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功耗測試方案

來源: | 作者:tpl-c7b3a99 | 發(fā)布時(shí)間: 2025-02-22 | 163 次瀏覽 | 分享到:

功耗分析測試概況

目前，世上萬物的互聯(lián)程度越來越高。大量傳感器和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備被用于工廠和家居領(lǐng)域。其中的許多產(chǎn)品使用低電壓、低電流、可充電或不可充電的小型電池。

考慮到高昂的更換成本和環(huán)境問題，電池需要具備較長的使用壽命。設(shè)計(jì)和選擇 IoT 設(shè)備時(shí)，電池使用壽命是一個(gè)重要因素。隨著萬物互聯(lián)程度越來越高，用戶的待機(jī)需求越來越高，用電設(shè)備的功耗分析，也變得越加重要。

功耗測試的特性與挑戰(zhàn)

IoT 設(shè)備絕大多數(shù)時(shí)間處于休眠狀態(tài)，電流能耗低，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行或通信時(shí)，電流能耗大，并且電流波形多樣復(fù)雜，會在休眠狀態(tài)和工作狀態(tài)來回切換，電流從幾 mA 到幾百 mA 來回快速切換。

IoT 設(shè)備特性及測試挑戰(zhàn)：

?特性 1. 有些 IoT 設(shè)備擁有高達(dá) 15 種不同的休眠模式，取決于該設(shè)備正在處理的工作，某些特定的組件是否參與工作。

測試挑戰(zhàn) 1：要求電源具有寬電流動態(tài)范圍，從幾 nA 到幾 A，以涵蓋 DUT 的休眠模式和工作模式。

?特性 2. IoT 設(shè)備模式轉(zhuǎn)換速度快。

測試挑戰(zhàn) 2：需要快速的負(fù)載恢復(fù)時(shí)間，以滿足 DUT 的快速切換需求。

需要足夠高的采樣速率以測量 DUT 較快的變化。

?特性 3. 精確測量在低電壓與低電流狀態(tài)下的 IoT 設(shè)備的真實(shí)功耗。

測試挑戰(zhàn) 3：要求電源具有高精度，并且可以得到長時(shí)間/高采樣率數(shù)據(jù)記錄以便后續(xù)分析。

?特性 4. 系統(tǒng)紋波噪聲很可能蓋過微小的電壓與電流信號，所以除了測量信號本身之外，還需要測量噪聲。

測試挑戰(zhàn) 4：要求電源具有低紋波噪聲與線性結(jié)構(gòu)。

?特性 5. IoT 工作電壓會低至+0.5 V dc，休眠時(shí)電壓較低，特別是長時(shí)間休眠狀態(tài)。

測試挑戰(zhàn) 5：要求電源具有遠(yuǎn)程監(jiān)控。

?特性 6. IoT 設(shè)備器件對電流敏感，電流的過沖容易導(dǎo)致設(shè)備敏感器件損壞。

測試挑戰(zhàn) 6：要求電源具有較低的電流過沖與較快的恢復(fù)能力。

?特性 7. IoT 設(shè)備工作時(shí)無法直接將測試引線連接到 IC，測試結(jié)果波形會受 IoT 設(shè)備的輸入電容影響。

測試挑戰(zhàn) 7：要求電源具有電容補(bǔ)償能力。

羅德與施瓦茨解決方案

現(xiàn)代直流電源具備高級性能和高精度測量功能，使用簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適用于此類測量任務(wù)。R&S?NGL200、R&S?NGM200 和 R&S?NGU201 專用電源與 SMU 具備出色的分辨率。R&S?NGU201 系列的分辨率可達(dá) 1uV/100pA，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確測量，輕松滿足目前 IoT 設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

針對前文所提測試挑戰(zhàn)，羅德與施瓦茨解決方案如下：

?測試挑戰(zhàn) 1：要求電源具有寬電流動態(tài)范圍，從幾 nA 到幾 A，以涵蓋 DUT 的休眠模式和工作模式。

羅德與施瓦茨解決方案 1：R&S 專業(yè)電源具有足夠?qū)挼碾娏鲃討B(tài)范圍，R&S?NGU201 的電流范圍從-8A~+8A，分辨率高達(dá) 100pA，足以涵蓋 DUT 的休眠模式和工作模式。

圖 1 R&S NGU201 回讀分辨率表格

?測試挑戰(zhàn) 2：需要快速的負(fù)載恢復(fù)時(shí)間，以滿足 DUT 的快速切換需求。需要足夠高的采樣速率以測量DUT快速的變化。

羅德與施瓦茨解決方案 2：R&S 專業(yè)電源依賴先進(jìn)的線性設(shè)計(jì)，負(fù)載響應(yīng)恢復(fù)實(shí)際可以低至 30us 以內(nèi)，相對于傳統(tǒng)電源，不論是電壓過沖還是電壓跌落還是恢復(fù)時(shí)間，都有較大的提升。

圖 2 R&S 專業(yè)電源負(fù)載恢復(fù)響應(yīng)電壓波形與普通電壓的對比

?測試挑戰(zhàn) 3：要求電源具有高精度，并且可以得到長時(shí)間/高采樣率數(shù)據(jù)記錄以便后續(xù)分析。

羅德與施瓦茨解決方案 3：羅德與施瓦茨專業(yè)性電源分辨率可達(dá) 6.5 位，R&S?NGU201 電流回讀精度可達(dá)<0.025%+15nA，可滿足 uA 級別的 IoT 設(shè)備功耗分析。

圖 3 R&S?NGU201 電流回讀精度表格

R&S 專業(yè)型電源的數(shù)據(jù)記錄采樣率可高達(dá) 500kSa/s，可每 2us 記錄一組電壓/電流值，記錄結(jié)果可保存在外插的 U 盤中，也可通過免費(fèi)上位機(jī)軟件存儲在電腦上，滿足用戶長時(shí)間/高采樣率數(shù)據(jù)記錄需求，面對短時(shí)間的異常，也可順利捕獲。