同儀器測量電流時的預期絕對誤差。

圖 1：使用 Otii Ace Pro、Otii Arc Pro 和傳統測量儀器測量電流時的預期絕對誤差，這些儀器的低電流測量準確度各不相同。(圖片來源：Qoitech)

以整個測量範圍而言，準確度會有所不同。對於小範圍的電流測量，它的準確度可能很高，但對於其他範圍則可能非常不準確。讓我們看看實際測量誤差，這些誤差數據出自規格書，其所涵蓋的電流測量範圍更廣泛，適用於市場上多種儀器 (圖 2)。

圖 2：目前市場上各種儀器和測量板的測量範圍和準確度。(圖片來源：Qoitech)

我們能得出什麼結論？這要視情況而論。選擇測量儀器的關鍵在於，必須考慮短期和長期需求，因此務必要查看規格書中所有範圍的準確度來瞭解其準確度。您可能需要高度精準的儀器，這表示要為一個傑出的功能 (紫色曲線) 支付更多費用。或者，您願意接受較低的效能，採用更經濟實惠的選項 (藍色曲線)。根據您的應用，在廣泛的測量範圍內具備合理的準確度，再結合增強能源最佳化的功能便已足夠。

許多儀器使用自動量程來測量大範圍的電流 (從 nA 到 A)。但在量程切換期間，測量結果可能不準確或無法取得，導致動態負載的監控變得困難，因為休眠電流可能在個位數 μA 範圍內，而工作電流可能達到數百 mA。Otii Ace/Arc Pro 可大幅減少切換次數 (僅執行一次)，降低這些問題。能夠達到這點的原因在於，這兩種裝置採用平行測量且量程更高，並含第二個分流和數位類比轉換器，允許在不遺失資料的情況下無縫切換量程，並確保測量的連續性和精確性。

因此，下次在購買實驗室的電流測量儀器時，請確保驗證以下事項：

• 瞭解準確度規格：請密切注意儀器規格書中的準確度等級，包括增益和偏移誤差。這些因素將左右測量結果的可靠性。
• 瞭解您的測量需求：明確定義您需要測量的電流範圍。這有助於選擇能滿足特定要求 (無論是低功率休眠狀態還是高電流操作) 的儀器。
• 盡可能減少量程切換次數：頻繁切換量程的儀器可能會導致中斷和數據不準確。選擇可減少或不會切換量程的工具，以確保測量的連續性和可靠性。