低功耗产品开发测试面临的挑战以及高性价比解决方案

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低功耗产品开发测试面临的挑战以及高性价比解决方案

一、前言

随着物联网的深入发展，越来越多的采用电池供电的终端开始出现，各种LORA,  NB,  4G终端需要部署在无法供电的地点，电池供电成为了唯一的选择。那么这些电子产品研发阶段对其功耗的评测就显得尤为重要。

同时可穿戴设备也越来越多的深入到大众生活的各个领域，蓝牙耳机，蓝牙手环，体温监测，血压监测，血糖监测等等产品，都无不对功耗有着严格的要求。

因此，我们首先来分析一下，低功耗产品的功耗测试都面临那些挑战？

1. 希望尽可能小容量的电池，能够工作的更久。因此常常需要在功耗问题上瑕疵必究，也就是观察uA级别甚至nA级别的休眠电流差别，一点一点的调试挖掘产品省电的潜力。这就要求电流测量设备要有足够的小电流分辨能力，uA是基本要求，最好能够分辨nA级别的变化。

2. 低功耗产品往往具有更大的动态电流变化。为了降低功耗，低功耗产品一般都会采用间歇式工作的模式，就是休眠一段时间，然后醒来工作一个时隙。很多低功耗产品休眠的时候电流可以达到uA级别，有的甚至达到nA级别。但是一旦睡醒后，一般电流都会快速上升到数十mA的级别，甚至有些具有大功率发射的或者大功率执行输出的产品，瞬态电流会上升的几A的水平。那么能够适应电流从接近0直到几A的瞬态变化，并且保持足够的精度，成为了最大的挑战。

3. 工作电流和电压变化最好能购无限制的记录下来，以方便工程师debug自己的硬件以及软件。

4. 电池工作时间的评估。传统设计中，低功耗产品工程师需要分开测量休眠和工作时隙的电流，然后根据时隙宽度分别计算功耗，在评估产品的平均功耗，用电池容量来计算预计的工作寿命，这是一个比较繁琐的过程，每次重新测试，重新计算，搞得工程师很疲劳。

5. 标准电源供电与实际电池供电的差异。这也是很多低功耗产品工程师特别容易忽略的一个问题。笔者曾经就犯过这样的错误，用标准电源供电测试估算，功耗非常理想，结果实际运营后发现大量终端提前电池耗尽。结果发现是实际电池的内阻特性造成大电流工作的时候，电池电压跌落，电路板上的DCDC为了保证输出正常，就吸收更大的电流。这种情况，如果不是用真实电池同时监测电流和电压，是很容易被忽略的问题。

6. 评估电池的性能。我们知道，理想的电池我们它的内阻为0，但是实际的电池是有一定内阻的，并且可能随着电池的耗尽，他的内阻会越来越大。那么我们拿到一款电池，怎么快速评估他是否适合我们的低功耗产品呢？这也是低功耗设计工程师面临的一个电池选型的问题。当供应商拍着胸脯说没有问题，老板又说相信你的选择的时候，你应该如何选择呢？

总结下来对测试方案的核心要求主要就是如下几点：

l 能够测试uA电流，最好nA电流。

l 动态范围够大，可以覆盖从nA直到A的范围。

l 无限制记录电流电压曲线。

l 评估电池预期寿命。

l 实际电池性能评估。

l 性价比高。

二、常见测试方法以及优缺点

因此我们需要找到一种合适的方法，能够对电子产品的功耗进行测试和分析，常规的低功耗产品测试方法有几种：

l 用万用表当做电流表测试电路板的工作电流。

l 用示波器加上电流探头把电路板的工作电流转化为电压用示波器观察。

l 购买动辄上万的专业功耗测试仪器。

l 采用高性价比的LPT2020低功耗专用测试仪，某宝价格不足千元。

这些方案的优缺点如下表所示：

测试方法	优点	缺点
精密万用表串联测电流	精度高，可测nA级别的电流 [size=12.0000pt]	l 瞬态反应慢 l 无法观察动态电流 l 量程需要手动切换，无法适应大动态范围 l 需要自己进行大量计算
示波器加电流探头	采样速度快，可捕捉瞬态电流 [size=12.0000pt]	l 电流精度差，不能兼顾小电流和大电流 l 不能长时间储存 l 压降大 l 无法进行数据分析
上万元的专业仪器	完美解决各种问题	l 对于中小公司以及个人，太贵 l 不能自动生成报告 l 软件收费
LPT2020低功耗测试仪	l 电流分辨率低至10nA l 噪声水平小于5nA l 动态范围够大0~5A l 电压跌落小于50mV l 不限时电流电压数据记录 l 自动生成测试报告 l 评估电池性能 l 过流保护 l 软件免费 l 某宝价格不足千元 [size=12.0000pt]	l 瞬态反应不如示波器，但是对于功耗评估够用 l 外观不够高大上，但是朴实无华，简洁实用 [size=12.0000pt]

三、推荐LPT2020低功耗测试仪应对低功耗测试挑战的理由

第一点，小电流测试。LPT2020实际在输出短路的情况下，噪声电流低于5nA，这就保证了他具有分辨10nA电流的能力，实际测试改测试仪可以测试感应出光敏LED的微弱感应电流。

第二点，超宽动态范围。LPT2020的有效量程为0~5A，并且全量程自动适应，无需切换。

第三点，不限时电流电压曲线记录。同时也可以任意保存和导入测试数据。让测试分析无忧无虑。

第四点，自动计算电池预期寿命并且生成测试报告。省去了常规繁琐的计算过程，自动生成测试报告更是大大减少了工程师的工作量。

第五点，最关键的就是不足千元的价格，性价比被提到了新的高度，不但减少了项目预算，还提升了研发效率。