關(guān)于ZVC功耗測試解決方案的分析和介紹

1. 引言

在當(dāng)今IoT的時(shí)代，移動(dòng)通信IoT產(chǎn)品電池需要待機(jī)10年，電源的功耗測試就變得越來越重要，比如，規(guī)范對(duì)于超低功耗的IoT產(chǎn)品的功能有了新的定義，在R12和R13版本中，標(biāo)準(zhǔn)定義了PSM和eDRX兩個(gè)功能，盡可能的來降低IoT產(chǎn)品的功耗。而且現(xiàn)在隨著智能手機(jī)的各種App應(yīng)用，也要求在手機(jī)節(jié)電方面進(jìn)行各種新功能的功耗測試。針對(duì)這些功耗測試的需求，R&S公司給出了ZVC功耗測試解決方案：ZVC+CMW500+CMWRun自動(dòng)化功耗測試解決方案。（如圖1）

圖1

2. R&SRT-ZVC02/R&SRT-ZVC04雙通道/四通道 功耗探測盒子

最新的耗電測試規(guī)范不僅要求測試電流，還要求測試電壓，包括以高采樣速率計(jì)算瞬間功率。這種測試用例要求被測件必須工作在實(shí)際場景之中，就需要用電池或者USB真實(shí)供電，不能采用假電替代。ZVC的高精度和全功能等特點(diǎn)，正是解決這種測試用例的不二之選。下面就來看一下ZVC的工作原理：（如圖2）

從圖中我們可以看出ZVC每個(gè)通道從上到下分別有兩路對(duì)待測信號(hào)進(jìn)行采樣，上面一路是我們對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，下面一路是我們對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣。這兩路的ADC采樣器分別達(dá)到了18 Bit位。從而保證了每路信號(hào)5MSample/s的高采樣速率。電壓V和電流I的采樣信號(hào)分別以5MSample/s的速率進(jìn)行乘法器運(yùn)算，從而可以得到我們所需要的瞬時(shí)功率信號(hào)P，這三個(gè)采樣信號(hào)分別作為Input輸入到接下來的Arithmetics數(shù)學(xué)運(yùn)算器里面進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，從而得到我們所需要的電壓，電流和功率的測試結(jié)果，這些測試結(jié)果包括Min，Max，Average和RMS值。之后，將這些測試結(jié)果通過Decimation抽樣平均后以最高50KSample/s的速率通過USB3.0總線傳輸給安裝在本地電腦的CMWRun軟件，進(jìn)行圖形化顯示。

圖2: Internal view of the R&SRT-ZVC02/R&SRT-ZVC04 showing data process

下圖是ZVC的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)：（如圖3）

圖3

下圖是ZVC的兩種型號(hào)：ZVC02和ZVC04（如圖4）

圖4: R&SRT-ZVC02 和R&SRT-ZVC04

3. R&S CMW500 綜合測試儀

CMW500作為業(yè)界無線綜合測試儀的標(biāo)桿已經(jīng)被廣大用戶們所使用。CMW500以其操作簡單靈活，使用穩(wěn)定，多功能于一身的特點(diǎn)被廣大用戶們所喜愛。從圖5中我們可以看出，CMW500所支持的無線通信制式已經(jīng)涵蓋了所有的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。其中包括Cellular部分的2G，3G，4G標(biāo)準(zhǔn)；還包括Non Cellular部分的WLAN和藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)（其中WLAN可以支持到11ac，藍(lán)牙可以支持到BLE5.0）；還有今年很熱的新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)NB-IoT和eMTC；以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層的語音Volte和數(shù)據(jù)流量的測試。

有了這些功能的支持，我們就可以構(gòu)建被測件和CMW500之間的各種測試環(huán)境，從而進(jìn)行相應(yīng)測試環(huán)境下的功耗測試。比如，我們可以通過CMW500模擬一個(gè)LTE的小區(qū)，通過CMW500對(duì)被測試數(shù)據(jù)卡進(jìn)行上行功率的控制，在各個(gè)不同的手機(jī)發(fā)射功率點(diǎn)進(jìn)行耗電測試。這個(gè)過程中對(duì)CMW500 LTE小區(qū)的配置以及ZVC的配置，我們都可以通過CMWRun這款自動(dòng)化測試軟件來完成。

圖5

4. R&S CMWRun

CMWRun是一款自動(dòng)化測試軟件，他需要安裝在本地電腦，要求至少在1.8.8版本及以上，安裝過程中需要勾選R&S RT-ZVC選項(xiàng)，如圖6中紅框部分。CMWRun進(jìn)行功耗測試的選件是KT051，這個(gè)選件可以幫助我們通過CMWRun收集到從ZVC處測試得到的電壓值，電流值以及計(jì)算出的瞬時(shí)功率值，并將這些測試結(jié)果通過時(shí)間軸的形式顯示出來。在測試序列的編輯中，我們可以指定信令觸發(fā)事件，比如LTE attached, connected, idle state or IMS registration, 當(dāng)信令事件被觸發(fā)后，測量將會(huì)以更多的采樣數(shù)據(jù)，更精細(xì)的測試結(jié)果顯示，幫助工程師們更為深入具體的分析測試結(jié)果。

CMWRun同樣準(zhǔn)許ZVC進(jìn)行真實(shí)場景的耗電測試，比如被測試件可以用正常的工作方式進(jìn)行供電：電池供電（不是假電），USB線供電或者是AC adapter交流轉(zhuǎn)換器供電等。

同樣因?yàn)閆VC的多通道，可以通過CMWRun監(jiān)測各個(gè)通道的耗電情況，這樣就可以監(jiān)測被測試件板級(jí)各個(gè)組件的獨(dú)立耗電情況，比如ZVC的通道1可以監(jiān)測板子的射頻部分耗電，通道2可以監(jiān)測板子處理器的耗電，通道3可以監(jiān)測整塊板子的耗電等等。這樣，工程師們通過對(duì)測試結(jié)果的對(duì)比分析，就可以進(jìn)行有目的的降低功耗改進(jìn)了。

圖6

CMWRun通過網(wǎng)口或者GPIB的控制方式與CMW500進(jìn)行通信，通過USB3.0數(shù)據(jù)線與ZVC進(jìn)行通信，被測件LTE數(shù)據(jù)卡通過一個(gè)USB adapter（R&S演示用設(shè)備，方便ZVC電壓表與電流表接線），LTE數(shù)據(jù)卡通過USB正常供電，因?yàn)镃MW500自帶USB接口，所以方便起見，直接將供電USB線接到CMW500自帶U口上面。這樣，耗電測試的環(huán)境setup完成。如圖7所示。

圖7

接下來要通過CMWRun編輯測試序列，自動(dòng)化控制CMW500和ZVC進(jìn)行功耗測試了。圖8中包含兩個(gè)測試序列，左邊序列是LTE信令測試環(huán)境配置序列，控制CMW500配置LTE數(shù)據(jù)卡不同的發(fā)射功率點(diǎn)：0dBm，10dBm和23dBm；右邊是控制ZVC的功耗測試序列，詳細(xì)的配置參數(shù)可以同過雙擊此序列打開，如圖9，這個(gè)序列是通過左邊LTE配置序列黑框中的測試步驟調(diào)用執(zhí)行的。LTE測試序列執(zhí)行之時(shí)，也在并行的調(diào)用功耗測試序列，從而對(duì)LTE數(shù)據(jù)卡3個(gè)不同發(fā)射功率點(diǎn)的功耗進(jìn)行測試。已到達(dá)功耗測試的目的。

圖8：R&S CMWrun CMW-KT051 controlling R&S CMW500 + R&S RT-ZVCxx: power consumption monitoring with signaling event markers – key parts of report with signaling event marker from LTE reconfiguration and increasing the UL power.

圖9

圖10就是CMWRun自動(dòng)化功耗測試的結(jié)果。橫軸是電壓，電流和功率單位，縱軸是時(shí)間單位。從上到下的4條紅線分別是channel reconfig，UL power=0dBm，10dBm和23dBm的信令事件觸發(fā)標(biāo)記點(diǎn)。觸發(fā)之后，采樣點(diǎn)也從原來的100ms采樣一個(gè)點(diǎn)變成了10ms一個(gè)，數(shù)據(jù)變得更為精細(xì)。并且測試報(bào)告中會(huì)給出每兩個(gè)觸發(fā)事件之間功耗測試結(jié)果的平均值，最大值和最小值，方便工程師們對(duì)測試結(jié)果總結(jié)和分析。從測試報(bào)告中我們可以明顯的看出，隨著LTE數(shù)據(jù)卡上行發(fā)射功率的增加，電源功耗也有明顯增加的跡象，這些都屬于功耗的正常行為。這里就不再詳細(xì)分析了。

圖10：R&S CMWrun CMW-KT051 power consumption monitor with signaling event in detail

5. 結(jié)束語

R&S ZVC+CMW500+CMWRun自動(dòng)化功耗測試解決方案已經(jīng)逐步走進(jìn)市場，為廣大用戶所熟知并接受。R&S公司也將繼續(xù)致力于無線測試解決方案的研發(fā)與推廣。和廣大無線通訊領(lǐng)域用戶一起前進(jìn)，再創(chuàng)佳績。