物联网和智能可穿戴设备中超低功耗测试挑战及解决方案

物联网/智能可穿戴设备中超低功耗测试挑战及解决方案WithKeithleyDMM7510and2280STouch,Test,Invent®IoT(InternetofThings)--物联网概览

主要系统组成设备数据分析连接云服务控制设备连接3个重要环节设备设计连接功耗控制概览

主要系统组成设备一个重要方面–功率管理为了延长电池续航时间……能量密度达到最大固态电池使功耗达到最小超低功率元件功率管理CreditSuisse“传感器数量和生成的数据数量面临的限制是可穿戴设备的电池续航时间。”功率管理在可穿戴设备技术中至关重要，因为功率管理差会导致电池耗干……电池续航时间直接影响产品的实际使用…...分析使用情况特点在设计中并不是一件小事。MitchMaiman,IntelligentProductSolutions总裁兼共同组建人电池大小功耗控制实际功耗测量一般的物联网、可穿戴设置功耗测试挑战复杂的信号长时间监控难以预计的瞬态信号设备要求高精确度:在不同量程下面的高清晰度高采样率:抓取瞬间变化的电流波形,大储存记忆和高级的触发控制高适应性:尽快分析信号,无需成为测量专家,获得市场先机精确供电:保证电压稳定,适应瞬态变化运行状态唤醒每个pulse可能只持续几微秒。电流可能达到数安培深度睡眠电流可能在纳安级别电流睡眠待机Time电流在几uA到mA不等电流在几uA到mA之间不等一般设备功耗

十个测量挑战和注意事项之一测试宽动态范围电流信号设备长期运行时的数据记录精准测量超低待机、深度睡眠功耗触发捕捉某一不规则或特殊波形发射接收信号时的功耗测量捕捉快速瞬态短脉冲信号确保足够的测试带宽波形与功耗分析精准供电，将供电问题与设备设计问题分离开在设备的不同工作模式下电源输出稳定1.测试宽动态范围电流信号

十个测量挑战和注意事项之一低电流：皮安表高电流：电流探头既需要低电流，又需要高电流呢？2.设备长期运行时的数据记录十个测量挑战和注意事项之二1天-1周-1年-10年的低功耗待机时间如何正确地估算待机时间？精确地量测深度睡眠的功耗3.精准测量超低待机、深度睡眠功耗十个测量挑战和注意事项之三4.触发捕捉某一不规则或特殊波形十个测量挑战和注意事项之四MCU、CPU运作模式电池耗电最大的模块?MCU、CPUBluetooth、WifiModule如何精准确定发射、接受的大电流？5.发射接收信号时的功耗测量十个测量挑战和注意事项之五高速—采样率6.捕捉快速瞬态短脉冲信号十个测量挑战和注意事项之六采样率+带宽7.确保足够的测试带宽十个测量挑战和注意事项之七获得电流并不是目的，目的是要了解电池使用寿命，提高用户友好程度，获得市场先机8.波形与功耗分析十个测量挑战和注意事项之八9.精准供电，将供电问题与设备设计问题分离开十个测量挑战和注意事项之九10.在设备的不同工作模式下电源输出稳定十个测量挑战和注意事项之十瞬态响应较差瞬态响应良好传统的测试方案高精确度低采样率高BurdenVoltage沒有高級触发功能瞬态反应慢电源精度一般抓不到信号DCPowerSupplyShuntTraditionalDMM一般万用表+一般电源DCPowerSupplyProbeOscilloscope高采样率，可以设置触发低精确度，高噪音很少支持长时间测量抓不准信号示波器+电流探头+一般电源物联网/可穿戴设备低功耗测量的解决方案DMM7510机型7位半图形化采样万用表0.0075%基本一年的DCI准确度100mV、1Ω和10μA范围提供量测低位准讯号所需的灵敏度使用1MS/s数位器撷取和显示波形或暂态事件2280S系列高精度电源供应器撷取短至140μs的动态负载电流输出高达192W的低杂讯线性稳压电源可程式设计的上升和下降时间能消除电压过冲暂态业界首创的产品：图形化取样万用电表

高效能和高易用性的结合，为测试结果提供无与伦比的洞察力精密数位万用电表高速、高解析度数位器图形化触控式荧幕显示器DMM75107½-DigitGraphicalSamplingMultimeter应用一

智能手表不同工作模式下的功耗测试应用一

智能手表不同工作模式下的功耗测试SleepingMode(ScreenOff)PowerSavingONStandbyMode(ScreenOn)PowerSavingOFFStandbyMode(ScreenOn)FingerPressesTouchscreentoinitiatecommendNoticetheRepeatingSpikes应用一

智能手表不同工作模式下的功耗测试Wecanzoomintothegraphwiththetouchscreen,seemslikeapower-uptransient应用一

智能手表不同工作模式下的功耗测试ZoomInZoomInZoomInSetCursor应用二

MSP430FR4133混合信号微控制器经优化的低功耗模式（3V时）激活模式：126μA/MHz待机模式：770nA，实时时钟(RTC)计数器和液晶显示屏(LCD)工作关断(LPM4.5)：15nATIMSP430FR4133

isaproductofTexasInstrumentsEnergyTraceTM

isatrademarkofTexasInstrumentsLowPowerMode~110uAActiveMode~3.5mA应用二

MSP430FR4133混合信号微控制器应用三

测试Wi-Fi模块的功耗不同仪器的图形抓取结果测试结果因为万用表的高精度特性，可以通过缩放对波形进行放大来分析过冲等局部信号30低功耗测试设备的要求一:

不同量程下的高精度要求

DMM7510在直流测试性能下的突出特点0.1nAresolution,0.016%basic1yeardigitizeDCcurrentaccuracy15mVburdenvoltage10µAto10AdigitizecurrentrangesDigitizeCurrent基本一年準確度RangeAccuracy±(%ofReading+%ofRange)10µA0.016%+0.0075%1mA0.016%+0.0075%10mA0.016%+0.0075%1A0.050%+0.0110%10A0.150%+0.0350%DCCurrent基本一年準確度RangeAccuracy±(%ofReading+%ofRange)10µA0.0075%+0.0030%1mA0.0060%+0.0009%10mA0.0060%+0.0009%1A0.0400%+0.0050%10A0.0800%+0.0275%DigitizeVoltage基本一年準確度RangeAccuracy±(%ofReading+%ofRange)100mV0.0220%+0.0100%1V0.0120%+0.0075%10V0.0120%+0.0075%100V0.0120%+0.0075%1000V0.0120%+0.0075%高精密度高速度高易用性精确供电低功耗测试设备的要求二:

高采样率，长时间数据记录

DMM7510内置数字化仪，实现高达

1MS/sec数字采样Preciselyanalyzecurrentandvoltagewaveformsandtransientswith1MS/sec,18-bitdigitizerCapturesignalwithadvancedanalogtriggeringincludingedge,pulse,andwindowthattraditionalDMMcannotofferLargereadingmemory(27.5millioncompactand11millionstandard)tocapturemoreofyoursignalPlotmultiplewaveformsonthesamescaleforeasyanalysis高精密度高速度高易用性精确供电DigitizerCharacteristicsMAXIMUMRESOLUTION18bitsTIMESTAMPRESOLUTION1nswithstandardorfullbufferstyle.1μswithcompactbufferstyleMEASUREMENTINPUTCOUPLINGDCorAC(voltageonly)TIMESTAMPACCURACYWithstandardorfullbufferstyle,20nsbetweenadjacentreadings,withtotalbuffertime<2sSAMPLINGRATEProgrammable1kthrough1millionWithcompactbufferstyle,2μsadjacentreadings,withtotalbuffertime<2sMINIMUMRECORDTIME1μsVOLATILESAMPLEMEMORYWITHTIMESTAMP27.5millionMAXIMUMRECORDLENGTH8million低功耗测试设备的要求三:

友好的用户界面

TouchTestInvent®高精密度高速度高易用性精确供电DMM75105吋的电容触控式萤幕显示器可让您轻松观察并与其互动可利用「抓取和缩放」简单手势来探索量测结果高效能和高易用性的结合则为您的测试结果提供了无与伦比的洞察力2280S内建图形功能可简化分析趋势或显示电压或电流波形的程序高解析度TFT显示器和软键/图示式使用者介面可简化电源供应器的操作程序DMM75102280S低功耗测试设备的要求四:

稳定，高精度的直流供电输出

2280S高性能电源Voltagesettingandmeasurementaccuracyof

0.02%ofreading+3mV

-superiortomostpowersuppliesLownoise;itisalinearsupply:<1mVrmsoutputrippleandnoise4-wireremotesensingtoensurethattheprogrammedloadisaccuratelydeliveredtotheload電壓电源设定2280S-32-62280S-60-3直流輸出额定值0至32V0至

60V准确度±(0.02%+3mV)±(0.02%+6mV)分辨率1mV1mV高精密度高速度高易用性精确供电電流电源设定2280S-32-62280S-60-3直流输出额定值0至6A0至3.2A准确度±(0.05%+5mA)±(0.05%+5mA)分辨率0.1mA0.1mAT&M–IoT测试不仅仅是电源管理元件Design/Verification2400/2600/4200SourceMeasure®SourceMeterSMUinstrument设备设计MDO30006in1链接技术SA