NB-IoT類產(chǎn)品功耗的研發(fā)測(cè)試方案

一、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中存在的問(wèn)題

在一些物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，有些場(chǎng)景由于使用電池供電，使得對(duì)產(chǎn)品有功耗要求。這就需要在產(chǎn)品研發(fā)階段，測(cè)試產(chǎn)品不同工作階段的功耗，以確保產(chǎn)品在電池供電的情況下，達(dá)到客戶要求的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。

二、該問(wèn)題帶來(lái)的危害及影響

如果不對(duì)NB-IoT產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的功耗測(cè)試，就無(wú)法評(píng)估出產(chǎn)品實(shí)際工作中所消耗的電量，無(wú)法選擇出為設(shè)備供電所適合的電池，如果選擇的電池容量超過(guò)產(chǎn)品實(shí)際工作周期中使用的電量，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加，造成不必要的浪費(fèi)；如果選擇的電池容量小于產(chǎn)品實(shí)際工作周期中消耗的電量，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品還未到達(dá)使用周期的情況下，電池電量已經(jīng)消耗完畢，達(dá)不到產(chǎn)品使用周期而無(wú)法工作。

三、解決方法

方法一

1、原理介紹

采用微安級(jí)功耗測(cè)試儀EMK850，給設(shè)備供電，串口接電腦端串口調(diào)試助手，通過(guò)串口助手設(shè)置NB產(chǎn)品不同的工作狀態(tài)（注網(wǎng)，待機(jī)，TCP連接上行通信，下行通信，斷開(kāi)連接，休眠），測(cè)試產(chǎn)品的電流值。測(cè)試儀上位機(jī)可以獲取到產(chǎn)品工作與休眠時(shí)的瞬態(tài)電流，平均電流以及某個(gè)時(shí)段的功耗，從而可以統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品在整個(gè)工作周期的功耗。

2、方案詳情

測(cè)試框圖

測(cè)試儀器實(shí)物

2.1 首先確認(rèn)NB產(chǎn)品所在場(chǎng)景下的信號(hào)覆蓋與接收信號(hào)質(zhì)量是否滿足基本要求，具體方法：

設(shè)備接天線，上電，串口接電腦USB口，通過(guò)上位機(jī)串口調(diào)試助手，發(fā)送對(duì)應(yīng)的AT指令測(cè)試信號(hào)質(zhì)量,如果信號(hào)質(zhì)量滿足通信基本要求，則表示測(cè)試產(chǎn)品功耗的指標(biāo)有意義。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，NB產(chǎn)品的信號(hào)參數(shù)一般包括：CSQ, RSRP,SNR,CEL等，具體指標(biāo)如下：CSQ>15; RSRP>-65dBm;SNR>25,CEL=0,1,2(具體內(nèi)容見(jiàn)研發(fā)階段NB產(chǎn)品信號(hào)測(cè)試方案：)

由上圖可知，CSQ=31，RSRP=-60dBm,SNR=110,ECL=0,信號(hào)質(zhì)量符合要求。

2.2. 分析儀外接電源，用 USB 線連接分析儀和電腦。上位機(jī)將自動(dòng)識(shí)別功耗分析儀設(shè)備、打開(kāi)設(shè)備數(shù)據(jù)通信

端口，并顯示設(shè)備就緒字樣。 安裝并運(yùn)行上位機(jī)軟件，點(diǎn)擊啟動(dòng)，可以看到電壓和空載時(shí)的噪音波形。

2.3 前面板的紅黑接線 柱為電源輸出，連接待測(cè)NB設(shè)備正負(fù)極。 確認(rèn)輸出電壓無(wú)誤后連接待測(cè)設(shè)備到分析儀前面板的電源輸出端

2.4. 安裝并運(yùn)行上位機(jī)軟件，上位機(jī)將自動(dòng)識(shí)別功耗分析儀設(shè)備、打開(kāi)設(shè)備數(shù)據(jù)通信端口，顯示設(shè)備就緒字樣，設(shè)定NB設(shè)備工作電壓，點(diǎn)擊啟動(dòng)，可以看到電壓和空載時(shí)的噪音波形，波形下方可以看到設(shè)備的實(shí)時(shí)電流與某個(gè)時(shí)間的功耗。黃色曲線是最大值曲線，藍(lán)色是平均值，計(jì)算功耗用平均值，最大值一般時(shí)間很短，只是能體現(xiàn)一些電流特征，有參考意義。 波形圖上，在需要的位置鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊設(shè)置顯示虛線游標(biāo)。游標(biāo)可拖動(dòng)到指定位置，便于查看特定時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值。

2.5.測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品注網(wǎng)功耗，產(chǎn)品上電后，NB設(shè)備開(kāi)始初始化操作，包括識(shí)別SIM卡，并自動(dòng)注冊(cè)附件的基站，獲取IP地址與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。當(dāng)連接NB串口的調(diào)試助手接收窗口收到時(shí)間信息時(shí)，表示注網(wǎng)成功。

注網(wǎng)功耗與NB設(shè)備注網(wǎng)時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)功耗越大（通常狀況下注網(wǎng)時(shí)間為10s左右，不超過(guò)30s）。此時(shí)通過(guò)游標(biāo)統(tǒng)計(jì)注網(wǎng)時(shí)的功耗。如下圖所示：注網(wǎng)時(shí)間28s, 注網(wǎng)電流 11.39mA，注網(wǎng)功耗為：156μA*h

2.6.測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品待機(jī)功耗，設(shè)備注網(wǎng)后，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，功耗會(huì)下降到1mA以下，如下圖所示：平均功耗368.6μA.

2.7. 測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品TCP聯(lián)網(wǎng)上行功耗，如下圖所示：平均功耗21.54mA.

2.7. 測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品TCP聯(lián)網(wǎng)下行功耗，如下圖所示：平均功耗21.75mA.

2.8 測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品休眠功耗，測(cè)試電流超出屏幕顯示范圍建議點(diǎn)擊”自動(dòng)縮放” 電流精度可以到達(dá)微安級(jí)，可以測(cè)試NB設(shè)備的休眠功耗。如下圖所示：休眠平均功耗：1.23μA

2.7.游標(biāo)統(tǒng)計(jì)（波形圖上，在需要的位置鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊設(shè)置顯示虛線游標(biāo)。游標(biāo)可拖動(dòng)到指定位置，便于查看特定時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值） ，對(duì)應(yīng)NB設(shè)備，可以通過(guò)游標(biāo)統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)NB設(shè)備一個(gè)工作周期的功耗（工作開(kāi)始與工作結(jié)束設(shè)備實(shí)時(shí)功耗均為為微安級(jí)，如上圖所示）

2.8設(shè)備功耗統(tǒng)計(jì)

用游標(biāo)統(tǒng)計(jì)（波形圖上，在需要的位置鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊設(shè)置顯示虛線游標(biāo)。游標(biāo)可拖動(dòng)到指定位置，便于查看特定時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值） ，對(duì)應(yīng)NB設(shè)備，可以通過(guò)游標(biāo)統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)NB設(shè)備一個(gè)工作周期的功耗（工作開(kāi)始與工作結(jié)束設(shè)備實(shí)時(shí)功耗均為為微安級(jí)，如上圖所示）

采用上述方法，記錄設(shè)備一個(gè)工作周期內(nèi)的功耗（游標(biāo)統(tǒng)計(jì)下的功耗）:P，再乘以設(shè)備需要的工作次數(shù):N,表示設(shè)備整個(gè)工作周期的功耗，再加上設(shè)備時(shí)的功耗：設(shè)備總的待機(jī)時(shí)間:T，乘以休眠功耗P1。

設(shè)備整個(gè)待機(jī)時(shí)間的功耗為：P*N+P1*T

注：NB產(chǎn)品通常情況下設(shè)備工作時(shí)長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)備休眠時(shí)長(zhǎng)，故將休眠時(shí)間近似認(rèn)為是整個(gè)設(shè)備待機(jī)的時(shí)間

例如：NB產(chǎn)品需要待機(jī)3個(gè)月，每天發(fā)送2次數(shù)據(jù)，每次發(fā)送的平均功耗為250μA*h, 休眠功耗為2μA ,3個(gè)月的待機(jī)功耗為：3*30*2*250μA*h+2μA*24h*30*3=45+4=49mA*h

3、需要的測(cè)試設(shè)備或測(cè)試環(huán)境

5V或者12V直流電源適配器

USB數(shù)據(jù)線

功耗測(cè)試儀EMK850及上位機(jī)

操作手冊(cè).pdf

EMK系列功耗儀1分鐘快速使用.docx

方法二

1、原理介紹

用萬(wàn)用表，串聯(lián)進(jìn)設(shè)備供電電路中，直接測(cè)量設(shè)備負(fù)載電流

2、方案詳情

2.1按照上圖搭建測(cè)試環(huán)境

2.2萬(wàn)用表檔位調(diào)整到電流檔，表筆接電流測(cè)試端

2.3按下電源開(kāi)關(guān)，觀察萬(wàn)用表電流數(shù)值，此數(shù)值為設(shè)備的瞬態(tài)電流有效值

注：此種方法只能測(cè)試設(shè)備電壓，電流的瞬時(shí)值，有效值，無(wú)法測(cè)試出設(shè)備的平均電流，電壓，可作為方法1的補(bǔ)充和對(duì)照。

3、需要的測(cè)試設(shè)備或測(cè)試環(huán)境

直流電源適配器

萬(wàn)用表

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審核編輯 黃宇