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產(chǎn)品的功耗測(cè)試，一般分為芯片各支路功耗測(cè)試及整機(jī)功耗測(cè)試。

 

芯片各支路功耗測(cè)試，一是為了確認(rèn)我們?cè)O(shè)計(jì)是否達(dá)到芯片所要求的規(guī)格，另一方面也為了降功耗設(shè)計(jì)，散熱設(shè)計(jì)提供切實(shí)的數(shù)據(jù);

 

整機(jī)功耗測(cè)試，則是為了產(chǎn)品規(guī)格書(shū)，輸出具體的數(shù)據(jù)，對(duì)于由電池供電的產(chǎn)品，整機(jī)功耗低，產(chǎn)品的使用時(shí)間長(zhǎng)，也可以增加我們的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

 

下面我們也將圍繞這兩點(diǎn)展開(kāi)測(cè)試工作。

 

名詞注解

 

芯片各支路功耗：芯片電源按電平種類(lèi)劃分，測(cè)出各路功耗值

 

單板功耗：是產(chǎn)品電路板總電源處測(cè)得電壓和電流，得出的功耗值

 

整機(jī)功耗：完整的產(chǎn)品形態(tài)，在電源適配器AC輸入端測(cè)得的功耗，因?yàn)殡娫催m配器有一定的電源轉(zhuǎn)化效率及損耗，所以要計(jì)算在內(nèi)。

 

測(cè)試方法及儀器選用

 

電壓測(cè)試的儀器毋庸置疑，在常規(guī)測(cè)試中多用數(shù)字萬(wàn)用表，精度高，直觀性好，而電流測(cè)試的測(cè)試方法，儀器則種類(lèi)繁多，各有優(yōu)劣，下表列舉了常見(jiàn)幾種測(cè)試方式，可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇合適的測(cè)試方法。

 

 

在下面展示的功耗測(cè)試，我們選用TEK示波器+TCP電流鉗，配合芯片各支路電源跨接線，可以在單次業(yè)務(wù)環(huán)境中，測(cè)試多路電流。

 

芯片各支路功耗測(cè)試

 

使用工具：

- TEK示波器

- TPC電流探頭

- 數(shù)字萬(wàn)用表

 

測(cè)試步驟：

 

1、確認(rèn)我們產(chǎn)品測(cè)試樣板的外觀，功能及性能

 

在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)樣品外觀檢查，無(wú)明顯損壞，元件掉落，錫球等沾接物；

 

用萬(wàn)用表檢測(cè)各DC-DC，LDO電源的輸入輸出無(wú)短路；

 

單板上電，確認(rèn)是否正常工作，軟件是否為最新版本，及相應(yīng)的配置是否正確；

 

單板運(yùn)行滿載業(yè)務(wù)，確認(rèn)功能是否OK，性能是否達(dá)標(biāo)；

 

2、芯片各支路電源主干路做跨接線

 

查看原理圖及PCB圖，確認(rèn)待測(cè)試的芯片各電源（0V9，1V5，3V3等），用烙鐵去除主干路的串接0Ω電阻，用一根8~10cm長(zhǎng)的導(dǎo)線，焊接在原電阻的兩個(gè)焊盤(pán)，使電源電流流過(guò)導(dǎo)線，再給芯片供電。如果硬件設(shè)計(jì)沒(méi)有預(yù)留串接0Ω電阻，就要童鞋們手工割斷主電源線的銅皮，并在兩側(cè)焊接跨接導(dǎo)線。準(zhǔn)備完畢后，單板再次上電確認(rèn)功能和性能。

 

注意的是：測(cè)試點(diǎn)應(yīng)選在DC-DC電路的濾波電容之后，所有芯片供電支路之前，如果測(cè)試點(diǎn)選在電感之后，由于未經(jīng)過(guò)電容濾波，在測(cè)試中會(huì)引入較大的紋波噪聲，影響到電流的測(cè)試。

 

3、開(kāi)始測(cè)試

 

在常溫下，單板運(yùn)行在最大業(yè)務(wù)，由產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)適配器供電，打開(kāi)示波器和電流探頭。示波器常規(guī)設(shè)置：

- 功能：打開(kāi)長(zhǎng)余輝，打開(kāi)快速捕捉

- 參數(shù)設(shè)置：帶寬設(shè)置＞500MHz，輸入阻抗為50Ω，

- 顯示：縱軸電壓檔設(shè)置為合適狀態(tài)（波形占屏幕的2/3的位置），時(shí)間軸設(shè)置200us，

- 觸發(fā)模式：選DC觸發(fā)，觸發(fā)電壓>>檢測(cè)到最大電壓（確保所有波形捕獲顯示）。

- 電流探頭設(shè)置為1A/V檔位，并閉合探頭夾進(jìn)行校準(zhǔn)。

-按照電流方向，把探頭夾在跨接線，點(diǎn)擊示波器run，開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間捕獲波形，獲取20000acqs(或測(cè)試時(shí)長(zhǎng)>5min)，讀取電流RMS有效值，并關(guān)注MAX,MIN值。

 

4、讀取實(shí)時(shí)電壓：數(shù)字萬(wàn)用表，打在直流電壓檔，表筆點(diǎn)在跨接線焊盤(pán)處，測(cè)出實(shí)時(shí)電壓值，并記錄。

 

5、記錄所有支路的電流值，電壓值，并計(jì)算出功率，并與芯片規(guī)格對(duì)比。

 

整機(jī)功耗測(cè)試

 

使用儀器：

- WT300系列功率計(jì)

- 數(shù)字萬(wàn)用表

- 示波器+電流探頭

 

測(cè)試步驟：

 

實(shí)驗(yàn)前，準(zhǔn)備一塊全新單板，檢查單板的外觀，功能和性能，如上述要求，完成后，裝機(jī)為完整的產(chǎn)品形態(tài)，準(zhǔn)備測(cè)試。

 

在常溫25℃下，按產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)搭建測(cè)試環(huán)境，單板上電預(yù)熱一段時(shí)間后，開(kāi)始測(cè)試，用電壓表和示波器+電流探頭測(cè)試單板總電源的電壓值和電流值，用于計(jì)算單板功耗，用功率計(jì)測(cè)試出整機(jī)功耗。

 

測(cè)試場(chǎng)景覆蓋：關(guān)機(jī)，待機(jī)，典型工作狀態(tài)，極限場(chǎng)景。

 

在高溫45℃下，重復(fù)步驟2，3，得出高溫環(huán)境下，各測(cè)試場(chǎng)景的單板功耗和整機(jī)功耗。

 

記錄所有支路的電流值和電壓值，整機(jī)功耗，計(jì)算出單板功耗和適配器效率。

 

劃重點(diǎn)

 

硬件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到測(cè)試的需求，芯片各電源支路預(yù)留測(cè)試的0Ω串阻，測(cè)試信號(hào)引腳最好預(yù)留相應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)。

 

考慮降功耗設(shè)計(jì)，前期規(guī)劃出整個(gè)單板的電源網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算出理論的電流值和功耗值，在設(shè)計(jì)過(guò)程中參考產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品的待機(jī)，典型工作模式及極限工作模式，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電源控制電路，為后續(xù)的軟件功耗優(yōu)化提供硬件支持。

 

高效率的器件應(yīng)用，在器件選型時(shí)，選用低功耗，高效率的元件。

 

散熱大的元件，如MCU，DDR，電源芯片，晶體等均勻分布，并遠(yuǎn)離熱敏元件。

 

阻抗控制，合理的PCB布局，精確的阻抗控制，可以減小射頻路徑上的損耗。