如何测试低功耗设备的平均电流

随着电子技术的发展，电路的集成度和运算数据量显著增大，这导致电路的功耗急剧增加。同时很多电子产品，如IOT设备、便携式电池供电产品、汽车传感器等，为了保证较长时间工作状态，必须进行低功耗设计，那么如何评估设备的功耗也是非常棘手的事情，接下来分享一些低功耗设备的测试方法。

首先了解低功耗设备的运行特点：

1. 工作模式：用以保证设备基本功能的状态，此时设备消耗最大的运行电流，运行电流一般在mA或A级别，设计者一般会减少工作模式的时间来减少功耗。

2. 待机模式：待机模式是为工作模式进行预处理或后处理的状态，一般运行电流在mA级别，该模式下的运行时间也是尽量减少。

3. 睡眠模式：睡眠状态下设备以极小的电流保证外部唤醒或执行内部周期性唤醒，该模式下运行电流可达到μA甚至nA级别，在保证正常功能要求的情况下会尽可能增加该模式的时间占比，以降低设备的平均电流。

低功耗设备以这三种工作模式交替运行，工作模式和待机模式的运行时间往往只有几毫秒，用普通的测量仪器很难捕捉到这毫秒级的电流变化，而且同时测试nA到A级别跨度9个数量级的电流，不需要手动切换测试档位，且能够快速响应并测试电流变化是测试的关键。方法一：分别测试不同模式再进行计算

对于低功耗设备的设计者来说，很容易想到单独测试三种工作模式的运行电流，再根据其周期占比计算平均功耗的方法。

首先需要可以设定工作模式，并在该模式下保持，然后用万用表等工具测试不同模式下的电流，再根据每种模式的时间比例计算平均功耗。但是这种方式无法以产品的最终状态进行测试，很难做较大的样本量测试，而且无法评估在模式切换过程中产生的瞬态电流。

方法二：串联电阻用示波器测试压降

这也是一种比较简单的方式，将小电阻串联在该模块输入电源的入口，比如1欧姆的电阻，然后用示波器测试电阻两端的电压差，该电压差除于电阻值，将得到精确的电流值。如图所示：

如果电阻选择太小，示波器测试的信号也会很小，尤其是睡眠模式下的小电流信号甚至可能被噪声淹没，如果电阻选择比较大，在工作模式下电阻产生的分压会影响设备的电源稳定。

方法三：电源分析仪

Keysight N6705C 直流电源分析仪可以更快向被测器件输入直流电压和电流以及测量这些电压和电流，其综合了数字万用表、示波器、任意波形发生器和数据记录仪的功能。

但是N6705C 的本质也是一个直流电源，更多时候我们需要评估自己设备的电源模块或电池供电的情况下的运行状态，N6705C就没办法评估外置电源的输出功率，同时其售价和较大的体积也将很多工程师拒之门外。那么有没有更顺手的测试工具呢？有！接下来介绍一款非常适合低功耗测试的神器。

方法四：低功耗测试神器

有一款神器：

它可以连接电源和待测器件中间，实时检测待测器件的消耗；

它最大可以测试±60V的直流电压，可测试50nA-10A的电流，无需手动切换测试档位；

最高达100kHz的采样率，可以捕捉μs级的瞬态电流；

通过高速USB与主机通讯，使用电脑软件查看测试结果和测试波形；

可以本地保存测试数据，软件能够轻松处理上亿的测试数据量；

隔离设计，增加稳定性，保护通讯接口；

测试连接简单，体型小巧便携，千元级的价格......

这就是为低功耗测试量身定做的神器—PowerScope直流功率分析仪。

使用很简单，重点关注三个接口：

USB口：使用USB数据线连接电脑，电脑通过USB口给仪器供电，同时与设备进行通讯，打开PowerScope Sight软件，软件自动与设备连接；

电源输入端：香蕉头连接器，用于连接被测器件的供电电源，最大输入电压是32V或60V（根据仪器型号确认）；

电源输出端：香蕉头连接器，用于连接被测器件，最大输出电流不超过10A。

连接后，通过PowerScope Sight软件就可以实时查看电流电压和功率的波形以及测试的结果，测试的结果包括电流（最大值、最小值、平均值）、电压（最大值、最小值、平均值）、功率（最大值、最小值、平均值）、电量、能量等信息。因此不仅仅可以测试平均电流，还可以查看和分析瞬态的电流和功耗，完美的实现对低功耗设备的评估测试。

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审核编辑 黄宇