您好!物联网节点的功耗测量方法主要有两种:静态电流和动态电流。在模块处于休眠或者待机状态时,由于电流不变化,保持一个静止的数值,我们称之为静态电流。这时候我们可以采用传统的万用表来进行测量,只需要在电源引脚串联一个万用表就可以得到所需要测量的数值。在测量模块正常工作模式的发射电流时,由于信号发射所需要的时间很短,整个电流是处于变化状态,我们称之为动态电流。万用表响应时间比较慢,很难捕捉到变化的电流,所以不能使用万用表测量,对于变化电流,需要使用示波器和电流探头进行测量 。
另外,您提到了如何降低产品功耗。无线模块常有两种工作模式,工作模式和休眠模式。通过增加发送包之间的时间间隔、延长休眠时间等方式可以降低整机的功耗 。
为了保证无线模块产品的低功耗特性,我们需要采取两种策略:增加包间隔时间以降低工作周期内的总工作电流,以及降低产品本身的电流消耗,即I_work和I_sleep。正常情况下,这两个数值应与芯片的数据手册相一致,但是如果用户使用不当,可能会出现问题。例如,在测试模块的发射电流时,我们发现是否安装天线对测试结果有很大影响。在带天线测量时,某产品的电流为120mA,但是如果拧掉天线,测试电流飙升至近150mA。这种情况下的功耗异常主要是由模块射频端失配引起的内部PA工作异常导致的。因此,我们建议客户在评估无线模块时务必进行带载测试。
随着发送间隔的延长,工作电流占空比逐渐减小,此时影响整机功耗的最大因素是I_sleep。降低I_sleep可以延长产品的续航时间。这个数值通常与芯片数据手册相接近,但我们经常收到客户反馈测试的休眠电流偏大的反馈。这个问题往往是由MCU的配置引起的。一般的MCU单个IO口的功耗就能达到mA级别。换句话说,如果不小心漏掉或错配一个IO口的状态,就可能破坏前期的低功耗设计。
为了说明这一点,我们进行了一个小实验,以某产品为例。图4展示了该产品在正常低功耗IO配置下的测试结果,而图5则展示了配置不当时的测试结果。在这两种情况下,测试对象都是同一个产品,且都处于模块休眠模式。从图中可以看出,两种配置下的测试结果有显著差异。在图4中,所有IO都被配置为输入下拉或上拉,测试出的电流仅为4.9uA。而在图5中,只有两个IO被配置为浮空输入,测试出的电流为86.1uA。
假设保持图3中的工作电流和时长不变,发送间隔为1个小时,并代入不同的休眠电流计算。根据图4的结果计算,一个小时的平均电流为5.57uA;而根据图5的结果计算,这个数字上升至86.77uA,相差约16倍。同时使用一节200mAh的CR2032电池供电,按照图4的配置,产品可以正常工作约4年;而按照图5的配置,这个时间仅为3个月左右!
从以上实例可以看出,为了尽可能延长无线模块的使用时长,需要遵循以下设计原则:
1. 在满足客户应用需求的前提下,尽量延长发送包间隔时间,降低工作周期内的工作电流;
2. 正确配置MCU的IO状态。不同厂家的MCU可能有不同的配置方式,请详细参考官方资料。
LM400TU是ZLG致远电子研发设计的一款工业级LoRa组网透传模块。模块采用源自军用通信系统的LoRa调制技术设计,结合独有的频谱扩宽处理技术,完美解决了小数据量在复杂环境中的超远距离通信问题。该模块内嵌自组网透明传输协议,支持用户一键自组网,并且提供专用抄表协议、CLAA协议以及LoRaWAN协议,用户无需在协议上花费大量时间,即可直接开发应用 。