使用基准测试计算电池寿命

决定将哪种无线 IC 用于电池供电的物联网产品通常是一项艰巨的任务。产品开发人员通常必须比较几种无线 IC 才能了解它们对产品的影响。

尽管数据表是比较器件的一个很好的起点，但它们并不总是代表实际性能。此外，必须考虑数据手册中可能未充分涵盖的其他因素，例如唤醒时间、无线电转换时间、外设活动以及发送 （TX） 和接收 （RX） 时间。软件堆栈也可能对电池寿命产生影响，并且供应商之间的效率可能会有所不同。由于这些原因，需要一种更全面的方法来充分了解竞争设备之间的差异。这种方法应包括审查关键数据表规范和非数据表项目，以及准确测量功耗和电池寿命的基准测试。

数据表规格

在比较 IC 时，设计人员通常首先查看数据表。然而，数据表并不总是提供“苹果对苹果”的比较。即使在数据表中看起来相同的规格也可能会以不同的方式进行测量，并且可能无法代表设计人员在产品级别实施规格后所看到的内容。

下图展示了来自不同供应商的四款 802.15.4/BLE 设备。此图表显示了产品数据表中类似规格的不同表示方式以及这如何影响电池寿命。

图 1：数据表主要规格比较

例如，最大 TX 功率只是设备规范的一个示例，它可能无法准确地代表实际应用。虽然通过数据表比较更容易找到，但在某些情况下，可能存在警告或缺失信息。例如，某些设备可能需要更高的电压才能以更高的功率运行。在图 1 中，供应商 D 需要 3 V 以在 +8 dBm 下运行，而供应商 C 在 1.8 V 时可以高达 +13 dBm 运行。因此，对于使用电池的设备，供应商 D 必须在低于 +8 dBm 的条件下运行最典型的电池寿命。

其他可能不代表实际应用的关键数据表规范包括安全加密操作、休眠电流和活动电流、无线电电流、链路预算和电源电压。不同的供应商可能使用不同的方法来衡量这些规格，或者可能会在其数据表中以不同的方式列出它们，但这些差异会对设备性能和电池寿命产生重大影响。

非数据表项目

无线设备的其他规范，例如睡眠模式的转换、电压范围内的 DC-DC 效率和 RF 性能，可能会对电池寿命产生重大影响，但可能难以根据数据表信息进行评估。例如，每米 μA 是 RF 活动功耗的一个很好的指标，但是，开发人员必须同时查看范围和每米 μA，以确定设备是否适合他们的应用。在图 2 中，供应商 B 具有较低的每米 μA 值之一，但如果您查看范围，它是所有四个供应商中最低的。从这个比较来看，供应商 C 具有最佳范围和最低的 μA-per-meter 值。

图 2：每米 μA

协议栈

协议栈是计算性能和电池寿命时要考虑的另一个特性。协议栈内存要求可能会影响产品开发人员可以使用多少内存，而协议栈的时序和效率则直接影响电池寿命。特定的协议功能也会影响电池寿命。例如，一个健谈的网络可能导致 RX 和 TX 电流消耗占整个电池放电的大部分，而一个非常昏昏欲睡的网络可能更多地依赖于睡眠电流。当然，有效载荷较小的协议将导致发送数据的数据包更多，从而产生更多的网络流量并增加射频传输。这些因素中的每一个都会对内存、稳健性和电池寿命产生直接影响。

基准测试

基准测试确实是准确测量功耗和电池寿命的唯一方法，因为它为硬件和软件解决方案提供了比数据表更准确的真实结果。最简单的基准测试方法之一是使用供应商提供的计算器，它使用户能够查看不同的睡眠、发送和接收电流对总功耗的影响。

图 3 是一个很好的例子，说明了为什么基准测试很重要。这是一个 BLE 从设备示例，其中设备唤醒、接收数据包、转换到 TX、处理数据，然后返回睡眠状态。

图 3：基准比较

根据两家供应商的数据表比较，供应商 E 的电流消耗似乎降低了约 30%。然而，基于基准测试，供应商 C 显示在整个交易中的电流消耗降低了约 50%。这是基于几个因素：

唤醒时间：供应商 E 在发送之前唤醒和稳定的时间比供应商 C 的长得多。这可能是由于 IC 唤醒时间和/或 BLE 堆栈的效率。

TX 和 RX 电流：供应商 E 的 TX 和 RX 功耗远高于数据手册中的指示。供应商 E 的数据表值对于 TX 和 RX 约为 6 mA，而测量显示它们对于 TX 约为 10 mA，对于 RX 约为 9 mA。供应商 C 也高于数据表，但仅高出约 1 mA。

处理和睡眠过渡时间：供应商 E 在设备进入睡眠之前有很长的连接后时间。同样，这可能是由于 IC、堆栈效率或两者的结合。

仅比较数据表并不能准确了解竞争无线 IC 器件之间的差异。除了数据表中提供的信息之外，开发人员还必须考虑影响电流消耗和实际性能的其他因素。进行包括比较关键数据表规范、非数据表项目和基准测试的审查将使开发人员能够为他们的应用程序做出最佳选择。

审核编辑：郭婷