近几年,可穿戴设备已成为热门话题。从智能手环到健身腕带,再到VR眼镜,这些产品将数字智能时代的尖端科技呈现在我们面前。可穿戴设备的发展可以追溯至1975年,当时Hamilton Watch推出了Pulsar计算器手表,时任美国总统的杰拉尔德·福特也想要一块这样的手表。然而,时至今日,可穿戴设备的技术挑战依然未得到克服,续航能力差导致用户体验不友好的问题仍未实质性地改善。
众所周知,续航能力主要由电池容量和器件功耗两个因素决定。电池容量越高越好,而功耗则越低越好。不幸的是,在新的电池技术或材料出现之前,电池容量提升的空间非常有限。因此,压力落在如何降低功耗上。大多数可穿戴厂家将目光投向了这块领域。
对于大多数研发来说,低功耗设计的正确思路是:首先选择低功耗器件(包括模块以及主控IC),然后优化软件算法。此外,功耗测试也是关键环节。相较于其他电子产品,可穿戴设备对单一元器件和系统功耗的管控更为严格。在产品出厂之前,几乎所有内部硬件结构都要经过精准的测量,如芯片、传感器、无线模块等。智能可穿戴设备低功耗测量主要量测设备在待机睡眠状态下的功耗,超长的设备待机时间、低至μA级别的电流值以及极其苛刻的供电条件都是测试难点。因此,相关从业开发者能否设计出一套低功耗的系统和测试设备至关重要。
低功耗测试测量设备需要满足以下要求:高精准度、宽动态范围、高稳定性和高适应性。操作步骤如下:一般带无线通讯类的产品在待机情况下也会发射脉冲电流,所以这类产品的低功耗中也包含有脉冲电流成分。除亮屏测量外,其他测量项目都是进入某一条件状态后,10分钟左右所得的平均电流。
器件连接方面,使用SPD3303X直流稳压电源恒压输出4V电压,输出电压低纹波、无过冲并且响应快,为智能手表提供精准供电。将SDM3065X六位半万用表串联在供电回路中,测量智能手表在各种待机条件下的电流。以下是测试器件连接图。
以下是重构后的段落结构:
可穿戴设备的低功耗测量主要测试待机部分,我们选取了以下几个典型待机场景进行了测试。在测试过程中,我们使用了SDM3065X特有的EasyDMM上位机软件,集成了数据分析、保存功能和图形化显示操作界面,相对于在万用表端进行操作,PC端操作更加实用和简便。首先测量的是4G LTE联网状态下的息屏待机。此状态占据了整个手表电池使用时间的70%以上,所以这一块的测试十分重要。我们在进行息屏待机这样长时间的测量时,使用了万用表的测量统计功能,由下方的统计表格可以直接看到平均电流为12.952mA,峰值431.784mA,小值为3.702mA。同时选择打开趋势图,看到在整个10分钟的测量区间内电流变化情况,能够很明显地观察到偶尔跳出的异常电流。接下来是在WIFI网络下息屏功耗测量图片。连接WIFI息屏待机时的电流在11mA左右,相比于4G网络下息屏待机小了差不多1mA。这是因为4G网络需要发射和接收基站的信号。由于辐射范围大、建设成本高,基站都建在如山顶之类的开阔地带,手机接收来自山顶的信号,消耗的电量自然更多了。如果遇到信号不好的情况,要发射更强大信号来搜索网络,会更加耗电。而WiFi就轻松多了,通过无线路由发射信号。在一个固定的环境内实现近距离覆盖,信号波动不大,稳定状态下手机耗电更少!然后是VoLTE网络下待机状态功耗测量图片。VoLTE是建立4G网络下的高清语音通话模式,VoLTE是基于IMS的语音业务。它是一种IP数据传输技术,无需2G/3G网,全部业务承载于4G网络上,可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务,同时还提供高质量的音视频通话,后者便需要VoLTE技术来实现,说白了就是其实VoLTE就是4G电话。我们测量发现在此模式下的待机电流和4G网络待机模式的电流差别很小,只有几百微安。最后进行了深度睡眠测量。在未插SIM卡情况下对智能手表的电流进行测量,主要测量的是小待机电流。
智能穿戴设备是一种新兴的智能硬件,它们的续航能力越来越受到大家的关注。为了测试智能穿戴设备的功耗情况,我们使用高精度SDM3065X 6位半万用表搭配SPD3303X可编程线性直流电源进行了多组数据的测量。在睡眠阶段测量到的平均电流为9.304mA,相比于4G网络和Volte模式下的待机小了3mA,相较于WIFI模式下待机小了2mA。而在此功能下我们一般主要关注的是低电流,我们在统计功能里也可以直观地看到低电流为3.365mA。
针对以上的典型场景,我们进行了多组数据的测量,需要保存和分析。SDM3065X上位机软件上的数据保存功能可以将测量数据保存在电脑中,特别是针对长时间的深度睡眠测量,多可保存100万组数据。同时,在不使用上位机的情况下,万用表端也有1GB的存储空间支持将数据保存在内部存储器中,当然,外插U盘也是可以的。
通过以上测量,可以得出智能手表在各个待机情况下的耗电情况。以上就是我们测量的智能可穿戴手表在不同待机状态的实际功耗,都满足了设计的要求。高精度SDM3065X 6位半万用表搭配SPD3303X可编程线性直流电源可以提高测试结果的可靠性,便于可穿戴设备设计工程师做出恰当的优化方案。