如何測(cè)試低功耗設(shè)備的平均電流

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電路的集成度和運(yùn)算數(shù)據(jù)量顯著增大，這導(dǎo)致電路的功耗急劇增加。同時(shí)很多電子產(chǎn)品，如IOT設(shè)備、便攜式電池供電產(chǎn)品、汽車傳感器等，為了保證較長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)，必須進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)，那么如何評(píng)估設(shè)備的功耗也是非常棘手的事情，接下來(lái)分享一些低功耗設(shè)備的測(cè)試方法。

首先了解低功耗設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)：

1. 工作模式：用以保證設(shè)備基本功能的狀態(tài)，此時(shí)設(shè)備消耗最大的運(yùn)行電流，運(yùn)行電流一般在mA或A級(jí)別，設(shè)計(jì)者一般會(huì)減少工作模式的時(shí)間來(lái)減少功耗。

2. 待機(jī)模式：待機(jī)模式是為工作模式進(jìn)行預(yù)處理或后處理的狀態(tài)，一般運(yùn)行電流在mA級(jí)別，該模式下的運(yùn)行時(shí)間也是盡量減少。

3. 睡眠模式：睡眠狀態(tài)下設(shè)備以極小的電流保證外部喚醒或執(zhí)行內(nèi)部周期性喚醒，該模式下運(yùn)行電流可達(dá)到μA甚至nA級(jí)別，在保證正常功能要求的情況下會(huì)盡可能增加該模式的時(shí)間占比，以降低設(shè)備的平均電流。

低功耗設(shè)備以這三種工作模式交替運(yùn)行，工作模式和待機(jī)模式的運(yùn)行時(shí)間往往只有幾毫秒，用普通的測(cè)量?jī)x器很難捕捉到這毫秒級(jí)的電流變化，而且同時(shí)測(cè)試nA到A級(jí)別跨度9個(gè)數(shù)量級(jí)的電流，不需要手動(dòng)切換測(cè)試檔位，且能夠快速響應(yīng)并測(cè)試電流變化是測(cè)試的關(guān)鍵。方法一：分別測(cè)試不同模式再進(jìn)行計(jì)算

對(duì)于低功耗設(shè)備的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，很容易想到單獨(dú)測(cè)試三種工作模式的運(yùn)行電流，再根據(jù)其周期占比計(jì)算平均功耗的方法。

首先需要可以設(shè)定工作模式，并在該模式下保持，然后用萬(wàn)用表等工具測(cè)試不同模式下的電流，再根據(jù)每種模式的時(shí)間比例計(jì)算平均功耗。但是這種方式無(wú)法以產(chǎn)品的最終狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，很難做較大的樣本量測(cè)試，而且無(wú)法評(píng)估在模式切換過(guò)程中產(chǎn)生的瞬態(tài)電流。

方法二：串聯(lián)電阻用示波器測(cè)試壓降

這也是一種比較簡(jiǎn)單的方式，將小電阻串聯(lián)在該模塊輸入電源的入口，比如1歐姆的電阻，然后用示波器測(cè)試電阻兩端的電壓差，該電壓差除于電阻值，將得到精確的電流值。如圖所示：

如果電阻選擇太小，示波器測(cè)試的信號(hào)也會(huì)很小，尤其是睡眠模式下的小電流信號(hào)甚至可能被噪聲淹沒(méi)，如果電阻選擇比較大，在工作模式下電阻產(chǎn)生的分壓會(huì)影響設(shè)備的電源穩(wěn)定。

方法三：電源分析儀

Keysight N6705C 直流電源分析儀可以更快向被測(cè)器件輸入直流電壓和電流以及測(cè)量這些電壓和電流，其綜合了數(shù)字萬(wàn)用表、示波器、任意波形發(fā)生器和數(shù)據(jù)記錄儀的功能。

但是N6705C 的本質(zhì)也是一個(gè)直流電源，更多時(shí)候我們需要評(píng)估自己設(shè)備的電源模塊或電池供電的情況下的運(yùn)行狀態(tài)，N6705C就沒(méi)辦法評(píng)估外置電源的輸出功率，同時(shí)其售價(jià)和較大的體積也將很多工程師拒之門外。那么有沒(méi)有更順手的測(cè)試工具呢？有！接下來(lái)介紹一款非常適合低功耗測(cè)試的神器。

方法四：低功耗測(cè)試神器

有一款神器：

它可以連接電源和待測(cè)器件中間，實(shí)時(shí)檢測(cè)待測(cè)器件的消耗；

它最大可以測(cè)試±60V的直流電壓，可測(cè)試50nA-10A的電流，無(wú)需手動(dòng)切換測(cè)試檔位；

最高達(dá)100kHz的采樣率，可以捕捉μs級(jí)的瞬態(tài)電流；

通過(guò)高速USB與主機(jī)通訊，使用電腦軟件查看測(cè)試結(jié)果和測(cè)試波形；

可以本地保存測(cè)試數(shù)據(jù)，軟件能夠輕松處理上億的測(cè)試數(shù)據(jù)量；

隔離設(shè)計(jì)，增加穩(wěn)定性，保護(hù)通訊接口；

測(cè)試連接簡(jiǎn)單，體型小巧便攜，千元級(jí)的價(jià)格......

這就是為低功耗測(cè)試量身定做的神器—PowerScope直流功率分析儀。

使用很簡(jiǎn)單，重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)接口：

USB口：使用USB數(shù)據(jù)線連接電腦，電腦通過(guò)USB口給儀器供電，同時(shí)與設(shè)備進(jìn)行通訊，打開(kāi)PowerScope Sight軟件，軟件自動(dòng)與設(shè)備連接；

電源輸入端：香蕉頭連接器，用于連接被測(cè)器件的供電電源，最大輸入電壓是32V或60V（根據(jù)儀器型號(hào)確認(rèn)）；

電源輸出端：香蕉頭連接器，用于連接被測(cè)器件，最大輸出電流不超過(guò)10A。

連接后，通過(guò)PowerScope Sight軟件就可以實(shí)時(shí)查看電流電壓和功率的波形以及測(cè)試的結(jié)果，測(cè)試的結(jié)果包括電流（最大值、最小值、平均值）、電壓（最大值、最小值、平均值）、功率（最大值、最小值、平均值）、電量、能量等信息。因此不僅僅可以測(cè)試平均電流，還可以查看和分析瞬態(tài)的電流和功耗，完美的實(shí)現(xiàn)對(duì)低功耗設(shè)備的評(píng)估測(cè)試。

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審核編輯 黃宇