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无线物联网传感器节点和可穿戴设备的功耗测试,中国机器人网,vrovro.com
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无线物联网传感器节点和可穿戴设备的功耗测试
2020年11月16日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

该常见问题解答系列的第1部分重点介绍了可用于设计无线物联网(IoT)传感器节点,可穿戴设备和类似应用程序的电源系统的各种类型的组件。本常见问题解答着重于测量和验证那些电源系统的性能。有多种工具和方法可用于测量和测试无线物联网传感器节点的功耗中国机器人网vrovro.com。选择包括数字万用表(DMM),功率分析仪,多通道探头,示波器,智能电源测量单元等。


设计合适的硬件和软件是低功耗设备的关键,例如,在活动模式下实现最佳功耗,但在深度睡眠模式或较短的启动/关闭阶段也是如此。功耗还强烈取决于节能功能的使用,应用程序行为以及与无线网络的交互。特别是使用无线低功耗技术(LP-WAN)的IoT设备(例如LTE-M或NB-IoT)需要一流的设计。他们还需要考虑影响工作模式功耗的所有方面。


设备和应用开发人员需要非常精确的功率测量解决方案,并且需要很大的动态范围-从几微安到几安。还需要涵盖不同操作模式和各种网络配置的长期测量。


多级有源模式功率曲线


准确捕获电流波形对于功耗计算至关重要,可以在吉时利的DMM75107½位图形采样万用表上完成。DMM7510结合了高精度,高分辨率数字万用表(DMM),图形触摸屏显示和高速,高分辨率数字化仪,从而创建了第一个图形采样万用表。凭借pA级灵敏度和1Msample / s采样,它可以准确地测量超低睡眠模式电流,并从无线设备传输漏极电流。

无线物联网传感器节点和可穿戴设备的功耗测试 中国机器人网,vrovro.com

下图说明了DMM7510捕获的典型多电平有源模式电流脉冲。主动模式通常包含高达数十毫安的电流水平。这些多个电流水平代表事件,例如启动和关闭序列,发送和接收模式,传感器数据转换等。


高动态范围电流测量


较长的电池寿命对于现代物联网和移动设备至关重要。为了保持尽可能低的能耗,这些设备通常以特殊的睡眠模式工作,这些睡眠模式仅消耗很少的功率,并且仅在正常或高功率消耗的非常短的活动阶段被打断。设备成功的动力


在早期开发阶段就必须优化消耗。需要精确测量,这需要复杂的探测解决方案。探头必须能够同时测量μA甚至nA范围内的非常小的电流,以及高达几安培的电流。对于每个测量设备而言,处理10 6甚至高达10 9的高动态范围都是一个挑战。


罗德与施瓦茨(Rhode&Schwarz)的R&SRT-ZVC02 / -ZVC04多通道探头专为测量低功耗设备的电池寿命而设计。它们在所有设备活动阶段同时以高动态范围和高分辨率测量电流。要操作多通道探头,需要使用R&SRTE1000,R&SRTO2000或R&SRTP示波器。R&SRT-ZVC02 / -ZVC04多通道功率探头具有多达四个电流和四个电压输入通道,每个通道具有18位ADC分辨率,可提供分析电流消耗所需的动态范围。三个内置分流器和一个外部分流器模式与可切换的增益因子相结合,有助于优化输入电流范围。


对物联网边缘节点的传输层安全功耗进行基准测试


EEMBC SecureMark是一个客观的,标准化的基准测试框架,用于测量密码处理解决方案的效率。EEMBC计划在SecureMark中支持针对不同应用程序域的各种安全配置文件的测试和分析。其中第一个可用于许可的是SecureMark-TLS,它专注于IoT边缘节点的传输层安全性(TLS)。


连接性的提高要求安全性的提高。EEMBC的SecureMark-TLS是针对IoT边缘节点开发人员的效率评估工具。图片:EEMBC)

TLS协议提供了所交换消息的私密性和完整性,并且可以验证通信方。SecureMark-TLS为一组规定的加密功能测量物理设备(开发板或最终产品)的性能和能耗。该基准测试使用通用的IoT密码套件,该套件由用于密钥交换和数字签名的椭圆曲线加密以及CCM和ECB模式下的标准原语(例如SHA256和AES128)组成。能量测量结果汇总为最终的单个分数,该分数代表物联网边缘节点设备的TLS操作。


电池电量消耗的互补累积分布函数分析


互补累积分布函数(CCDF)是分析长期功耗并预测无线IoT节点,可穿戴设备和类似设备中电池寿命的重要部分。CCDF曲线显示功耗消耗超过测量设备平均功率水平的时间量,或者等效地,显示功率将高于平均功率水平的概率。准确开发CCDF需要结合测量硬件和相应的软件来分析所得的时域测量结果。


源测量单元(SMU)是一种智能电源,可以在测量电流消耗和评估结果(包括电池消耗分析)的同时向被测设备供电。便携式设备使用空闲和睡眠状态以最小化电流并延长电池寿命。传输数据的活动状态可能会使用超过1000倍的电流。无缝电流测距可以捕获同一波形中的大有功电流和小闲置电流。SMU使设计人员能够精确地提供和测量电流,直至微安和纳安。


是德科技N6705B直流功率分析仪与N6781A SMU模块结合使用,可以仿真,测量和分析动态情况,包括电源排序,电池下垂以及各种电源变化。因为它提供电源,所以它既可以准确地(最多18位,为0.025%)和快速(100kHz)下进行测量。N6705B的行为类似于示波器,因此设计人员具有熟悉的操作模型来快速探索电路行为。它也可以像数据记录器一样记录长期电路功耗。


诸如Keysight 14585A控制和分析软件之类的软件包可以为设计人员的工具包添加其他功能,从而可以快速建立连接并测量设备最重要的特性。例如,14585A软件可以执行CCDF分析,以简明地显示短期和长期的电池消耗测量值。


本系列中的上一个常见问题解答考虑了为无线物联网节点和可穿戴设备设计电源系统时可用的各种类型的组件。该常见问题解答集中于测量和验证那些电源系统的性能。下一个常见问题解答将审查无线IoT节点和可穿戴设备的电池和充电选项。


标签:工业设备 机械应用技术中心配件与装备人工智能设备与仪器
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