【经验】在物联网设计中优化电源的调试和分析注意事项
-功率和功能
物联网（IoT）项目中的功率和功能之间的关系也许是设计团队需要解决的最基本的权衡问题。因此，必须从客户的角度制定有效且可测试的目标。专家级产品开发总是从IoT开发开始，其中最终产品是围绕“好创意”，由于这一点所以开发变得尤为重要。围绕工程团队以前使用过的电池或他们知道如何集成的显示器来设计产品是很吸引人的。这种设计方法侧重于工程团队可视化的解决方案，而不是满足客户需求的解决方案。相反，从用户的角度看，该产品可能需要工作一周，夜间只能充电一次。必要时立即打开电源或者按一下按钮唤醒设备供电这些都很重要。可能还需要电池电量报警或支持睡眠模式。真正理解这项的最佳方法是从定义尽可能多的客户使用模型。最终，需要在尺寸/重量/使用时间/功耗之间进行权衡，但是有很多优化选择，而测试框架可以帮助确定。
-估算开发中的功耗
重要的第一步是估算设备在采集数据，处理决策，做出响应情况下的功耗。根据器件规格书中的理论模型进行估算一直很有用，但最终进行严格的迭代用例测试对于真正了解电源需求非常重要。在现代物联网平台中，这种测量可能不是直截了当的。用于物联网开发的低功耗片上系统（SoC）可能会为低功耗蓝牙（BLE）提供5-10 mA的电流，但这种电流不是持续传输的。根据可用的电源模式，设备在工作模式下可能会使用数十毫安，而在深睡眠模式下消耗的电流却少于几个微安。另外，随着许多芯片开发集中在该领域，现有技术总是在变化。另外，随着许多芯片开发都关注该指标，总是在变化革新。
-功率测试方法
以数字示波器MSO4054和可编程线性直流电源DP832A为例。传统电池的功耗可以简单地通过数字万用表（DMM）来监测随时间变化的电流消耗。当今的物联网平台可能更加复杂。通常，脉冲电流对于典型的DMM来说太快了，无法测量。这需要更快的测量系统进行检测。物联网平台可以提供电流测试点，在电池电路中通过采样电阻使用示波器进行电压测量。根据所需要精度和分辨率，这可能是一种有效的方法。例如，如果使用10欧姆电阻，则每mA会产生10 mV。典型的示波器底噪接近1-2 mV，这可能引入噪声。另一种选择是使用电流探头来捕捉信号。如果没有提供电流测试点，噪声性能可能不会那么好，但连接会容易得多。系统建立了最佳的测量技术后，使用静态测量建立基准性能。通常，使用标准示例程序。在这种情况下，我们将看下跑马灯程序的电流波形。在这种模式下，我们测量的基准电流是5 mA，如下图1所示，激活每个LED还需要10-12mA的电流。
图1 LED电流波形
其次，建立系统或电源的上电需求。在这里，我们从硬启动进行了测试。除功率外，我们还使用电压*电流随时间的积分作为近似值来监视能量使用情况。请参考图2。了解不同启动阶段中电源上电需求对于优化休眠或关断模式设计使用至关重要。
图2 电压 电流波形
非所有外围设备都像LED一样以DC方式使用电源。测试其他外围设备，以了解它们如何从电池中取电。对SPI总线进行的简单测试可以得出电源以脉冲方式消耗。分析电流脉冲的幅度，脉宽和重复频率（如图3所示）使我们能够更好的了解电源使用情况。
图3 脉冲电流波形
我们可以使用类似的方法来测试蓝牙的实际输出功率以及传输期间消耗的电池功耗。一旦RF天线布局完成，此处的功率不足可能是由于RF路径中的反射或不匹配造成的。在测试中，我们将BLE保持恒定功率传输，便可以轻松地监控功耗。在实际用例中，发射不是持续的，但测量的功耗参数可以作为时间和功率优化的参考。在以下结果中，0 dBm的发射功率消耗83 mA，而-40 dBm的发射功率消耗67 mA。即使处于关闭状态，也会有功率消耗用于预置无线电和外围设备。这些基准值可帮助我们确定适合客户使用的发射功率和发射周期。图4中显示了这两种情况的RF和DC电流性能。
图4 BLE RF功率与电流消耗
一旦我们通过状态和外围设备使用情况确定了典型的功率水平，下一步就是要验证在切换工作状态的动态模式下，没有其他影响功率使用的因素。我们可以使用一个函数来测试示例代码，该函数可以测量随时间变化的瞬时功率和能量。通过这种方法，我们可以确定随时间的能耗并了解不同的睡眠算法如何影响电池寿命。有了这些信息，响应客户需求的代码优化变得更加简单。为了完成物联网设计并快速经济高效地将产品推向市场，我们在不同设置和模式下的电源使用情况的信息是不可估量的工具。完成的测试使我们能够收集有关平台和所需外围设备静态电源使用情况。我们还提供有关睡眠状态和启动电源的详细信息，我们可以根据这些信息做出明智的决策，以在客户使用模型中权衡电池大小和使用时间。在基本了解我们系统中的功耗的情况下，我们可以将其用作在整个设计周期内进行增量改进的指南。例如，我们更好地了解了为外围设备服务的优势，而不是使整个系统在短时间内进入睡眠模式。然后，随着应用程序和用例变得清晰起来，就可以验证和完善这些决策。
-结论和主要学习点
在物联网设计和开发的瞬息万变的环境中工作时，可靠的测试方法变得越来越重要。随着工程师即时集成最新的传感器和平台以尽快进入竞争激烈的市场，了解核心客户需求和折衷以及如何在整个开发过程中进行评估和比较是改善战略设计过程的重要一步。无论应用程序面临的挑战是形式还是功能，与电池寿命和功耗有关的问题都是物联网生态系统中设计的基本要素，在市场成功中起着重要作用。在项目的早期建立这些原则并进行迭代测试是限制预算并在设计的后期阶段减少风险的最佳方法之一。现代更简单的使用测试设备可以用于制定标准和基准，从而指导工程团队成功进行产品开发。
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实验室地址： 深圳 提交需求>
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