图 1 万用表测试
在测量模块正常工作模式的发射电流时,由于信号发射所需要的时间很短,整个电流是处于变化状态,我们称之为动态电流。万用表响应时间比较慢,很难捕捉到变化的电流,所以不能使用万用表测量,对于变化电流,需要使用示波器和电流探头进行测量,测量结果如下图 2。
图 2 电流探头测量结果图
二、电池使用时长计算
无线模块常有两种工作模式,工作模式和休眠模式,如下图 3所示。
图 3 平均电流
上文数据于我司LM400TU产品,按照上图所示,两个发送包之间的发送间隔为1000ms,计算平均电流:
也就是说,1秒内平均电流大约为2.4mA,如果使用一节CR2032供电,理想情况下可以大约使用83个小时,约3.5天。如果我们将工作时长延长为1个小时呢?类似的,可以通过上面的公式算出,1小时的平均电流仅为1.67uA。同样一节CR2032电池可以支持设备工作119760小时,约13年!从上述这两个例子比较看出,增加发送包之间的时间间隔,延长休眠时间,可以降低整机的功耗,使得设备能够更长久的工作。这也是为什么无线抄表行业的产品普遍使用年限很长,因为它们每天只发送数据。
三、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 Iwork和 ISleep 。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的因素就是ISleep。ISleep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。
图 4 产品A的低功耗IO配置测试结果
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:
1、 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;
2、 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,详细参考的资料。
『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』