原创 利用CCDF曲线进行耗电分析-程控电源技术和应用（37）

从手机、蓝牙耳机、平板电脑，到现在时兴的电子穿戴设备，都需要解决一个共性的问题：耗电！从根本上讲，这些设备及其子电路的活动都随时间而随机变化，而且取决于用户使用行为、工作的网络环境和设备的复杂性。因此，与其活动相关的耗电相应地随时间而随机变化。如果在完成一项设计的改进后，希望验证它对优化电池运行时间的效果，往往需要在足够长的时间段内记录电流消耗，通过取平均值的方法，来对比设计改进前后平均电流的差异，以此判断此项变化的净影响。然而，优化电池运行时间时，您需要更详细的了解设计的改进带来的实质影响。您是否得到了期望的效果？您如何判断设备中的哪一个电路和活动受到了影响？您可以使用一种手动滚动数据记录的方法，来测评涉及各种电路和相关活动的脉冲电流强度和持续时间。但这种方法虽然有用，但有一些弊端：

•       非常耗时。

•       由于长期处于随机状态，许多值是在最佳状况下估算出来的。

•       由于很难在长达几小时记录的数据中，检测和量化无数持续时间为几毫秒的活动。因此可以轻松得出不正确的结论。

虽然长期记录移动设备的电流消耗是必要的，但很难靠直接目视检所记录数据的详情。您需要对各种方法进行分类，以便在优化电池运行时间时，快速、高效地分析长期耗电记录。

分析概率分布函数图，能够快速、简明地查看和量化设计改进导致的长期耗电的细节差异。

您可以使用一种更有效的方法快速、简明地查看和量化设计改进对移动设备的影响，该方法是分析长期电流消耗的概率分布函数（PDF）的轮廓图。PDF 是随时间变化的电流消耗样本图，根据给定电流强度的相关频率而绘制，总添加高达 100%。直方图是得到最广泛认可的 PDF 形式。但是，特定的互补累积分布函数（CCDF）适用于快速查看和分析长期电流消耗并量化设计改进的影响。

什么是 CCDF？

•       累积分布函数（CDF） = ∫PDF （曲线下方的区域 = 1 或 100%）。

•       互补累积分布函数（CCDF）= 1-CDF。

CDF 轮廓为 0% 至 100% 的概率，而 CCDF 轮廓是 100% 至 0% 的概率。注：图 1 中的 CCDF 轮廓图， 简要扼要地显示通过 Agilent N6781A SUM模块以及配套的 14585A 控制和分析软件测量和显示智能手机电话在待机期间的长期电流消耗。

X 轴是电流消耗的幅度，Y 轴是其相对频率。轮廓图的水平偏移是幅度相关变化，而垂直偏移是时间相关变化。您可以使用这些偏移快速分析和量化设计变化导致的长期电流消耗的细节差异，以优化电池运行时间。

图 1：手机待机电流消耗的 CCDF 轮廓图

测量 CCDF 轮廓图，对待机模式下智能手机的节电情况进行分析的实例。

为了延长电池在待机状态下的运行时间，智能手机通常采用不连续接收（DRX）模式。与使用连续接收相比，排除其它影响，节约的电量取决于在非活动期内，休眠电流可以达到的等级、最多可以减少的接收活动时间、以及智能手机的设计。

为了测量节能效果，我们使用 N6781A SMU电源模块和 14585A 软件，记录连续和不连续 RX 待机状态下，智能手机的长期电流消耗。如图 2 所示，我们使用 14585A 软件显示和比较两个电流消耗的 CCDF 轮廓图，以快速、轻松地判断和分析详细的节电信息。

通过量化两个轮廓图之间的垂直和水平偏移，我们发现：

•       128 mA 时，RX 活动 2.8% 的（垂直）变化，可节省 18% 的电量

•       11.9 mA 的待机电流（水平）变化，可节省 55% 的电量

•       其它节省的 27% 电量来自减少的基带活动

•       总节电量是 85.5%

如图所示，要优化电池运行时间时，有效而快捷的方法是通过使用分布轮廓图，您可以快速查看、判断和量化设计改变对电路和相关活动的详细影响，而使用传统方法完成此任务是既耗时又费力。

图 2：使用 CCDF 轮廓图分析手机待机省电详情

观看本应用提示的视频，请访问：

http://v.youku.com/v_show/id_XMzU4ODk3MTQw.html?f=17996506