El nuevo monitor digital de potencia INA228 permite a mi BattLab-One medir hasta nanoamperios

En el momento de escribir este blog, el rango de detección de corriente del dispositivo de perfiles de potencia que uso, el BattLab-One, es de 10 microamperios (µA) a 500 miliamperios (mA). Si bien este rango proporciona una buena cobertura para muchos microprocesadores, los microprocesadores más nuevos de potencia ultrabaja funcionan en el rango de nanoamperios (nA) durante el modo de suspensión. Ha resultado difícil medir la corriente en el rango de nanoamperios con una solución de monitoreo digital de potencia.

El BattLab-One se basa en el INA233 de Texas Instruments (TI). Este dispositivo de detección de corriente dedicado mide la corriente, el voltaje de bus (mucho más alto que los rieles de alimentación) y la potencia, y envía datos de muestra a través de I2C (o SPI [interfaz periférica serial]).

Elegí el INA233 por varias razones, incluyendo su máximo de 10 microvoltios (µV) de voltaje de compensación, su ADC (convertidor analógico a digital) de 16 bits, su promedio de muestras y su frecuencia de muestreo programables y su capacidad de comunicación I2C. Desafortunadamente, la corriente de polarización de 8 µA del INA233 limita mi capacidad de detección de corriente en el rango inferior a 10 µA. Si bien he podido calibrar gran parte del error de corriente de polarización, los 8 µA limitan mi capacidad para capturar modos de suspensión en los últimos microprocesadores de potencia ultrabaja que operan en el rango de nanoamperios.

Afortunadamente para mí, TI tiene una nueva incorporación a su línea de monitoreo digital de potencia, el INA228 (Figura 1). El INA228 es compatible con el INA233 en cuanto a pines y ofrece un máximo de 2.5 nA de corriente de polarización de entrada mucho mejor. Sí, solo 2.5 nA de corriente de polarización de entrada. Eso se traduce en tan solo un error máximo potencial del 2.5% cuando se mide una corriente de reposo de 100 nA.

Figura 1: El INA228 de Texas Instruments tiene una corriente de polarización de entrada máxima de 2.5 nA, en comparación con los 8 µA del INA233, y también se ha actualizado a un ADC de 20 bits en lugar de 16. (Fuente de la imagen: Texas Instruments)

El INA228 también se ha actualizado a un ADC de 20 bits e incluye la misma comunicación I2C (y una versión SPI) que el INA233. Además, el INA228 ha reducido el voltaje de compensación a un máximo de 1 µV.

Otra gran característica de las soluciones de monitoreo de potencia de Texas Instruments es la separación del voltaje del riel de alimentación y las entradas de voltaje de modo común para el ADC. Además, para el INA228, la entrada al ADC puede variar desde más/menos 40.96 milivoltios (mV) con un rango programable de hasta más/menos 163.84 mV. Esto tiene el beneficio adicional de poder usar resistores de detección más pequeños, lo que a su vez reduce la caída de voltaje asociada con la detección de corriente.

El INA228 me ha permitido extender el rango de detección de corriente que uso hasta 100 nA y mantener un error máximo total debido a la corriente de polarización de entrada más el voltaje de compensación a menos del 10%. La Tabla 1 muestra los parámetros de diseño habilitados del INA228 para el nuevo producto BattLab-One+.

Tabla 1: Parámetros de diseño para el nuevo producto BattLab-One+ que muestran, entre otras características, el alto rango de corriente y el bajo error de polarización. (Fuente de la imagen: Doug Peters)

Nada es gratis

Entonces, todo va muy bien en mi mundo, ¿verdad? Todo lo que tengo que hacer es cambiar el INA233 por el INA228 ¡y todos mis problemas están resueltos! No tan rápido. ¿Recuerdas que mencioné que el INA233 es un ADC de 16 bits y el INA228 es de 20 bits? Lo adivinaste; todo el firmware se basa en 2 bytes de datos por muestra del INA233. El INA228 utiliza 3 bytes. No es un gran impacto, pero significa que los usuarios existentes necesitarán tanto el nuevo INA228 como una actualización de firmware para obtener el rango de detección de corriente de mayor ancho de banda (o simplemente pueden comprar el nuevo BattLab-One+ cuando se lance en unos meses).

Supongo que es cierto lo que dicen, nada es gratis.

Conclusión

No hay duda al respecto, diseñar con los productos de detección digital de corriente de Texas Instruments ha simplificado mucho la vida. Como se describe aquí, ha permitido una mejora natural del BattLab-One a medida que TI mejora sus soluciones de monitoreo de potencia. En este caso, del INA233 al INA228.