저전류 측정의 정밀도 활용 - 정확도가 중요한 이유!

저전력 하드웨어 솔루션을 개발할 경우 배터리 수명과 전반적인 성능을 최적화하기 위해 정확한 전류를 측정해야 합니다. 이를 위해 Qoitech의 두 장치인 Otii Ace Pro와 Otii Arc Pro의 정확도를 실험실에서 일반적으로 사용되는 표준 측정 도구와 비교해 보겠습니다.

Otii Ace Pro는 ±(0.05% + 25nA)의 정확도를 제공하고, Otii Arc Pro는 ±(0.1% + 50nA)의 정확도를 제공하며, 일반 계측기는 일반적으로 ±(1% + 1µA)의 정확도를 제공합니다. μA 범위의 절전 전류를 측정해 보면 차이를 더 분명히 확인할 수 있습니다.

1uA의 절전 전류를 측정해야 한다고 가정해 보겠습니다. 위에서 언급한 세 기기를 사용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

• Otii Ace Pro → 1µA ± 25.5nA(1µA의 0.05% = 0.5nA, + 25nA) = 25.5nA
• Otii Arc Pro → 1µA ± 51nA(1µA의 0.1% = 1nA, + 50nA) = 51nA
• 표준 측정 도구 → 1µA ± 1µA(1µA의 1% = 10nA, + 1µA) = 1010nA

이러한 결과를 감안하면 후자의 기기는 1µA 절전 전류를 측정하는 데 그다지 유용하지 않습니다. 더 나은 이해를 위해, 저전류 측정 정확도가 다른 여러 계측기로 전류를 측정할 때 예상되는 절대 오차는 그림 1을 참조하시기 바랍니다.

그림 1: 저전류 측정 정확도가 서로 다른 Otii Ace Pro, Otii Arc Pro 및 기존 측정 기기로 전류를 측정할 때 예상되는 절대 오차. (이미지 출처: Qoitech)

전체 측정 범위에서 보면 정확도가 달라집니다. 작은 범위의 전류를 측정할 때는 정확도가 높지만 다른 범위에서 측정할 때는 매우 부정확할 수 있습니다. 시중에 보이는 여러 계측기의 광범위한 전류 측정에 대해 규격서를 기반으로 한 실제 측정 오류를 통해서 이를 확인해 보겠습니다(그림 2).

그림 2: 시중에 나와 있는 다양한 계측기와 측정 기판의 전류 측정 범위 및 정확도 (이미지 출처: Qoitech)

어떤 결과를 내릴 수 있을까요? 상황에 따라 다릅니다. 측정 기기를 선택할 때는 규격서에서 모든 범위의 정확도를 검토하여 정밀도를 파악함으로써 단기 및 장기 요구 사항을 모두 고려하는 것이 중요합니다. 매우 정밀한 기기가 필요한 경우라면, 더 많은 비용을 지불하더라도 뛰어난 기능(보라색 곡선)을 확보해야 할 수 있습니다. 또는 더 낮은 성능을 감수하더라도 보다 경제적인 옵션(파란색 곡선)을 선택할 수 있습니다. 응용 분야에 따라 광범위한 측정 범위에서 합리적인 정확도와 에너지 최적화를 강화하는 기능이 결합되면 충분합니다.

자동 범위 조정을 사용해 광범위한 전류(nA ~ A)를 측정하는 기기가 많습니다. 하지만 범위 전환 중에는 측정이 부정확하거나 불가능할 수 있으므로 절전 전류가 한 자릿수 µA 범위이고 작동 전류가 수백 mA에 이르는 동적 부하를 모니터링하기 어려울 수 있습니다. Otii Ace/Arc Pro는 전환을 최소화하고 한 번만 수행하여 이러한 문제를 줄입니다. 이는 두 번째 션트 및 아날로그 디지털 컨버터와 함께 더 높은 범위의 병렬 측정을 사용하여 데이터 손실 없이 원활한 범위 전환이 가능하고 지속적이고 정확한 측정을 보장하기 때문에 가능합니다.

따라서 다음에 실험실용 전류 측정기를 구매할 때는 다음 사항을 반드시 확인하십시오.

• 정확도 사양 이해: 이득 및 오프셋 오류를 모두 포함하여 기기 규격서의 정확도 등급을 주의 깊게 살펴봅니다. 이러한 요소에 따라 측정값의 신뢰도가 결정됩니다.
• 측정 요구 사항 파악: 측정해야 하는 전류 범위를 명확하게 정의합니다. 그러면 저전력 절전 상태 또는 고전류 작동 등 특정 요구 사항에 맞는 정밀도를 제공하는 기기를 선택할 수 있습니다.
• 범위 전환 최소화: 범위를 자주 전환하는 계측기는 중단 및 부정확한 데이터의 원인이 될 수 있습니다. 범위 전환을 줄이거나 제거하여 지속적이고 안정적인 측정을 보장하는 도구를 선택합니다.