功耗測試儀Power Monitor被國產(chǎn)Power Monitor mini PK了

本人研發(fā)工程師一枚，從事智能穿戴和AI行業(yè)，平時(shí)除了本職工作之外，還喜歡關(guān)心一下當(dāng)下的政策，可能跟我閑暇時(shí)間看看A股有關(guān)吧。

今年的兩會(huì)，不知道有沒有像我一樣的工程師關(guān)注了，其中有一個(gè)點(diǎn)讓我深受感觸，就是科學(xué)儀器提案：”關(guān)注國產(chǎn)替代，大力發(fā)展高端儀器儀表”。非常多的代表都基于此發(fā)表了觀點(diǎn)，從中我看到了兩個(gè)詞，研發(fā)和替代。研發(fā)固然是重要的，但是替代更重要，也需要我們科技類的公司和工程師要勇于去用，敢于取用，用的多了，也便完成了替代。

功耗測試儀Power Monitor是美國Monsoon公司的一款電流分析儀，也叫功耗測試儀，雖然字面上的意思是電源監(jiān)控器，但這并不重要，實(shí)際上就是一款兼?zhèn)?a target="_blank">電源和測量電流功能的設(shè)備。

Power Monitor這款設(shè)備的市面價(jià)格并不是很美好，大家可以搜一下，京東上的價(jià)格在9800人民幣。我記得在2016年的時(shí)候我就使用過這款設(shè)備，當(dāng)時(shí)使用起來還是比較開心的，主要是因?yàn)楣静少彽腒eysight N6705設(shè)備總是被同事們使用著，所以只能退而求其次，而且當(dāng)時(shí)市面的可選類似的可以測試微安級(jí)到安培級(jí)的分析設(shè)備真的太少了，而且都是非常昂貴的，國產(chǎn)的設(shè)備基本上看不到。

但最近終于找到一款性價(jià)比和性能都非常好的國產(chǎn)功耗測試儀：Power Monitor Mini。

首先申明下，本人并不是在做廣告，是真實(shí)的從本行業(yè)功耗測試的各個(gè)維度上，將兩者進(jìn)行對(duì)比一下，同時(shí)也和大家分享一下，我們國產(chǎn)的儀器儀表設(shè)備的性能真的可以替代那些外國貨。

話不多說，現(xiàn)在咱就開始進(jìn)行對(duì)比測試。測試對(duì)比的內(nèi)容包括兩個(gè)方面：

靜態(tài)電流測試對(duì)比；

動(dòng)態(tài)電流測試對(duì)比；

【靜態(tài)電流測試篇】

分別使用美國Power Monitor設(shè)備和國產(chǎn)Power Monitor Mini設(shè)備（可簡稱為Power Mini），按照空載以及一些電阻負(fù)載進(jìn)行電流測試對(duì)比。Power Monitor對(duì)應(yīng)的上位機(jī)軟件工具是Power Tool，Power Monitor Mini對(duì)應(yīng)的上位機(jī)工具是Esight。

空載電流對(duì)比

兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置2V電源輸出，輸出端不接任何負(fù)載，進(jìn)行空載下的底噪電流對(duì)比。從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備的平均底噪為20uA+，同時(shí)瞬態(tài)的底噪電流有可能達(dá)到40uA。Power Mini設(shè)備的平均底噪為5nA左右，而瞬態(tài)的底噪電流也只有可nA級(jí)別的波動(dòng)。可見Power Monitor完全不能準(zhǔn)確的測試20uA以下的小電流，而Power Mini測試的精度可以到達(dá)nA級(jí)別，更重要的是Power Mini還具有電流底噪校零功能，可以將那幾個(gè)nA的底噪校零到0nA。

10M電阻負(fù)載電流對(duì)比

現(xiàn)使用10M的電阻負(fù)載進(jìn)行測試對(duì)比，兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置2V電源輸出，理論上負(fù)載電流值為200nA。細(xì)心的小伙伴應(yīng)該從下圖觀察到了，電阻負(fù)載并不是一個(gè)純的電阻負(fù)載，而是并上了一個(gè)電容，這其實(shí)是我為了真實(shí)的模擬測試負(fù)載，因?yàn)槲覀兤綍r(shí)在評(píng)估一些器件芯片的開發(fā)板，或者一些具體的產(chǎn)品功耗時(shí)，電容在大部分情況下都是存在的。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備的測試電流依舊保持底噪電流20uA的數(shù)值，但Power Mini設(shè)備的測試電流為216nA，我們排除電源的輸出紋波的影響以及電阻精度的影響，這個(gè)測試的電流值基本上和理論值接近，可見國產(chǎn)Power Mini設(shè)備可以檢測到微小電流，而國外的這款Power Monitor設(shè)備完全檢測不到。

1M電阻負(fù)載電流對(duì)比

為了進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)比，我們?cè)俅问褂?M的電阻負(fù)載進(jìn)行。兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置2V電源輸出，理論上負(fù)載電流值為2uA。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備的測試電流依舊保持底噪電流20uA的數(shù)值，并不能檢測到2uA的電流。

但Power Mini設(shè)備的測試電流為2.111uA，同樣，排除電源的輸出紋波的影響以及電阻精度的影響，這個(gè)測試的電流值基本上和理論值接近，可見國產(chǎn)Power Mini設(shè)備的微小電流測試功能還是不錯(cuò)的，這個(gè)微小電流測試功能也完全碾壓國外的這款Power Monitor設(shè)備。

10K電阻負(fù)載電流對(duì)比

為了滿足Power Monitor設(shè)備的測試范圍，我們使用10K的電阻負(fù)載進(jìn)行。兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置2V電源輸出，理論上負(fù)載電流值為200uA。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備的測試電流為0.22mA，我們假設(shè)Power Monitor設(shè)備的電流底噪為20uA，那么10K的電阻負(fù)載的測試電流確實(shí)為200uA。但是如果我們假設(shè)Power Monitor設(shè)備的電流底噪為25uA，那么10K的電阻負(fù)載的測試電流為195uA。

Power Mini設(shè)備的測試電流為202.131uA，同樣，排除電源的輸出紋波的影響以及電阻精度的影響，這個(gè)測試的電流值基本上和理論值接近，測試的精度可為1%?？梢妵a(chǎn)Power Mini設(shè)備的測試精度也是非常不錯(cuò)的?，F(xiàn)在低功耗的MCU、SOC以及一些傳感器的電流都是非常的低了，幾個(gè)uA的休眠電流已經(jīng)是非常常見的，這就更需要小電流測試功能的測試設(shè)備，國產(chǎn)的Power Mini功耗測試設(shè)備卻做到了這一點(diǎn)。

1K電阻負(fù)載電流對(duì)比

我們使用1K的電阻負(fù)載進(jìn)一步測試對(duì)比mA級(jí)別的電流精度。兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置2V電源輸出，理論上負(fù)載電流值為2mA。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備的測試電流為2.02mA，我們假設(shè)Power Monitor設(shè)備的電流底噪為20uA，那么1K的電阻負(fù)載的測試電流確實(shí)為2mA。

Power Mini設(shè)備的測試電流為2.004mA，與理論值基本上保持一致，測試的精度也是小于1%，可見國產(chǎn)Power Mini設(shè)備的mA級(jí)別的小電流測試精度也是非常不錯(cuò)的。

100Ω電阻負(fù)載電流對(duì)比

我們使用100Ω的電阻負(fù)載測試對(duì)比mA級(jí)別稍大一些的電流精度。兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置5V電源輸出，理論上負(fù)載電流值為50mA。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備的測試電流為49.87mA，如果排除電源的輸出精度的影響以及電阻精度的影響，這個(gè)測試的電流值與理論值相差130uA，誤差精度為0.26%，可見測試精度小于1%。

Power Mini設(shè)備的測試電流為50.158mA，與理論值相差158uA，誤差精度為0.31%，可見測試精度也是小于1%的。國產(chǎn)Power Mini設(shè)備的mA級(jí)別的稍大電流測試精度也是非常不錯(cuò)的。

【動(dòng)態(tài)電流測試篇】

分別使用美國Power Monitor設(shè)備和國產(chǎn)Power Monitor Mini設(shè)備（可簡稱為Power Mini），按照一些產(chǎn)品負(fù)載進(jìn)行電流測試對(duì)比。Power Monitor對(duì)應(yīng)的上位機(jī)軟件工具是Power Tool，Power Monitor Mini對(duì)應(yīng)的上位機(jī)工具是Esight。

智能手環(huán)電流對(duì)比

兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置成電池電壓3.8V輸出，給待測手環(huán)產(chǎn)品供電。分別在手環(huán)產(chǎn)品工作在idle狀態(tài)和休眠狀態(tài)下的電流值進(jìn)行測試對(duì)比。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備測試手環(huán)的休眠電流顯示為0.08mA，由于Power Monitor設(shè)備的底噪電流為20uA+，所以測試的手環(huán)休眠電流應(yīng)該為50uA多。Power Mini設(shè)備測試手環(huán)的休眠電流顯示為52.11uA。

為了確認(rèn)電流的準(zhǔn)確性，我們同樣使用Keysight的N6705設(shè)備進(jìn)行同比測試一下手環(huán)的休眠電流。下圖的N6705設(shè)備測試的平均電流顯示的為57.454uA。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備測試手環(huán)的idle狀態(tài)電流顯示為0.12mA，由于Power Monitor設(shè)備的底噪電流為20uA+，所以測試的手環(huán)休眠電流應(yīng)該為90uA多。Power Mini設(shè)備測試手環(huán)的休眠電流顯示為88.57uA。

同樣為了確認(rèn)電流的準(zhǔn)確性，我們同樣使用Keysight的N6705設(shè)備進(jìn)行同比測試一下手環(huán)的idle狀態(tài)下的電流。下圖的N6705設(shè)備測試的平均電流顯示的為89.877uA。

總結(jié)一下手環(huán)的兩個(gè)狀態(tài)的電流測試數(shù)據(jù)，我們以十幾萬元價(jià)格的N6705設(shè)備的測試數(shù)據(jù)作為標(biāo)桿，那么可以得到美國Power Monitor設(shè)備和國產(chǎn)Power Monitor Mini設(shè)備（可簡稱為Power Mini）的動(dòng)態(tài)電流測試的誤差在1~5uA左右，精度均為1%。所以，從動(dòng)態(tài)小電流的測量精度上看，國產(chǎn)Power Monitor Mini設(shè)備與美國Power Monitor設(shè)備完全可以打個(gè)平手。

4G/LTE通信產(chǎn)品電流對(duì)比

兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置成電池電壓3.8V輸出，給待測4G通信產(chǎn)品供電。分別在4G通信產(chǎn)品進(jìn)入某工作狀態(tài)下的電流值進(jìn)行測試對(duì)比。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備測試4G通信產(chǎn)品某工作狀態(tài)下的電流顯示為24.69mA，由于Power Monitor設(shè)備的底噪電流為20uA+，所以測試的實(shí)際電流值應(yīng)該為24.67mA。Power Mini設(shè)備測試4G通信產(chǎn)品某工作狀態(tài)下的電流顯示為24.648mA，此電流值與Power Monitor設(shè)備的測試值基本上是一致的，相差僅20uA。

手機(jī)產(chǎn)品電流對(duì)比

兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置成電池電壓4.2V輸出，給待測手機(jī)產(chǎn)品供電。分別查看一下手機(jī)開機(jī)時(shí)候的電流情況。需要強(qiáng)調(diào)一下，因?yàn)樵嚵撕脦状蜳ower Monitor設(shè)備設(shè)置成3.8V輸出時(shí)，手機(jī)開機(jī)的時(shí)候不斷的重啟，可能由于大電流跌落導(dǎo)致，這里也不再深究。但是Power Mini設(shè)備輸出3.8V，手機(jī)是可以正常開機(jī)的。為了條件統(tǒng)一，所以兩個(gè)功耗分析儀均設(shè)置成4.2V輸出進(jìn)行測試。

實(shí)際上對(duì)手機(jī)開機(jī)的電流平均值的測試意義并不大，因?yàn)閺氖謾C(jī)注網(wǎng)的角度上看，每次測試的電流平均值或多或少都是有些差異。所以，本次的測試對(duì)比的目的就是查看兩個(gè)功耗分析儀對(duì)手機(jī)開機(jī)的峰值電流的檢測。

從下圖中可以看到：Power Monitor設(shè)備測試電流峰值為3.4A左右，Power Mini設(shè)備測試的電流峰值（最大值）顯示為3.461A，此電流峰值與Power Monitor設(shè)備的測試值基本上是一致的?？梢妵a(chǎn)Power Mini設(shè)備的在大電流檢測下也是不錯(cuò)的。

以上就是本人從靜態(tài)負(fù)載和動(dòng)態(tài)負(fù)載兩個(gè)維度，將國產(chǎn)的功耗測試儀Power Monitor mini和國外的功耗分析儀Power Monitor進(jìn)行了對(duì)比，從精度和性能上來看，兩者基本上差異不大，國產(chǎn)的功耗測試儀Power Monitor mini完全可以替代Power Monitor設(shè)備。而且從微小電流的測試角度看，Power Monitor mini完勝。

關(guān)注國產(chǎn)替代，大力發(fā)展高端儀器儀表，這是兩會(huì)的內(nèi)容，也是我們科技產(chǎn)品的需求。希望國產(chǎn)設(shè)備越來越好，越來越多的支持者。

最后，希望大家也多多支持國產(chǎn)儀器儀表設(shè)備，助力國產(chǎn)儀器儀表設(shè)備。

審核編輯 黃宇