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低功耗时代如何正确测量无线通讯功耗?(二)

2020.10.05
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

3常见功耗问题与原因

为了保证产品的低功耗,除了增加包间隔时间,还有就是降低产品本身的电流消耗,也就是上面提及到的I_work和 I_sleep。正常情况下,这两个数值应该跟芯片数据手册一致,但如果用户使用不当,有可能出现问题。我们在测试模块的发射电流时,发现是否安装天线对测试结果有很大影响。在带天线测量的时候,某产品电流为120mA,但是如果拧掉天线,测试电流飙升到近150mA。这种情况下的功耗异常主要是由模块射频端失配,引起内部PA工作异常导致的。因此,我们建议客户在评估无线模块的时候,务必带载测试。

在前面的计算中,当发送间隔越来越长,工作电流占空比降越来越小,这时影响整机功耗的最大的因素就是I_sleep。I_sleep越小,产品续航时间也就越长了。这个数值一般都是与芯片数据手册接近,但是我们经常遇到客户反馈测试的休眠电流偏大,那是为什么呢?

这个问题往往是由MCU的配置引起的,一般的MCU单个IO口功耗就能达到mA级别。换句话说,如果不小心漏掉或者错配一个IO口的状态,很有可能就将破坏前期的低功耗设计。下面以某产品为例进行一个小实验,看看这个问题影响有多大。

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图4 产品A的低功耗IO配置测试结果

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图5 产品A的IO配置不当测试结果

在图4和图5的测试过程中,测试对象是同一个产品,同样配置为模块休眠模式,可以很明显看到测试结果的不同。在图4中,所有IO都配置为输入下拉或者上拉,测试出来的电流仅为4.9uA,而图5中,仅仅把其中两个IO配置为浮空输入,测试结果为86.1uA。

如果保持图3的工作电流和时长不变,发送间隔为1个小时,带入不同的休眠电流计算。按照图4的结果计算,一个小时的平均电流为5.57uA,而按照图5则为86.77uA,相差约16倍。同样使用一节200mAh的CR2032电池供电,产品按照图4的配置,可以正常工作时间约为4年,而按照图5配置,这个结果仅为3个月左右!

从上文实例可以看出,要尽可能延长无线模块的使用时长需遵循以下设计原则:

在满足客户应用需求的条件下,尽可能的延长发送包间隔,降低工作周期内的工作电流;

一定要正确的配置MCU的IO状态,不同厂家的MCU可能有不同配置,详细参考官方的资料。

LM400TU是ZLG研发设计的一款低功耗LoRa核心模块,模块采用源自军用通信系统的LoRa调制技术设计,结合独有的频谱扩宽处理技术,完美解决了小数据量在复杂环境中的超远距离通信问题。LoRa组网透传模块内嵌自组网透明传输协议,支持用户一键自组网,并且提供专用抄表协议、CLAA协议以及LoRaWAN协议,用户无需在协议上花费大量时间,即可直接开发应用。

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图6 LoRa核心模块


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