我DIY了一个低功耗设备的平均功耗测试仪，大家觉得有用么？

LowerPowerTest

如题，我一直以来都在高一些对功耗要求比较严格的产品的开发，平时经常需要测试产品的功耗，只能用万用表，示波器搭建一个简单的测试环境，但是总结下来却遇到了下面的问题：
1. 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。用万用表，示波器搭建的是无法完成这种测试的。
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debug自己的硬件以及软件。
4. 电池工作时间的评估，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。
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？  在没有专业的电池测试仪的情况下，我们能不能通过监测到的电池电压来大概评估电池的性能呢？

我在的公司呢是一个小公司，所以也不可能花很多钱去买动辄上万十几万的专业的仪器。于是呢只有自己苦哈哈的用万用表结合示波器进行测试和计算。
于是我就想，为什么不能DIY一个几百元的低功耗测试仪，解决这个问题呢？但是摆在面前的困难也是不言而喻的，几百元的价格要想达到几万元的仪器的性能那肯定是不可能的。所以一定要抓住主要问题来解决。
首先，最低灵敏度一定是要有的，uA是基本要求，nA级别才能让人满意。目前来看我DIY的这个低功耗测试仪，闭环噪声小于5nA，最小可以分辨大约10nA的电流变化。甚至直接接一个普通的LED，都能测出来光电效应的电流。有兴趣的可以看看下面的视频。
1_LPT2020输入的悬空和短路测试
5_LPT2020普通LED作为光敏二极管的微弱电流测试
6_LPT2020半导体制冷片热感应微弱电流测试
第二，那就是不光uA,nA,测试，mA，甚至A的测试也是很重要的。所以一定要实现从零到数安培的动态范围。
2_LPT2020uA级别电流测试
3_LPT2020mA级别电流测试
4_LPT2020安培级别电流
第三，虽然仪器能够测试最低nA级别的电流，但是正是因为信号如此微弱，那么设备的温漂性能就显得尤为关键，不能说是夏天，冬天，我们测试的差异很大。因此我在设计这个仪器的时候，充分考虑了他的温度稳定性。实测效果还是很惊艳的。
7_LPT2020温度剧烈变化对nA级别电流测试的影响
8_LPT2020温度剧烈变化对uA级别电流的测试结果影响

第四，那就是软件来实现比如数据的无限记录，各种数据的实时显示，电池寿命的估算，测试报告的自动生成。。。那就可以有无限的想象空间了。

综合上面的这些痛点，我自己DIY了一款低功耗测试仪。测试下来看起来能还可以。大家可以下载说明书看看。
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经过一段时间的努力优化，现在uA的稳定性得到了很大的提升，软件功能也增加了很多电流测试稳定性视频https://www.bilibili.com/video/BV1pq4y1T7eo/

正点原子

不错，不过最好发分享贴，谢谢。

c2007s

东西不错！应该是下功夫了的。

lrzxc

可以，宝贝不错，留个记号

LowerPowerTest

正点原子 发表于 2021-7-14 09:01
不错，不过最好发分享贴，谢谢。

我刚刚注册，对论坛的规则还是小白。请问版主，分享帖是什么意思呀！现在还能改么？

LowerPowerTest

MARK一下，今天增加了两个新的用法：
1.  如果用户需要调试自己的不同代码段所对应的电流变化，只需要在不同代码段切换的时候选一个GPIO输出一个高低信号，然后把这个低功耗测试仪的电压测量端接上去，就可以实现利用电压波形来标记不同代码段对应的电流状态。
2.  有的用户还用来测试不同太阳能电池的发电效率。  方法是把太阳能电池当做电源，串联一个功率电阻，然后看功耗测试仪器软件上面的累计功耗来评估太阳能电池的发电效率。

伍零壹

东西做的不错，价格也不贵。
缺点：输入电压范围太窄了

LowerPowerTest

伍零壹 发表于 2021-8-5 17:30
东西做的不错，价格也不贵。
缺点：输入电压范围太窄了

主要考虑针对常规的电子产品，特别是电池供电的电子产品，所以支持到24V。你这边是有什么特别的需求，需要很高的电压么？

LowerPowerTest

MARK一下，最近增加了很多新的功能：

《电池寿命估算》《数据高级分析以及搜索》

《电池内阻估算》《功耗计算器》

《电池充电测试》《电池放电测试》

《USB充放电测试》《功率曲线》

《历史曲线对比》

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MARK一下，最近增加了开放给用户的手动校准功能，可以方便的用自己手头的更好的置信仪表进行校准。

wdmvw

大咖，牛逼啊，这不是做着玩玩的吧。厉害

LowerPowerTest

wdmvw 发表于 2021-11-3 17:03
大咖，牛逼啊，这不是做着玩玩的吧。厉害

想着把自己在低功耗产品上的一些痛点聚合一下开发一个产品级别的东西，解决实际问题，提高生产力

unnormal

很不错    记录一下

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自己顶一下

LowerPowerTest

得到了很多网友的支持，并且功能也不断的完善了！
20211029 V2.0.7
        1.取消对SSS数据文件的支持。
        2.修正长时间测试24小时节点报错。
        3.支持拖动数据到图表窗口的方式导入数据。
        4.增加可以选择是否显示平均值曲线。
20211108 V2.0.8
        1.修正对LPT2020_MINI版本的支持。
        2.增加按住ctrl按键滚动滚轮对Y轴进行放大缩小。---------------------------------------------------------------致谢微信网友  Andy Liu提出改进建议
        3.增加跟随鼠标的光标显示功能，显示当前光标命中的数据的信息。----------------------------------------致谢旺旺网友  wjlshzh提出改进建议
        4.增加右键拖动支持Y轴拖动的功能。-----------------------------------------------------------------------------致谢微信网友  Andy Liu提出改进建议
        5.在高级功能中增加百度云盘的快捷链接，可以随时点开查看云盘中是否有更新的软件版本。
        6.增加Mark点自动锁定选项（可以选择双击生产mark点的时候自动锁定到曲线上），增加坐标零点上移选项（方便很微弱电流的查看）。
20211122 V2.0.9
        1. 修正了能够在曲线显示区域外双击鼠标左键建立mark点的问题。
        2.增加了电压校准功能。
        3.优化了针对部分低性能电脑用户出现的卡顿，假死现象。-----------------------------------特别感谢微信网友七仔提出问题并且一起测试多次。
        4.修正全局峰值电流最小值一直为0的bug。（原因是上电瞬间可能会有一两个数据采样到0，对这样的前几个数据进行了过滤。）

20211219 V2.1.0
        1. 修正导入数据不显示平均电流，功耗的bug，修正导入数据不能生成报告的bug。------致谢微信网友ID   Onepiece  发现问题
        2. 增加针对区间功耗的报告生成。-------------------------------------------------------致谢微信网友ID   夏工  提出建议
        3. 针对长时间测试进行了一些改进和优化，超过24小时就显示天数，例如01/07表示一天零7个小时。  ------------致谢微信网友ID   夏工  提出建议
        4. 增加可以选择Y轴自动调整或者是手动调整。-------------------------------------------致谢微信网友ID   夏工  提出建议
        5. 增加定时结束测试功能。-------------------------------------------致谢微信网友ID     Onepiece    提出建议
       

20220301  V2.1.1
        1.修正累计功耗大于1000mAH的时候显示没有切换到AH的bug。
        2.增加了额外的1S间隔数据和10S间隔数据的保存和导入的支持。
        3.增加电压轴0点上移功能支持。-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------致谢微信网友ID   七仔   提出建议
        4.增加了数据分析2选项卡，可以手动输入起始和结束时间，自动分析该时间段内的统计结果。--------------------------------------------------------致谢旺旺网友ID   brantbian 提出的建议
        5.在高级功能选项卡中增加延迟触发和电流触发模式，启动测试后，满足这两个条件才会开始记录数据-----------------------------------------------致谢旺旺网友ID   brantbian 提出的建议
        6. 修正建立Mark点后，停止测试，再启动测试Mark点不会消除的bug----------------------------------------------------------------------------------------致谢旺旺网友ID   brantbian 提出的建议
        7. 在高级功能选项卡下增加一个（重置测试）按钮，可以随时重置数据统计，但是不断开电路。每次重置，数据保存文件夹也会建立一个新的！--------------致谢旺旺网友ID   brantbian 提出的建议
        8. 增加  测试完成后在数据保存目录增加一个Toatl_data.txt的数据简报文件。  ---------------------------------------------------------------------------致谢微信网友ID  mike zheng提出建议
        9.特别感谢  微信网友ID   夏工  帮忙测试提出一些细节优化建议。