Le nouveau moniteur de puissance numérique INA228 permet à mon BattLab-One de mesurer des nano-ampères

À l'heure où j'écris cet article de blog, la plage de détection de courant du dispositif de profilage de puissance que j'utilise, le BattLab-One, s'étend de 10 micro-ampères (µA) à 500 milliampères (mA). Bien que cette plage offre une bonne couverture pour de nombreux microprocesseurs, les microprocesseurs ultrabasse consommation plus récents fonctionnent dans la plage des nano-ampères (nA) en mode veille. Il est difficile de mesurer le courant dans la plage des nano-ampères avec une solution de surveillance de puissance numérique.

Le BattLab-One est basé sur l'INA233 de Texas Instruments (TI). Ce dispositif dédié de détection du courant mesure le courant, la tension de bus (bien plus élevée que les rails d'alimentation), la puissance et envoie des données d'échantillonnage via I2C (ou SPI).

J'ai choisi l'INA233 pour plusieurs raisons, notamment sa tension de décalage maximale de 10 microvolts (µV), son convertisseur analogique-numérique (CAN) 16 bits, sa moyenne d'échantillon et ses taux d'échantillonnage programmables, ou encore sa capacité de communications I2C. Malheureusement, le courant de polarisation de 8 µA de l'INA233 limite ma capacité à détecter le courant dans la plage inférieure à 10 µA. Même si j'ai pu corriger en grande partie l'erreur de courant de polarisation grâce à l'étalonnage, les 8 µA limitent ma capacité à capturer les modes de veille sur les derniers microprocesseurs ultrabasse consommation qui fonctionnent dans la plage des nano-ampères.

Heureusement pour moi, TI a ajouté un nouveau produit à sa gamme de surveillance de puissance numérique, l'INA228 (Figure 1). L'INA228 est doté d'un brochage compatible avec l'INA233 et offre un courant de polarisation d'entrée maximal de 2,5 nA nettement amélioré. Oui, seulement 2,5 nA de courant de polarisation d'entrée ! Cela signifie une erreur potentielle maximale de 2,5 % seulement lors de la mesure d'un courant de veille de 100 nA.

Figure 1 : L'INA228 de Texas Instruments a un courant de polarisation d'entrée maximal de 2,5 nA, au lieu des 8 µA de l'INA233. Il est également passé à un CAN 20 bits au lieu de 16. (Source de l'image : Texas Instruments)

L'INA228 est également passé à un CAN 20 bits et inclut la même communication I2C (et une version SPI) que l'INA233. De plus, l'INA228 a réduit la tension de décalage à 1 µV maximum.

Autre fonctionnalité intéressante des solutions de moniteur de puissance de Texas Instruments : la séparation de la tension de rail d'alimentation et des entrées de tension de mode commun pour le CAN. Par ailleurs, pour l'INA228, l'entrée vers le CAN peut aller de +/-40,96 millivolts (mV) avec une plage programmable jusqu'à +/-163,84 mV. Cela présente l'avantage supplémentaire de pouvoir utiliser des résistances de détection plus petites qui permettent de réduire la chute de tension liée à la détection de courant.

L'INA228 m'a permis d'étendre la plage de détection de courant que j'utilise à 100 nA et de conserver un taux d'erreur maximal dû à la tension de décalage et au courant de polarisation d'entrée de moins de 10 %. Le Tableau 1 montre les paramètres de conception compatibles avec l'INA228 pour le nouveau produit BattLab-One+.

Tableau 1 : Paramètres de conception pour le nouveau produit BattLab-One+ montrant notamment la plage de courant élevée et le faible taux d'erreur de polarisation. (Source de l'image : Doug Peters)

On n'a rien sans rien

On peut dire que tout va pour le mieux dans le meilleur des mondes, pas vrai ? Tout ce que j'ai à faire pour résoudre tous mes problèmes, c'est de remplacer l'INA233 par l'INA228. Pas si vite ! Souvenez-vous : l'INA233 est doté d'un CAN 16 bits et l'INA228 d'un CAN 20 bits. Vous l'avez deviné : tous les micrologiciels sont basés sur 2 octets de données par échantillon pour l'INA233. L'INA228 utilise 3 octets. L'impact n'est pas considérable, mais cela signifie que les utilisateurs existants auront besoin du nouvel INA228 et d'une mise à jour micrologicielle pour bénéficier de la plage de détection de courant à plus large bande. Sinon, ils peuvent tout simplement acheter le nouveau BattLab-One+ quand il sortira dans quelques mois.

C'est donc bien vrai : on n'a rien sans rien.

Conclusion

Il ne fait aucun doute que la conception avec les produits de détection de courant numériques de Texas Instruments nous a simplifié la vie. Comme illustré ici, cela a permis une amélioration naturelle du BattLab-One à mesure que TI améliore ses solutions de surveillance de puissance. En l'occurrence en passant de l'INA233 à l'INA228.