原创 某智能手表 功耗分析 全过程

最近得闲到电子市场逛逛，看到有商家正在推销一款智能手表，相比知名品牌的XX Watch价格非常公道，于是买了一台供学习之用。

         该”手表“支持计步器、计时器、 气压计、高度计、蓝牙音乐播放、电话接听、照相等功能，如下组图。

    所谓的学习，其实是想了解智能手表的功耗水平究竟达到什么程度！众所周知，续航时间是穿戴设备的生命线。就拿“手表”来说，传统的电子表通常都能正常运转几年甚至十几年才需要更换电池，“智能手表”如果需要频繁的进行充电，估计至少在很大程度上难被消费者接受……。

    目前，运动健身、户外和医疗保健是智能穿戴设备最为突出的两个应用领域。

    前者，主要的参与厂商是专业运动户外厂商及一些新创公司，以轻量化的手表、手环、配饰为主要形式，实现运动或户外数据如心率、步频、气压、潜水深度、海拔等指标的监测、分析与服务。代表厂商如Nike、Adidas、Fitbit、Jawbone以及咕咚等。而后者，主要的   参与厂商是医疗便携设备厂商，以专业化方案提供血压、心率等医疗体征的检测与处理，形式较为多样，包括医疗背心、腰带、植入式芯片等，代表厂商如BodyTel、First Warning、Philips等。

    当然，我没有指望这块“手表”具有多好的耗电性能，毕竟巨头们推出的包括Google Glass，GALAXY Gear功耗上都受到广大“粉丝”的强烈差评！

        为了进行功耗的分析，我使用了 是德科技（Keysight） 的N6705B直流电源分析仪。因为它可以实现以下电流分析超级功能：

1.       纳安（nA）级别电流测量

2.       创新的无缝量程切换技术，可以轻松测量大范围（3A-80nA）

3.       高达200 KHz（5us)电流采样率，精确测量窄脉冲电流

4.       高速采集的数据记录仪，可支持长达1000小时电流的连续监测

5.  可视化电流测试软件，电流测试与操作同步测量和分析

    然后，用N6705B的电源功能替代电池给”手表“供电，并通过N6705B的电流测量功能记录、测量和分析”手表“的耗电。因此，我们需要将手表拆开，电池取出，并用电源给“手表”供电，如下组图。

    准备好之后，我们就可以轻松的进行“手表”的功耗测量啦……

1.       关机漏电流

定义：“手表“处于关机模式对电池电量消耗大小。

测试方法：电源设置为电池的工作电压，如4.0V，“手表”保持关机，从N6705B读取电流值即关机漏电流87.933uA。

2.       待机功耗

定义：”手表“开机，但不进行任何操作时消耗电池电量大小。

测试方法：电源设置为电池的工作电压，如4.0V，“手表”保持关机，从N6705B读取电流值即待机电流168.275uA。

3.       开启各种功能，功耗大小？

测试方法：启动N6705B的数据记录仪（Data Logger）功能，然后控制和操作”手表“依次开启或关闭各种功能，如计步器->计时器->气压计->高度计->蓝牙连接->手机通话->播放音乐……等。

 以上获取的功耗波形和数据后，依次分析各功能时的功耗大小，如下表：

注：上表中，绿色表示正常，黄色表示偏大，红色表示功耗很大及需要优化。

4.       数据分析及疑问

4.1    待机功能功耗之前测试的结果为168.275uA，数据记录仪测试结果则是370.6uA（上表待机平均值），同样的状态，测试结果相差一倍多？

从上图可以看出，待机时“手表”的电流是动态变化的，“电流表”只能采样到慢速的基底电流，而各种脉冲均无法准确的采集到，所以只有168uA。

4.2    蓝牙退出后，“手表”无法重新进入待机模式，消耗电流极高，38.103958mA

4.3    计步器及计时器后台运行功耗均较大，分别为 16.6628mA和18.59mA。

4.4    使用蓝牙功能时功耗较高，特别是通话过程的最大电流高度500mA，对电池性能影响较大。

通过对该”手表“的功耗测量和分析，功耗问题还是比较突出的！

    俗话说，“工欲善其事，必先利其器”——如何快速、精确的测量“智能穿戴设备”在各种模式和状态下的耗电性能？

    要回答上述问题，就必须先了解穿戴设备功耗的测试究竟有哪些挑战？穿戴设备在耗电上具有以下特征：

Ø  关机或休眠时，具有极低的漏电流或休眠电流——几微安（uA）甚至十几纳安（nA）

Ø  从休眠的微安（uA）到工作时的数百毫安（mA）级电流变化

Ø  占空比极低的快速电流脉冲（几百微秒us），须捕获和测量到电流脉冲

Ø  工作状态变化多且快，须长时间连续电流变化及可视化测量

    上述是德科技（Keysight） N6705B 直流电源分析仪，可完全解决穿戴设备耗电特性的测量：

Ø  纳安（nA）级别电流测量

Ø  创新的无缝量程切换技术，可以轻松测量大范围（3A-80nA）

Ø  高达200 KHz（5us)电流采样率，精确测量窄脉冲电流

Ø  高速采集的数据记录仪，可支持长达1000小时电流的连续监测

Ø  可视化电流测试软件，电流测试与操作同步测量和分析