消費電力測定と低周波回路の位相差観測に向けたMCP3911 2チャンネル測定器の設計

Sat, 01 Aug 2026 00:20:00 +0900

IoTデバイスの消費電流は、無線送信、センサー読み出し、スリープといった動作状態によって変化します。どの状態が消費エネルギーを支配しているかを調べるには、平均電流だけでなく、時間に沿った電流の変化を記録する必要があります。

瞬時電力を求める場合は、電流と同じ時刻の電圧も必要です。オシロスコープなら二つの波形を同時に観測できますが、持ち出して現在値を確認する用途や、長時間記録する用途には大がかりです。そこで、2チャンネルを同時に測定し、OLED表示とブラウザ記録を選べる50 mm角の測定器を作りました。

OLEDによるハンディ計測とWebブラウザによる詳細解析の2モード

測定器には、配線や現在値をその場で確認する機能と、時間変化を記録して解析する機能の両方が必要でした。それぞれに別の測定器を用意すると、入力回路と測定条件も二重に管理することになります。

この基板では、同じADC出力をOLED表示とブラウザ記録の両方に使用します。 USB未接続時は、STM32C011が取得した二つの現在値を128 × 64のOLEDへ表示します。ブラウザ接続時は、測定値をFT234XD経由でPCへ送り、時間波形、FFT、統計値、演算結果として表示します。

ハンディ計測中の波形は基板内に保存されません。波形を後から確認する場合は、測定前にブラウザを接続して記録を開始します。

電圧と電流から瞬時電力を求めるには、二つの値を同じ時刻に測定する必要があります。入力回路の位相差を観測する場合も、チャンネル切替による時間差は測定誤差になります。

MCP3911は2基のADCを内蔵し、両チャンネルを同時に変換します。今回は16 MHzのMCLK、PGA 1倍、OSR 4096とし、変換速度を976.5625 samples/sに設定しました。標本間隔は約1.024 msで、ADCからは各チャンネルの24-bit符号付き整数を読み出します。

AMCLK = 16 MHz
DMCLK = AMCLK / 4 = 4 MHz
DRCLK = DMCLK / 4096 = 976.5625 Hz

ADCコードからADC入力ピン間の差動電圧への換算には、次の式を使います。