IoT终端功耗优化之路：uA级电流时90%效率DC-DC的测评

IoT终端功耗优化之路：uA级电流时90%效率DC-DC的测评超级小熊布迷 2020注定是不平凡的一年！ 美股4次熔断， 疫情让股神巴菲特也感叹「活久见」； 但疫情期间网上流传的一个视频爆表了： 被防护服包裹的医生戴着智能头盔， 把实时影像直接传到后台的专家会诊团

2020注定是不平凡的一年！

美股4次熔断，

疫情让股神巴菲特也感叹「活久见」；

但疫情期间网上流传的一个视频爆表了：

被防护服包裹的医生戴着智能头盔，

把实时影像直接传到后台的专家会诊团队；

机器人不知疲倦地在给每个病房送药；

无人机在空中提醒着聚集的人群;

更有小萌机器人帮主人上街买菜…

这次疫情，让我们重新认识了，

物联网和 人工智能潜在的巨大市场价值！

或许，股神鹰一样的眼神，

也在这个市场中寻求最大的潜力股。

我们可以任意猜想，

他的下一目标是在哪里呢？

优化物联网终端和智能设备的功耗和续航能力是产品成功的关键，特别是应用于超长年限和难以维护的物联网应用场景。

如埋在水泥下的停车场感应装置、远洋海洋水文和气候监测系统。维护简单、但数量巨大的物联网场景、如智能电表、水表、气表等千家万户的场景。

功耗和续航性能也不容忽视，因为维护成本同样让企业难以承受。

无线性能和功耗测评是物联网终端产品设计验证的重要工作，也是最容易出现问题的环节。

在2月份是德科技公众号给大家分享了《物联网产品的研发测试整体方案》 文章，给工程师小伙伴们介绍了这套研发神器，全面评估产品的射频特性和功耗，估计大家还记忆犹新。

今天，我们来更深入地谈功耗问题。过去两年，我们帮助了众多工程师服务评估了他们的产品功耗，包括终端、器件模块、芯片、运营商等等，要求也是千差万别，真可谓八仙过海各显神通。但万变不离其宗，我们概括总结为“功耗优化的三件套”思维。

因此，工程师小伙伴们要设计出长续航时间的产品，考虑不仅有硬件设计，还要有软件和电池。

我们来看下图，这是一个典型的物联网终端的电流工作状态，我们依次给伙伴们三个提示：

第一个提示：

从图上可以看出，物联网终端的电流以极低的占空比的脉冲电流形式出现，平均电流只有8uA，但峰值电流高达11mA，而出现峰值电流时，由于电池内阻的影响，电池的端电压会有明显的下降。以此类推，如果峰值电流更高，如智能门锁开锁瞬间，电流可能大于1A，智能机器人可能峰值电流更高，这样就会造成电池端电压更大的跌落，从而触发关机。

因此，这是第一个提示：如果只按照平均电流工作电流和电池标称电量来预估续航时间，很可能会是南辕北辙。

第二个提示：

物联网的功耗还与以上电流脉冲的出现的频率直接相关，而这些脉冲频率、进入PSM超级省电模式，唤醒周期等均由软件工程师设定的时钟(Timer)决定。如上图所示，NB-IoT两次PSM唤醒时间间隔最长可达310小时，Timer周期越长、当然就越省电。

所以，第二个提示是：软件工程师帮你优化功耗更省力！

第三个提示：

下面进入第三个提示：正是因为物联网终端大多时间都在休眠和省电模式，所以就有人想到了设计即使在超低功耗（uA微安级电流输出）时，也能实现高达90%效率的DC-DC电源模块，真可谓“武装到牙齿”！

相信这点会颠覆大家使用电源管理芯片或模组的认识：绝大部分研发工程师更关心的是高功率下的效率，几乎不太在意微功率时的效率。但物联网终端的耗电特征是高达99.99%时间都在uA微安电流，效率低的电源模块必将消耗更多的电池能量。

更大的挑战是如何测量评估这种微功率DC-DC电源产品：如何实现nA纳安级待机电流和吸收uA级电流的精确拉载？

这就是第三个提示： 适用于微功率DC-DC评估测试的方案。

适用于微功率DC-DC评估测试的方案

方案#1：

直流源分析仪N6705C+N6784A源表模块

如前所述，N6705C直流源分析仪配备N6781A模块，是大家熟知的物联网终端功耗分析的行业标杆。但针对uA微安电流的拉载，N6784A模块具有更低的电流设定量程，其分辨率0.1uA电流输出，同时可测量低至8nA的电流测量。

方案#2：

B2902A/B2912A双通道SMU源表

B2900系列源表定位为二极管、三极管等半导体器件测试的平台，具有低至10fA（10-5 nA）分辨率，同时B2902A/B2912A双通道单台仪表即可完成DC-DC的测量。

接下来您可以观看3段实测视频了， 显示3段测试过程包括：

1)

超低待机空耗测试、uA电流拉载

2)

长时间动态电流捕获和分析

3)

开关电源频率Vs输出电流；效率 Vs 输出电流的自动测量

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