【经验】EFR32BG系列蓝牙SoC之低功耗测试操作指导

EFR32BG是SILICON LABS公司的高性能低功耗蓝牙SoC芯片。支持蓝牙5.0、5.1协议和蓝牙Mesh协议，最大发射功率可达+20dbm，接收灵敏度可达-98.9dbm@1Mbps。EFR32BG22系列具备更优秀的功耗表现，发射电流3.5mA@0dbm，接收电流仅有2.6mA。广泛用于智能门锁，蓝牙门禁系统，照明系统，智能家居，以及各种需要与智能手机连接的设备中。

由于很多的蓝牙设备都是电池供电的，因此对蓝牙SoC功耗水平测试与评估就非常有必要。Silicon Labs公司提供的蓝牙评估板底板，都带有电流功耗测试功能，搭配Simplicity studio v4开发平台的energy profile功耗测试上位机，非常容易测试出EFR32BG的功耗水平。接下来，我们详细介绍功耗测试需要的软件和硬件以及测试操作。

1、功耗测试软件准备。通常我们建议使用Simplicity studio v4中的SOC-iBeacon参考代码测试，在这个参考代码的描述里面有说明：This example demonstrates the power consumption at 0 dBm TX power。

这份代码里面默认设置了发射功率为0dBm，只发送蓝牙Beacon广播信号。默认的广播间隔是100ms，SOC-iBeacon参考代码按照如下图片生成。本文采用的是EFR32BG13评估板，蓝牙SDK版本是2.13.0。值得一提的是，Silicon Labs在今年年初推出了EFR32BG22系列的低功耗蓝牙SoC，功耗较以往产品更低，具备更优秀的功耗表现，发射电流3.5mA@0dbm，接收电流仅有2.6mA。如果需要超低功耗的应用，可以选择EFR32BG22系列。

生成好代码后，在“isc”文件点击“Generate”按钮，生成完整的代码，然后点击编译，烧录代码到EFR32BG的评估板就可以开始测试了。由于默认的广播间隔是100ms，本次测试，我们修改一个广播间隔为1秒钟的代码测试平均功耗。代码修改如下：

在main.c文件中的void bcnSetupAdvBeaconing(void)函数，找到gecko_cmd_le_gap_set_advertise_timing(0, 160, 160, 0, 0);函数，这个函数设置了广播间隔。

  /* Set advertising parameters. 100ms advertisement interval.
   * The first two parameters are minimum and maximum advertising interval,
   * both in units of (milliseconds * 1.6). */
  //gecko_cmd_le_gap_set_advertise_timing(0, 160, 160, 0, 0);//这里默认设置160是100ms

    gecko_cmd_le_gap_set_advertise_timing(0, 1600, 1600, 0, 0);//我们修改为1600是1秒

功耗测试结果如下，SOC-iBeacon代码，0dBm发射，1秒广播间隔，平均功耗约为21.4uA。

2、采用同样的测试方式，我们采用SoC-empty参考代码，生成代码后修改发射功率和广播间隔为1秒钟，在app.c文件中void appMain(gecko_configuration_t *pconfig)函数，找到如下位置。修改广播间隔参数为1600，并添加     gecko_cmd_system_set_tx_power(0);代码设置发射功率为0dBm。

        /* Set advertising parameters. 100ms advertisement interval.
         * The first parameter is advertising set handle
         * The next two parameters are minimum and maximum advertising interval, both in
         * units of (milliseconds * 1.6).
         * The last two parameters are duration and maxevents left as default. */
        gecko_cmd_le_gap_set_advertise_timing(0, 1600, 1600, 0, 0);

        /* Set 0 dBm Transmit Power */
        gecko_cmd_system_set_tx_power(0);

 功耗测试结果如下：SOC-empty代码，0dBm发射，1秒广播间隔，平均功耗约为24.58uA。

3、对比soc-empty和soc-iBeacon功耗测试情况，soc-empty功耗会稍微大一点点，主要在配置上有些地方不一样。对两份代码情况，有如下代码会影响功耗情况，如果广播的字节数越多也会影响功耗。如果把这些差异的地方都修改成一样，功耗也会趋近一样了：

    1）Soc-empty代码使用的广播是可连接广播：

         /* Start general advertising and enable connections. */
        gecko_cmd_le_gap_start_advertising(0, le_gap_general_discoverable, le_gap_connectable_scannable);

        soc-iBeacon代码使用的是不可连接广播：

        /* Start advertising in user mode and enable connections */
       gecko_cmd_le_gap_start_advertising(0, le_gap_user_data, le_gap_non_connectable);

    2）Soc-empty代码开启了UART和VCOM使能，在hal-config.h文件可以找到设置：

          #ifndef HAL_VCOM_ENABLE
         #define HAL_VCOM_ENABLE                   (1)
         #endif

         soc-iBeacon代码没有开启UART和VCOM使能，在hal-config.h文件可以找到设置：

         #ifndef HAL_VCOM_ENABLE
         #define HAL_VCOM_ENABLE                   (0)
         #endif

    3）Soc-empty代码PA使用了默认设置，// Default value: HAL_PA_SELECTION_2P4_HP；  

         soc-iBeacon代码PA设置为  .pa.pa_mode = RAIL_TX_POWER_MODE_2P4_LP,在main.c文件中可以找到配置位置：注意设置成Low Power PA模式，最大的发射功率不会超过0dBm。

uint8_t bluetooth_stack_heap[DEFAULT_BLUETOOTH_HEAP(MAX_CONNECTIONS)];

/* Gecko configuration parameters (see gecko_configuration.h) */
static const gecko_configuration_t config = {
  .config_flags = 0,
#if defined(FEATURE_LFXO)
  .sleep.flags = SLEEP_FLAGS_DEEP_SLEEP_ENABLE,
#else
  .sleep.flags = 0,
#endif // LFXO
  .bluetooth.max_connections = MAX_CONNECTIONS,
  .bluetooth.heap = bluetooth_stack_heap,
  .bluetooth.sleep_clock_accuracy = 100, // ppm
  .bluetooth.heap_size = sizeof(bluetooth_stack_heap),
  .gattdb = &bg_gattdb_data,
  .pa.config_enable = 1, // Set this to be a valid PA config
  .pa.pa_mode = RAIL_TX_POWER_MODE_2P4_LP,

4、发射电流测试，采用SoC-empty参考代码，可以在app.c文件中的case gecko_evt_system_boot_id下方添加如下代码，进入持续发射状态，就可以测试发射电流了。例如我们设置了0dBm发射功率，packet_type = 254为单载波，其他3个参数根据测试需求设定。更多gecko_cmd_test_dtm_tx参数说明，详见蓝牙SDK的API文档。另外一种测试方法就是使用NCP参考代码，搭配BGTOOL可视化上位机测试发射和接收的电流。关于NCP模式的代码和测试操作，参考：EFR32无线通信模块AN107——蓝牙BLE（蓝牙性能测试之NCP模式）

        /* Set 0 dBm Transmit Power */
        gecko_cmd_system_set_tx_power(0);
        gecko_cmd_test_dtm_tx(254,37,1,1);//(uint8 packet_type, uint8 length, uint8 channel,uint8 phy);

5、接收电流测试，依然使用SoC-Empty参考代码。可以在app.c文件中的case gecko_evt_system_boot_id下方添加如下代码，进入持续接收状态，就可以测试接收电流了。需要测试的信道和速率，可以根据需要设定，详见蓝牙SDK的API描述文档。

gecko_cmd_test_dtm_rx(37, 1);//uint8 channel = 37, uint8 phy = 1Mbps);

注意，仅需这一行代码就会自动进入接收状态，如果前面有添加过TX发射相关的代码，记得需要去除。

6、如果需要停止测试发射电流和接收电流，可以调用gecko_cmd_test_dtm_end(); 命令停止测试。

7、在测试功耗的过程中，如果遇到功耗曲线如下图所示，比较奇怪的电流曲线，也没有周期性的广播间隔电流波形，有可能是USB数据线有问题，建议换一根品质良好的USB数据线。