【硬件篇之功耗测试】



     产品的功耗测试，一般分为芯片各支路功耗测试及整机功耗测试。

     芯片各支路功耗测试，一是为了确认我们设计是否达到芯片所要求的规格，另一方面也为了降功耗设计，散热设计提供切实的数据；

     整机功耗测试，则是为了产品规格书，输出具体的数据，对于由电池供电的产品，整机功耗低，产品的使用时间长，也可以增加我们的市场竞争力。

      下面我们也将围绕这两点展开测试工作。

名词注解

芯片各支路功耗：芯片电源按电平种类划分，测出各路功耗值

单板功耗：是产品电路板总电源处测得电压和电流，得出的功耗值

整机功耗：完整的产品形态，在电源适配器AC输入端测得的功耗，因为电源适配器有一定的电源转化效率及损耗，所以要计算在内。

测试方法及仪器选用

    电压测试的仪器毋庸置疑，在常规测试中多用数字万用表，精度高，直观性好，而电流测试的测试方法，仪器则种类繁多，各有优劣，下表列举了常见几种测试方式，可以根据自己的实际情况，选择合适的测试方法。





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在下面展示的功耗测试，我们选用TEK示波器+TCP电流钳，配合芯片各支路电源跨接线，可以在单次业务环境中，测试多路电流。

芯片各支路功耗测试

使用工具：

- TEK示波器

- TPC电流探头

- 数字万用表

测试步骤：

1、确认我们产品测试样板的外观，功能及性能

• 在常温下进行试验样品外观检查，无明显损坏，元件掉落，锡球等沾接物；

• 用万用表检测各DC-DC，LDO电源的输入输出无短路；

• 单板上电，确认是否正常工作，软件是否为最新版本，及相应的配置是否正确；

• 单板运行满载业务，确认功能是否OK，性能是否达标；

2、芯片各支路电源主干路做跨接线

       查看原理图及PCB图，确认待测试的芯片各电源（0V9，1V5，3V3等），用烙铁去除主干路的串接0Ω电阻，用一根8~10cm长的导线，焊接在原电阻的两个焊盘，使电源电流流过导线，再给芯片供电。如果硬件设计没有预留串接0Ω电阻，就要童鞋们手工割断主电源线的铜皮，并在两侧焊接跨接导线。准备完毕后，单板再次上电确认功能和性能。

注意的是：测试点应选在DC-DC电路的滤波电容之后，所有芯片供电支路之前，如果测试点选在电感之后，由于未经过电容滤波，在测试中会引入较大的纹波噪声，影响到电流的测试。

3、开始测试

     在常温下，单板运行在最大业务，由产品的标准适配器供电，打开示波器和电流探头。示波器常规设置：

- 功能：打开长余辉，打开快速捕捉

- 参数设置：带宽设置＞500MHz，输入阻抗为50Ω，

- 显示：纵轴电压档设置为合适状态（波形占屏幕的2/3的位置），时间轴设置200us，

- 触发模式：选DC触发，触发电压>>检测到最大电压（确保所有波形捕获显示）。

- 电流探头设置为1A/V档位，并闭合探头夹进行校准。

-按照电流方向，把探头夹在跨接线，点击示波器run，开始长时间捕获波形，获取20000acqs(或测试时长>5min)，读取电流RMS有效值，并关注MAX,MIN值。





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4、读取实时电压：数字万用表，打在直流电压档，表笔点在跨接线焊盘处，测出实时电压值，并记录。

5、记录所有支路的电流值，电压值，并计算出功率，并与芯片规格对比。

整机功耗测试

使用仪器：

- WT300系列功率计

- 数字万用表

- 示波器+电流探头





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测试步骤：

1. 实验前，准备一块全新单板，检查单板的外观，功能和性能，如上述要求，完成后，装机为完整的产品形态，准备测试。

2. 在常温25℃下，按产品的实际运行状态搭建测试环境，单板上电预热一段时间后，开始测试，用电压表和示波器+电流探头测试单板总电源的电压值和电流值，用于计算单板功耗，用功率计测试出整机功耗。

3. 测试场景覆盖：关机，待机，典型工作状态，极限场景。

4. 在高温45℃下，重复步骤2，3，得出高温环境下，各测试场景的单板功耗和整机功耗。

5. 记录所有支路的电流值和电压值，整机功耗，计算出单板功耗和适配器效率。



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划重点

1. 硬件设计应考虑到测试的需求，芯片各电源支路预留测试的0Ω串阻，测试信号引脚最好预留相应的测试点。

2. 考虑降功耗设计，前期规划出整个单板的电源网络及计算出理论的电流值和功耗值，在设计过程中参考产品方案的设计，为产品的待机，典型工作模式及极限工作模式，设计相应的电源控制电路，为后续的软件功耗优化提供硬件支持。

3. 高效率的器件应用，在器件选型时，选用低功耗，高效率的元件。

4. 散热大的元件，如MCU，DDR，电源芯片，晶体等均匀分布，并远离热敏元件。

5. 阻抗控制，合理的PCB布局，精确的阻抗控制，可以减小射频路径上的损耗。



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