在全球家庭,工厂和办公室中安装数十亿物联网(IoT)设备表明这种极其实用的技术日益普及.它提供了无线收发器将许多不同传感器连接到互联网以远程控制其他电子设备的方法.如晶振等一系列的电子元器件从中有着举足轻重的地位.例如,它允许您连接到加热器或空调以调节家庭活动室的温度,使用手机作为控制器从一定距离.
这些物联网传感器通常是“设置并忘记”设备,旨在长时间在低电压和低电流的小电池上运行.当然,在一块电池或一组微型电池上持续很长时间是物联网设备功耗低的标志.
当然,这应该是用于遥感和控制的每个物联网设备的一部分.它可以通过精心规划在物联网产品设计阶段建立,并借助可以揭示设计功耗特性的测量策略.这需要一组测量,准确地表征物联网设备在不同工作模式下的功耗,以及可以在极低电压和电流水平下复制物联网设备实际工作条件的测试石英晶体振荡器设备类型.
1.“智能”房屋使用多个物联网设备来监控和远程控制电源.
物联网技术支持许多不同类型的“智能”环境,例如智能办公室和智能家居,通过远程无线访问互联网可以控制光,热和电力(图1).典型的物联网设备包含一个或多个传感器,微处理器和无线电芯片,可以在某些标准工作电压下发送和接收信号,例如+3.0至+3.5Vdc.然而,它也可以在待机模式下等待来自用户用手机检查IoT设备的激活信号.
此外,在某种睡眠模式下,该设备可能在+0.5Vdc有源晶振或更低的电压下工作,以节省电力,特别是对于必须维持电池电量的长时间远程监控应用.例如,某些远程监控应用可能要求物联网设备保持电池供电20年或更长时间,并且实现极低的功耗对这些设备至关重要.
许多物联网设备本身就是系统,能够以高精度测量低电压下的电流和功率,通常跨多个测量通道.像微型设备MCP39F511N从Microchip晶振的技术使两个通道上的高精度瞬时功率监控.
尽管MCP39F511N适合紧凑的QFN外壳,但它包含一个内部参考电压和内部晶振时钟,用于定时精度.与许多物联网设备一样,它有许多不同的工作模式,在执行测量时运行在+3.6Vdc的典型电压上,但是从低于+0.7Vdc作为启动电压从睡眠模式唤醒.
确定该特定设备和许多IoT设备的功耗需要能够测量其不同工作电压上的电流/功率使用.测试设备必须提供的方法不仅是复制相同范围的输入信号,而是通过物联网设备测量-在相同的宽动态范围内,无论这些信号是声音,光线,视频还是更多-但必须提供满足被测物联网设备指定范围的电源,从睡眠模式到完全激活的工作模式.无论物联网设备是由内部电池还是外部电池供电,还是电子系统的外部电源,用于确定物联网设备功耗的测量解决方案都必须支持从几毫伏到几伏或更高的电源范围.
寻找测试解决方案
用于表征物联网晶振设备功耗的任何测量解决方案都需要能够测量宽动态范围的电流水平,其可以从纳安级扩展到几安培.它还必须这样做,当IoT设备改变操作模式时,电流消耗可能几乎立即改变,例如从睡眠模式触发唤醒到完全操作模式.
处于睡眠模式的物联网设备的负载电流将决定任何测试解决方案所需的较低电流测量限值,无论是电流表,万用表,示波器,电压表还是其他形式的仪器.睡眠模式下某些物联网设计的低电流水平可能仅仅超出大多数仪器的测量极限,特别是在那些低电流水平下需要高测量精度(例如±0.5％)时.针对物联网贴片晶振设备的低电流和变化电流水平的合适测量解决方案应提供高信噪比(SNR)和快速响应时间.
相反,IoT设备的负载电流/功耗在处于使用其无线通信无线电电路的过程中可能是最大的,如将传感器数据传输到用户的蜂窝电话.随着无线电被激活,设备的功耗变化可以在几微秒内发生.这需要一种测量方法,该方法提供合适的响应时间和采样率,以测量在物联网操作模式变化期间发生的任何像差.
对于数字电流/电压测量仪器(如示波器),在电流消耗水平之间快速转换的物联网设备的特征决定了使用具有更快采样率但宽带宽的仪器.这是因为带宽不足不能提供足够的测量分辨率,无法在不同的工作节点内可靠地确定物联网的电流和电压水平.
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