PMU 측정 방식을 이용한 이론 및 설계(2)

4.설계 및 계측

아래의 블록은 설계를 위한 구성으로 RSENSE 선택부와 IOUT 혹은 VOUT 선택부를 포함시켰으며, 각 포트에 대한 설명은 아래와 같다.

-VCC, VSS핀: 시스템 전원으로 ±15V를 인가한다.

 

-VIN핀: LOAD에 인가하기 위한 전압으로 DAC로부터 출력 전압을 생성하여 이 핀에 인가한다.

-RLOAD+, RLOAD-: 측정 부하 저항을 이 핀 양단에 연결한다.

 

-IOUT: 부하가 전류를 이 핀을 통해 전압으로 읽는다.

 

-VOUT: 부하에 걸린 전압을 이 핀을 통해 전압으로 읽는다.

 

-SA0~SA3: 내부 RSENSE 저항을 선택하기 위한 핀으로 각각 10Ω, 1KΩ, 100KΩ이 연결되어 있다.

 

-GA0~GA3: 내부 Gain 저항을 선택하기 위한 핀으로 각각 10Ω, 1KΩ, 100KΩ이 연결되어 있다.

 

-GND: 시스템 GND이다.

 

아래는 시뮬레이션을 위해 부하 저항을 연결한 구성도이다.

● 다음은 RLOAD= 0.01Ω~1KΩ을 측정하기 위한 시뮬레이션 데이타로 SENSE 저항 10Ω을 선택하여 RLOAD를 계산한 데이터이다.

VIN	RSENSE	GAIN	RLOAD	IOUT	VOUT	RLOAD
1	10	10	0.01	0.91563	0.0009235	0.0100863
			0.02	0.91479	0.00185	0.0202232
			0.03	0.91394	0.00277	0.0303083
			0.04	0.9131	0.00369	0.0404118
			0.05	0.91226	0.0046	0.0504242
			0.06	0.91142	0.00552	0.0605648
			0.07	0.91058	0.00644	0.0707242
			0.08	0.90975	0.00735	0.0807914
			0.09	0.90891	0.00826	0.0908781
			0.1	0.90808	0.00917	0.1009823
			0.2	0.89983	0.01817	0.201927
			0.3	0.89173	0.02701	0.3028944
			0.4	0.88377	0.03569	0.4038381
			0.5	0.87596	0.04422	0.5048176
			0.6	0.86828	0.0526	0.6057954
			0.7	0.86073	0.06084	0.7068419
			0.8	0.85332	0.06893	0.8077861
			0.9	0.84603	0.07688	0.9087148
			1	0.83886	0.0847	1.0097036
			2	0.77337	0.15617	2.0193439
			3	0.71736	0.21729	3.0290231
			4	0.66892	0.27016	4.038749
			5	0.62661	0.31633	5.0482756
			6	0.58933	0.35701	6.0578963
			7	0.55624	0.39312	7.0674529
			8	0.52667	0.42539	8.0769742
			9	0.50009	0.4544	9.0863645
			10	0.47606	0.48063	10.095996
			20	0.32157	0.64922	20.189072
			30	0.24279	0.73518	30.280489
			40	0.19503	0.78731	40.368661
			50	0.16298	0.82229	50.45343
			60	0.13998	0.84738	60.535791
			70	0.12267	0.86627	70.617918
			80	0.10917	0.881	80.699826
			90	0.09836	0.89281	90.769622
			100	0.08949	0.90248	100.84702
			200	0.0471	0.94874	201.431
			300	0.03198	0.96524	301.82614
			400	0.02423	0.9737	401.8572
			500	0.01951	0.97885	501.71707
			600	0.01634	0.98231	601.16891
			700	0.01406	0.9848	700.42674
			800	0.01234	0.98668	799.57861
			900	0.011	0.98814	898.30909
			1000	0.00992	0.98931	997.28831

 

● 다음은 RLOAD= 1Ω~100KΩ을 측정하기 위한 시뮬레이션 데이타로 SENSE 저항 1KΩ을 선택하여 RLOAD를 계산한 데이터이다.

VIN	RSENSE	GAIN	RLOAD	IOUT	VOUT	RLOAD
1	1000	1000	1	0.99912	0.0009972	0.9980683
			2	0.99813	0.00199	1.9937283
			3	0.99713	0.00299	2.998606
			4	0.99614	0.00398	3.9954223
			5	0.99515	0.00497	4.994222
			6	0.99416	0.00596	5.9950109
			7	0.99318	0.00694	6.9876558
			8	0.99219	0.00793	7.9924208
			9	0.99121	0.00891	8.9890134
			10	0.99023	0.00989	9.9875786
			20	0.98053	0.01959	19.978991
			30	0.97102	0.0291	29.968487
			40	0.96169	0.03843	39.960902
			50	0.95254	0.04758	49.950658
			60	0.94356	0.05656	59.943194
			70	0.93475	0.06537	69.933137
			80	0.9261	0.07402	79.926574
			90	0.91761	0.08251	89.918375
			100	0.90928	0.09084	99.90322
			200	0.83357	0.16655	199.80326
			300	0.7695	0.23063	299.7141
			400	0.71457	0.28555	399.61095
			500	0.66697	0.33316	499.51272
			600	0.62531	0.37481	599.3987
			700	0.58855	0.41157	699.29488
			800	0.55588	0.44425	799.18328
			900	0.52664	0.47349	899.07717
			1000	0.50032	0.4998	998.96067
			2000	0.33364	0.66649	1997.6322
			3000	0.25027	0.74985	2996.1641
			4000	0.20025	0.79987	3994.3571
			5000	0.1669	0.83323	4992.3907
			6000	0.14308	0.85705	5990.0056
			7000	0.12521	0.87492	6987.6208
			8000	0.11131	0.88881	7984.9969
			9000	0.1002	0.89993	8981.3373
			10000	0.0911	0.90903	9978.3754
			20000	0.04778	0.95235	19931.98
			30000	0.03241	0.96772	29858.686
			40000	0.02453	0.9756	39771.708
			50000	0.01975	0.98038	49639.494
			60000	0.01653	0.9836	59503.932
			70000	0.01422	0.98591	69332.63
			80000	0.01248	0.98765	79138.622
			90000	0.01112	0.98901	88939.748
			100000	0.01003	0.9901	98713.858

 

● 다음은 RLOAD= 100Ω~10MΩ을 측정하기 위한 시뮬레이션 데이타로 SENSE 저항 1KΩ을 선택하여 RLOAD를 계산한 데이터이다.

VIN	RSENSE	GAIN	RLOAD	IOUT	VOUT	RLOAD
1	100000	100000	100	0.99913	0.0009982	99.905918
			200	0.99813	0.002	200.3747
			300	0.99713	0.00299	299.8606
			400	0.99614	0.00398	399.54223
			500	0.99515	0.00498	500.42707
			600	0.99416	0.00596	599.50109
			700	0.99317	0.00695	699.77949
			800	0.99219	0.00794	800.24995
			900	0.9912	0.00892	899.91929
			1000	0.99022	0.0099	999.77783
			2000	0.98051	0.01961	1999.9796
			3000	0.97099	0.02913	3000.0309
			4000	0.96166	0.03847	4000.3744
			5000	0.9525	0.04763	5000.5249
			6000	0.94351	0.05661	5999.9364
			7000	0.93469	0.06543	7000.1819
			8000	0.92604	0.07409	8000.7343
			9000	0.91754	0.08258	9000.1526
			10000	0.9092	0.09092	10000
			20000	0.83343	0.16669	20000.48
			30000	0.76932	0.2308	30000.52
			40000	0.71437	0.28575	40000.28
			50000	0.66675	0.33338	50000.75
			60000	0.62508	0.37504	59998.72
			70000	0.58831	0.41181	69998.81
			80000	0.55563	0.44449	79997.48
			90000	0.52639	0.47373	89996.011
			100000	0.50007	0.50005	99996.001
			200000	0.33341	0.66671	199967.01
			300000	0.25009	0.75003	299904.03
			400000	0.20009	0.80003	399835.07
			500000	0.16676	0.83336	499736.15
			600000	0.14296	0.85716	599580.3
			700000	0.1251	0.87502	699456.43
			800000	0.11122	0.8889	799226.76
			900000	0.10011	0.90001	899021.08
			1000000	0.09102	0.9091	998791.47
			2000000	0.04773	0.95239	1995369.8
			3000000	0.03238	0.96774	2988696.7
			4000000	0.02451	0.97561	3980457
			5000000	0.01973	0.98039	4969031.9
			6000000	0.01651	0.98361	5957662
			7000000	0.01421	0.98591	6938142.2
			8000000	0.01247	0.98765	7920208.5
			9000000	0.01111	0.98901	8901980.2
			10000000	0.01002	0.9901	9881237.5

 

측정 분해능은 상기 IOUT과 VOUT의 전압 변동률을 보고 적절한 ADC를 사용해야 한다.