Burden voltage khi đo dòng là phần điện áp rơi trên điện trở trong của thiết bị đo dòng mắc nối tiếp với tải. Với bộ cảm biến của máy phân tích dạng sóng dòng điện Keysight CX3300A, data sheet ghi công thức ngắn gọn: sụt áp bằng điện trở đầu vào RIN nhân với dòng đang đo. Ở dải 1 A của cảm biến CX1101A, RIN điển hình là 410 mΩ, tức thiết bị được thử mất 0,41 V khi kéo đủ 1 A. Bài này đi qua con số của từng cảm biến, cách tính nhanh và cách chọn cấu hình để sụt áp không làm sai kết quả đo.
Nếu bạn chưa quen với dòng máy này, hãy đọc trước bài tổng quan máy phân tích dạng sóng dòng điện là gì. Bài hôm nay chỉ tập trung vào burden voltage khi đo dòng: cảm biến lấy đi bao nhiêu điện áp của mạch.
Burden voltage khi đo dòng là gì?
Mọi phép đo dòng kiểu nối tiếp đều cần một phần tử cảm nhận dòng nằm trên đường nguồn: điện trở shunt, mạch khuếch đại hồi tiếp hoặc cả hai. Phần tử đó có điện trở, nên khi dòng chạy qua sẽ có một điện áp rơi trên nó. Điện áp này gọi là burden voltage, tiếng Việt thường nói là sụt áp trên điện trở chèn.
Hệ quả rất cụ thể: điện áp tại chân nguồn của thiết bị được thử (DUT) thấp hơn điện áp đặt trên bộ nguồn đúng bằng lượng sụt áp. Dòng càng lớn, sụt áp càng lớn. Thiết bị chạy pin lại có dòng thay đổi hàng nghìn lần giữa lúc ngủ và lúc phát sóng, nên điện áp tại DUT cũng dao động theo từng xung dòng. Đó là lý do một mạch chạy tốt khi cấp nguồn trực tiếp nhưng lại tự khởi động lại khi mắc thêm cảm biến dòng.
Điện trở chèn của từng cảm biến CX3300A là bao nhiêu?
Hai máy chính Keysight CX3322A (2 kênh) và Keysight CX3324A (4 kênh) dùng chung một bộ cảm biến. Theo data sheet 5992-1430 bản tháng 5/2026, điện trở chèn điển hình như sau:
| Cảm biến | Dải đo | RIN điển hình (lớn nhất) | Sụt áp ở đầy dải |
|---|---|---|---|
| CX1101A với đầu đo CX1206A | 10 A | 15 mΩ | 150 mV |
| CX1101A | 2 mA, 20 mA, 200 mA, 1 A | 410 mΩ (550 mΩ) | 0,82 mV tới 410 mV |
| CX1101A | 20 µA, 200 µA | 50 Ω (77 Ω) | 1 mV tới 10 mV |
| CX1103A (tắt đầu vào 50 Ω) | 200 nA tới 20 mA | 4 Ω (6 Ω) | tới 80 mV |
| CX1104A với đầu shunt CX1211A tới CX1216A | 25 mA tới 15 A | 5,5 mΩ tới 1,0 Ω | 25 mV tới 250 mV |
| CX1105A | theo shunt của người dùng | không chèn thêm | theo shunt có sẵn trên bo |
Cột sụt áp là kết quả Techmaster tính từ RIN điển hình nhân với dòng đầy dải. Các giá trị RIN của CX1101A được Keysight đo với đầu đo CX1203A, công tắc trượt đặt ở 0 Ω. Đầu đo này có sẵn một điện trở nối tiếp 50 Ω; nếu gạt sang 50 Ω thì dòng tối đa chỉ còn 70 mA và điện trở chèn tăng tương ứng.
Vì sao sụt áp 410 mV có thể làm hỏng phép đo?
Lấy một mạch dùng nguồn 3,3 V có xung dòng 1 A khi mô-đun vô tuyến phát. Qua 410 mΩ, mạch mất 0,41 V, tức 12,4 % điện áp nguồn; nếu tính theo giá trị lớn nhất 550 mΩ thì mất 0,55 V. Điện áp tại DUT chỉ còn khoảng 2,75 V tới 2,89 V. Ba chuyện có thể xảy ra:
- Vi điều khiển chạm ngưỡng brown-out và khởi động lại. Dạng sóng bạn ghi được khi đó là của một lỗi do chính phép đo gây ra.
- Mạch không khởi động lại nhưng bộ ổn áp trên bo làm việc ở điểm khác, dòng tiêu thụ đo được lệch so với khi chạy bằng pin thật.
- Bộ khuếch đại công suất phát yếu hơn vì thiếu điện áp, kết quả đo dòng phát thấp hơn thực tế.
Cùng cảm biến đó với xung dòng 20 mA chỉ gây sụt 8,2 mV, tức 0,25 % của 3,3 V, hoàn toàn chấp nhận được. Mức burden voltage khi đo dòng vì thế không phụ thuộc vào cảm biến tốt hay xấu mà vào dòng đỉnh của mạch và nhóm dải đang dùng. Luôn tính theo dòng đỉnh, không tính theo dòng trung bình.
Cảm biến hai kênh CX1102A có giảm được sụt áp không?
Không. CX1102A mở rộng dải động chứ không giảm điện trở chèn. Cảm biến này đo cùng một dòng trên hai dải cùng lúc: kênh chính cho trạng thái hoạt động, kênh phụ nhạy hơn cho trạng thái ngủ, dải động hơn 100 dB. Nó giải quyết bài toán dải động, nhưng không làm biến mất burden voltage khi đo dòng. Bảng thông số ghi RIN 410 mΩ điển hình (550 mΩ lớn nhất) khi kênh chính ở dải 1 A hoặc 200 mA (kênh phụ tương ứng 20 mA hoặc 2 mA), và 50 Ω điển hình (77 Ω lớn nhất) khi kênh chính ở dải 20 mA hoặc 2 mA (kênh phụ 200 µA hoặc 20 µA).
Con số 50 Ω rất đáng chú ý. Nếu đặt kênh chính ở dải 20 mA để kênh phụ đọc dòng ngủ ở dải 200 µA, một xung 20 mA sẽ tạo sụt áp khoảng 1 V theo giá trị điển hình, tới 1,54 V theo giá trị lớn nhất. Với đường nguồn 1,8 V hay 3,3 V, mức đó thường không chấp nhận được. Khi ấy nên chọn cặp dải 200 mA và 2 mA: điện trở chèn còn 410 mΩ, xung 20 mA chỉ gây sụt 8,2 mV, đổi lại nhiễu nền kênh phụ tăng lên 3 µA rms thay vì 500 nA. Data sheet cũng giới hạn dòng tuyệt đối 50 mA cho kênh chính ở dải 2 mA và 20 mA.
Khi nào nên chuyển sang CX1104A, CX1103A hoặc CX1105A?
CX1104A dành cho dòng lớn. Cảm biến dùng sáu đầu shunt thay được, từ CX1211A (5,5 mΩ, dải 15 A và 10 A) tới CX1216A (1,0 Ω, dải 250 mA và 25 mA). Ở 3 A với đầu CX1214A 53 mΩ, sụt áp là 159 mV; cùng dòng đó nếu dùng đầu CX1211A thì chỉ còn 16,5 mV. Cái giá là băng thông tối đa 20 MHz và nhiễu nền lớn hơn: dải 15 A của CX1211A có nhiễu 48 mA rms ở băng thông nhiễu 20 MHz. Các đầu shunt này được hiệu chuẩn tại Keysight.
CX1103A đo ở phía mass (low-side), điện trở chèn 4 Ω điển hình, băng thông tới 200 MHz ở dải 20 mA và nhiễu 150 pA rms ở dải 200 nA. Nó hợp với dòng nhỏ biến thiên nhanh, ví dụ dòng cảm biến hoặc dòng đọc của ô nhớ, nhưng điện áp đồng pha (common-mode) chỉ được ±0,5 V khi tắt đầu vào 50 Ω và dòng đo tối đa 20 mA. Vì nằm ở phía mass, sụt áp của nó nâng mức mass của DUT lên so với mass hệ thống; cần lưu ý nếu DUT còn nối tín hiệu với thiết bị khác.
CX1105A không chèn thêm gì vào mạch. Đây là cảm biến vi sai nhiễu thấp, đo điện áp trên điện trở shunt đã có sẵn trên bo đánh giá rồi quy đổi ra dòng theo giá trị shunt bạn nhập vào máy. Nhiễu ở dải 25 mV là 20 µV rms (băng thông nhiễu 20 MHz), băng thông tối đa 100 MHz, hệ số nén đồng pha 60 dB tại 1 MHz. Sai số dòng khi đó phụ thuộc trực tiếp vào dung sai của shunt trên bo.
Tính nhanh burden voltage khi đo dòng như thế nào?
Lấy RIN lớn nhất của dải đang dùng nhân với dòng đỉnh của DUT, rồi so kết quả với dư địa điện áp của mạch. Năm bước cụ thể:
- Xác định dòng đỉnh của DUT, kể cả xung khởi động. Nếu chưa biết, đo sơ bộ ở dải lớn trước.
- Tra RIN của dải định dùng và lấy giá trị lớn nhất: 550 mΩ, 77 Ω hoặc 6 Ω tùy cảm biến.
- Nhân hai số để ra sụt áp tại dòng đỉnh.
- So với khoảng cách từ điện áp nguồn tới ngưỡng làm việc tối thiểu ghi trong data sheet của vi điều khiển hoặc IC nguồn trên bo.
- Nếu không đủ dư địa, đổi sang nhóm dải có RIN nhỏ hơn (trong nhóm 2 mA tới 1 A, đổi dải không làm giảm điện trở chèn), đổi cảm biến, hoặc nâng điện áp nguồn có kiểm soát.
Về bước cuối: nâng điện áp nguồn để bù chỉ đúng tại một mức dòng. Khi DUT về chế độ ngủ, sụt áp gần bằng 0 và DUT nhận gần trọn điện áp đã nâng, nên phải kiểm tra giới hạn điện áp tối đa của linh kiện. Cũng cần nhớ mỗi dải chỉ đo vượt được 10 % giá trị dải; chọn dải nhỏ để giảm nhiễu rồi để xung dòng vượt dải thì phần đỉnh bị cắt. Muốn kiểm chứng thay vì chỉ tính, có thể đo luôn điện áp tại DUT trên một kênh khác: đầu đo CX1202A có cổng SMA theo dõi điện áp, và bộ chuyển CX1151A cho phép dùng đầu dò thụ động.
Có cách đo nào không gây sụt áp tại DUT?
Có hai hướng để tránh burden voltage khi đo dòng. Hướng thứ nhất là để bộ nguồn tự bù: mô-đun nguồn-đo có đo bốn dây giữ điện áp đúng tại điểm cảm nhận, nên điện trở dây và mạch đo dòng nằm trong vòng điều khiển. Bài phân tích tiêu hao pin với Keysight N6781A và N6782A trình bày cách làm này; mô-đun Keysight N6781A đo từ nanoampe tới 3 A nhưng băng thông đo dòng chỉ tới khoảng 26 kHz ở dải 3 A, thấp hơn nhiều so với băng thông tối đa 100 MHz của CX1101A. Nguyên lý bù được giải thích kỹ hơn trong bài remote sense và bù sụt áp trên dây.
Hướng thứ hai là đo không tiếp xúc bằng đầu dò dòng kẹp trên máy hiện sóng. Cách này không chèn điện trở nối tiếp nhưng độ nhạy kém hơn nhiều; xem bài đo dòng bằng máy hiện sóng và bài về đầu dò N2820A cho dòng ngủ microampe, loại đầu dò vẫn cần một điện trở cảm nhận trên bo.
Tóm lại: cần băng thông hàng chục megahertz để nhìn rõ hình dạng xung dòng thì dùng CX3300A và quản lý sụt áp theo các bước ở trên; cần giữ điện áp DUT chính xác và tính năng lượng tiêu thụ dài hạn thì SMU phù hợp hơn. Bài đo dòng IoT cho thiết bị dùng pin so sánh thêm các phương án.
Vì sao kỹ sư ở Việt Nam nên quan tâm tới sai số này?
Theo số liệu VnEconomy trích dẫn, sau 11 tháng năm 2025 nhóm máy vi tính, sản phẩm điện tử và linh kiện đạt 96,92 tỷ USD, chiếm 22,5 % tổng kim ngạch xuất khẩu. Nhiều sản phẩm trong nhóm này chạy pin hoặc có yêu cầu về công suất chờ. Một phép đo dòng mà bản thân nó làm thay đổi điện áp của mạch sẽ dẫn tới ước tính thời lượng pin sai và những lần gỡ lỗi mất thời gian vì lỗi không tái hiện được khi bỏ thiết bị đo ra.
Techmaster cung cấp thiết bị Keysight chính hãng tại Việt Nam, tư vấn chọn cảm biến theo dòng đỉnh và điện áp đường nguồn của từng dự án, đồng thời có dịch vụ hiệu chuẩn cho thiết bị đo. Thông số trong bài lấy từ data sheet CX3300A của Keysight; tình trạng sản phẩm và cấu hình đặt hàng nên được xác nhận lại tại thời điểm mua. Liên hệ Techmaster để được tư vấn cấu hình CX3322A, CX3324A và bộ cảm biến phù hợp.
Câu hỏi thường gặp
Burden voltage khi đo dòng được tính như thế nào?
Burden voltage khi đo dòng bằng điện trở đầu vào của cảm biến nhân với dòng đang đo. Với cảm biến Keysight CX1101A ở các dải 2 mA tới 1 A, điện trở đầu vào điển hình là 410 mΩ và lớn nhất là 550 mΩ, nên dòng 1 A gây sụt áp khoảng 0,41 V tới 0,55 V.
Vì sao dải đo nhỏ lại có điện trở chèn lớn hơn?
Để đo được dòng nhỏ với nhiễu thấp, cảm biến cần tín hiệu điện áp đủ lớn nên dùng điện trở cảm nhận lớn hơn. Ở CX1101A, hai dải 20 µA và 200 µA có điện trở đầu vào điển hình 50 Ω, trong khi các dải từ 2 mA tới 1 A là 410 mΩ. Sụt áp ở đầy dải 200 µA vẫn chỉ khoảng 10 mV.
Cảm biến CX1105A có gây sụt áp không?
CX1105A không chèn thêm điện trở vào đường nguồn vì nó đo điện áp vi sai trên điện trở shunt đã có sẵn trên bo mạch. Sụt áp khi đó chính là sụt áp của shunt có sẵn, và sai số đo dòng phụ thuộc vào dung sai của shunt đó.
Nên dùng CX3300A hay mô-đun SMU để tránh sụt áp?
Mô-đun SMU có đo bốn dây giữ điện áp đúng tại thiết bị được thử nên phù hợp khi cần điện áp chính xác và tính năng lượng tiêu thụ dài hạn. CX3300A có băng thông máy chính tới 200 MHz và lấy mẫu 1 GSa/s ở chế độ 14 bit, phù hợp khi cần nhìn rõ hình dạng xung dòng nhanh; khi đó phải tính và kiểm soát sụt áp trên cảm biến.
Kết luận
Burden voltage khi đo dòng không phải lỗi của thiết bị mà là hệ quả vật lý của phép đo dòng nối tiếp. Với CX3300A, mọi con số cần thiết đều có trong data sheet: 410 mΩ, 50 Ω, 4 Ω hay 5,5 mΩ tùy cảm biến và dải. Tính sụt áp theo dòng đỉnh trước khi đo, chọn dải và cảm biến theo kết quả đó, và kết quả đo dòng sẽ phản ánh đúng mạch của bạn chứ không phải mạch đã bị thiết bị đo làm thay đổi.
