降低能耗和優(yōu)化功率管理功能是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)開(kāi)發(fā)人員關(guān)注的主要問(wèn)題，但他們面臨的挑戰(zhàn)可能會(huì)形態(tài)各異。在可穿戴設(shè)備中，設(shè)計(jì)目標(biāo)可能是把電池續(xù)航時(shí)間從幾天延長(zhǎng)到幾周。對(duì)位置接觸困難的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)則可能是把電池續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)到幾十年。

不管最終設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么，測(cè)試測(cè)量在確定設(shè)計(jì)修改或元器件選型是延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間還是相反的過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用的元器件正在穩(wěn)步改進(jìn)，其能夠使用非常低的功率運(yùn)行，但準(zhǔn)確描述每個(gè)元件的能耗以及系統(tǒng)級(jí)的整體運(yùn)行狀況，對(duì)有效地利用可用能源仍具有至關(guān)重要的意義。

典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備至少有一個(gè)傳感器、一個(gè)處理器和一個(gè)無(wú)線電芯片，無(wú)線電芯片在不同的狀態(tài)下工作，在幾十納秒中消耗從幾百納安到幾百毫安的電流(圖1)。表征低功耗設(shè)備不是一件小事，它可以保證設(shè)備一直位于約定的功率預(yù)算內(nèi)。我們面臨的挑戰(zhàn)包括：準(zhǔn)確地捕獲很寬的電流動(dòng)態(tài)范圍，在測(cè)量期間捕獲復(fù)雜快速的發(fā)送模式電流波形，以及確保為被測(cè)器件提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的功率等。

圖1 無(wú)線電芯片不同工作狀態(tài)下電流狀況

Microprocessor, Microcontroller (34 uW): 微處理器、微控制器(34 uW)

Antenna: 天線

Sensor (14 uW): 傳感器(14 uW)

Power management (20uW): 功率管理(20uW)

Radio (12 uW): 無(wú)線電(12 uW)

Power budget: 80 uW: 功率預(yù)算：80 uW

Power source: 電源

Battery life: 6 months: 電源續(xù)航時(shí)間：6個(gè)月

1寬電流范圍

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，設(shè)備必須能夠在不同的工作狀態(tài)下高效運(yùn)行，從深度睡眠到輕度使用，再到多任務(wù)處理以及密集處理。根據(jù)與不同的工作狀態(tài)有關(guān)的模式數(shù)量，耗電量會(huì)立即從幾百納安躍升到幾百毫安。

傳統(tǒng)儀器可能會(huì)滿足低端需求(如皮安表)或高端需求(如電流探頭)，但其一般不能涵蓋整個(gè)電流范圍。重新配置儀器設(shè)置，甚至測(cè)試設(shè)置不僅容易出錯(cuò)，而且在實(shí)踐中并不可行。

對(duì)大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，處理這么寬的動(dòng)態(tài)范圍，最好的方法是使用數(shù)字萬(wàn)用表(DMM)的自動(dòng)量程功能。在理想情況下，最好能使用單一的配置設(shè)置，捕獲很寬的電壓和電流動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍 (圖2)。

圖2 使用數(shù)字萬(wàn)用表單一配置捕獲電壓及電流動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍

2深度睡眠電流

在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，設(shè)備或傳感器節(jié)點(diǎn)可能會(huì)在峰值活動(dòng)周期之間有幾個(gè)小時(shí)、幾天，甚至幾周保持空閑。視具體使用模式，降低睡眠模式功耗可以顯著延長(zhǎng)電池的整體使用壽命。