原创 4G CAT1类产品功耗的研发测试方案

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物联网行业中存在的问题

在一些物联网项目中，有些场景由于使用电池供电，使得对产品有功耗要求。这就需要在产品研发阶段，测试产品不同工作阶段的功耗，以确保产品在电池供电的情况下，达到客户要求的待机时长。

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该问题带来的危害及影响

如果不对4G CAT1 产品进行实际的功耗测试，就无法评估出产品实际工作中所消耗的电量，无法选择出为设备供电所适合的电池，如果选择的电池容量超过产品实际工作周期中使用的电量，就会导致产品成本增加，造成不必要的浪费；如果选择的电池容量小于产品实际工作周期中消耗的电量，就会导致产品还未到达使用周期的情况下，电池电量已经消耗完毕，达不到产品使用周期而无法工作。

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解决方法

方法一

1、原理介绍

测试AM430EV5 SOM板功耗，采用微安级功耗测试仪EMK850，通过开源DTU底板给SOM板供电，串口接电脑端串口调试助手，通过串口助手设置4G CAT1 AM430EV5 SOM板的工作状态（注网，待机，TCP连接上行通信，下行通信，断开连接，休眠），测试产品的电流值。测试仪上位机可以获取到产品工作与休眠时的瞬态电流，平均电流以及某个时段的功耗，从而可以统计产品在整个工作周期的功耗。

2、方案详情

测试仪器实物

2.1 首先按照上图搭建测试环境

2.2. 测试设备接线

分析仪外接电源，用 USB 线连接分析仪和电脑。上位机将自动识别功耗分析仪设备、打开设备数据通信 端口，并显示设备就绪字样。 安装并运行上位机软件，点击启动，可以看到电压和空载时的噪音波形。

前面板的红黑接线 柱为电源输出，连接待测4G CAT1设备正负极。 确认输出电压无误后连接待测设备到分析仪前面板的电源输出端

2.3. 安装并运行上位机软件

上位机将自动识别功耗分析仪设备、打开设备数据通信端口，显示设备就绪字样，设定4G CAT1设备工作电压，点击启动，可以看到电压和空载时的噪音波形，波形下方可以看到设备的实时电流与某个时间的功耗。黄色曲线是最大值曲线，蓝色是平均值，计算功耗用平均值，最大值一般时间很短，只是能体现一些电流特征，有参考意义。 波形图上，在需要的位置鼠标右键点击设置显示虚线游标。游标可拖动到指定位置，便于查看特定时间内的统计值。

2.4游标统计

波形图上，在需要的位置鼠标右键点击设置显示虚线游标。游标可拖动到指定位置，便于查看特定时间内的统计值，对应4G CAT1设备，可以通过游标统计，可以统计4G CAT1设备一个工作周期的功耗（工作开始与工作结束设备实时功耗均为为微安级，如上图所示）

2.5.测试DTU底板功耗

首先不接SOM板，测试DTU底板的功耗，按照上述方法测试，底板平均功耗为：25.36mA

2.6 测试注网及首次通信功耗

底板接SOM 板上电后，4G CAT1设备开始初始化操作，包括识别SIM卡，并自动注册附件的基站，获取IP地址与网络时间。当连接4G CAT1串上位机显示“connect OK”，表示SOM板成功连接服务器。

注网功耗与4G CAT1设备注网时间有关，时间越长功耗越大（通常状况下注网时间为10s左右，不超过30s）。此时通过游标统计注网时的功耗。如下图所示：注网时间7s, 总电流 69.7mA，减去底板功耗25.36mA SOM板首次联网电流：44.34mA，功耗为：86.2uAh

2.7.测试设备产品待机功耗

SOM板首次连接上服务器后，每隔一段时间发送一次心跳数据，SOM板在发送心跳数据间隔期间为待机功耗，下图所示：待机间隔时间为18s, 平均电流为43.82 mA, 减去底板电流：25.36mA，待机电流为：18.46mA, 18s内待机功耗为：91.8uA*h

2.8 测试SOM板一次通信功耗

如下图所示，一次心跳发送，时间为11.6s,平均功耗为80.74mA，底板电流为25.36mA, SOM板电流为:55.38mA. 一次通信功耗为：178.4uAh

2.9 设备功耗统计

用游标统计（波形图上，在需要的位置鼠标右键点击设置显示虚线游标。游标可拖动到指定位置，便于查看特定时间内的统计值） ，对应4G CAT1设备，可以通过游标统计，可以统计4G CAT1设备一个工作周期的功耗（工作开始与工作结束设备实时功耗均为为微安级，如上图所示）

采用上述方法，记录设备一个工作周期内的功耗（游标统计下的功耗）:P1，再乘以设备需要的工作次数与单次工作时间:N*t,表示设备整个工作的功耗，再加上设备待机功耗为：设备总的待机时间为整个周期T减去工作时间T-N*t，乘以待机功耗P2。

设备整个待机时间的功耗为：P1*N*t+P1*(T-N*t)

例如：4G CAT1 AM430EV5 需要待机7天，每天发送50次数据，每次发送的平均功耗为178.4uAh, 待机电流为55.38mA,3个月的待机功耗为：7*50*178.4μA*h+18mA*(24h-50*11s/3600)*7=62.44mA+3004mA=3062.44mA

3、需要的测试设备或测试环境

5V或者12V直流电源适配器

USB数据线

功耗测试仪EMK850及上位机

DTU上位机

服务器及网络调试助手

操作手册.pdf

EMK系列功耗仪1分钟快速使用.docx

[上位机软件安装程序.zip]

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