使用基準(zhǔn)測試計算電池壽命

決定將哪種無線 IC 用于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品通常是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。產(chǎn)品開發(fā)人員通常必須比較幾種無線 IC 才能了解它們對產(chǎn)品的影響。

盡管數(shù)據(jù)表是比較器件的一個很好的起點(diǎn)，但它們并不總是代表實(shí)際性能。此外，必須考慮數(shù)據(jù)手冊中可能未充分涵蓋的其他因素，例如喚醒時間、無線電轉(zhuǎn)換時間、外設(shè)活動以及發(fā)送 （TX） 和接收 （RX） 時間。軟件堆棧也可能對電池壽命產(chǎn)生影響，并且供應(yīng)商之間的效率可能會有所不同。由于這些原因，需要一種更全面的方法來充分了解競爭設(shè)備之間的差異。這種方法應(yīng)包括審查關(guān)鍵數(shù)據(jù)表規(guī)范和非數(shù)據(jù)表項(xiàng)目，以及準(zhǔn)確測量功耗和電池壽命的基準(zhǔn)測試。

數(shù)據(jù)表規(guī)格

在比較 IC 時，設(shè)計人員通常首先查看數(shù)據(jù)表。然而，數(shù)據(jù)表并不總是提供“蘋果對蘋果”的比較。即使在數(shù)據(jù)表中看似相同的規(guī)格也可能會以不同的方式進(jìn)行測量，并且可能無法代表設(shè)計人員在產(chǎn)品級別實(shí)施規(guī)格后所看到的內(nèi)容。

下圖展示了來自不同供應(yīng)商的四款 802.15.4/BLE 設(shè)備。此圖表顯示了產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中類似規(guī)格的不同表示方式以及這如何影響電池壽命。

圖 1：數(shù)據(jù)表主要規(guī)格比較

例如，Max TX power 只是設(shè)備規(guī)格的一個示例，它可能無法準(zhǔn)確地代表實(shí)際應(yīng)用。雖然通過數(shù)據(jù)表比較更容易找到，但在某些情況下，可能存在警告或缺失信息。例如，某些設(shè)備可能需要更高的電壓才能以更高的功率運(yùn)行。在圖 1 中，供應(yīng)商 D 需要 3 V 以在 +8 dBm 下運(yùn)行，而供應(yīng)商 C 在 1.8 V 時可在高達(dá) +13 dBm 的條件下運(yùn)行。因此，對于使用電池的設(shè)備，供應(yīng)商 D 必須在低于 +8 dBm 的條件下運(yùn)行最典型的電池壽命。

其他可能不代表實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵數(shù)據(jù)表規(guī)范包括安全加密操作、休眠電流和活動電流、無線電電流、鏈路預(yù)算和電源電壓。不同的供應(yīng)商可能會使用不同的方法來衡量這些規(guī)格，或者可能會在其數(shù)據(jù)表中以不同的方式列出它們，但這些差異會對設(shè)備性能和電池壽命產(chǎn)生重大影響。

非數(shù)據(jù)表項(xiàng)目

無線設(shè)備的其他規(guī)范，例如睡眠模式的轉(zhuǎn)換、電壓范圍內(nèi)的 DC-DC 效率和 RF 性能，可能會對電池壽命產(chǎn)生重大影響，但可能難以根據(jù)數(shù)據(jù)表信息進(jìn)行評估。例如，每米 μA 是 RF 活動功耗的一個很好的指標(biāo)，但是，開發(fā)人員必須同時查看范圍和每米 μA，以確定設(shè)備是否適合他們的應(yīng)用。在圖 2 中，供應(yīng)商 B 具有較低的每米 μA 值之一，但如果您查看范圍，它是所有四個供應(yīng)商中最低的。從這個比較來看，供應(yīng)商 C 具有最佳范圍和最低的 μA-per-meter 值。

圖 2：每米 μA

協(xié)議棧

協(xié)議棧是計算性能和電池壽命時要考慮的另一個特性。協(xié)議棧內(nèi)存要求可能會影響產(chǎn)品開發(fā)人員可以使用多少內(nèi)存，而協(xié)議棧的時序和效率則直接影響電池壽命。特定的協(xié)議功能也會影響電池壽命。例如，一個健談的網(wǎng)絡(luò)可能導(dǎo)致 RX 和 TX 電流消耗占整個電池放電的大部分，而一個非?；杌栌木W(wǎng)絡(luò)可能更多地依賴于睡眠電流。當(dāng)然，有效載荷較小的協(xié)議將導(dǎo)致發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包更多，從而產(chǎn)生更多的網(wǎng)絡(luò)流量并增加射頻傳輸。這些因素中的每一個都會對內(nèi)存、穩(wěn)健性和電池壽命產(chǎn)生直接影響。

基準(zhǔn)測試

基準(zhǔn)測試確實(shí)是準(zhǔn)確測量功耗和電池壽命的唯一方法，因?yàn)樗鼮?a target="_blank">硬件和軟件解決方案提供了比數(shù)據(jù)表更準(zhǔn)確的實(shí)際結(jié)果。最簡單的基準(zhǔn)測試方法之一是使用供應(yīng)商提供的計算器，它使用戶能夠查看不同的睡眠、發(fā)送和接收電流對總功耗的影響。

圖 3 是一個很好的例子，說明了為什么基準(zhǔn)測試很重要。這是一個 BLE 從設(shè)備示例，其中設(shè)備喚醒、接收數(shù)據(jù)包、轉(zhuǎn)換到 TX、處理數(shù)據(jù)，然后返回睡眠狀態(tài)。

圖 3：基準(zhǔn)比較

根據(jù)兩家供應(yīng)商的數(shù)據(jù)表比較，供應(yīng)商 E 的電流消耗似乎降低了約 30%。然而，基于基準(zhǔn)測試，供應(yīng)商 C 顯示在整個交易中的電流消耗降低了約 50%。這是基于幾個因素：

喚醒時間：供應(yīng)商 E 在發(fā)送之前喚醒和穩(wěn)定的時間比供應(yīng)商 C 的長得多。這可能是由于 IC 喚醒時間和/或 BLE 堆棧的效率。

TX 和 RX 電流：供應(yīng)商 E 的 TX 和 RX 功耗遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)手冊中的指示。供應(yīng)商 E 的數(shù)據(jù)表值對于 TX 和 RX 約為 6 mA，而測量顯示它們對于 TX 約為 10 mA，對于 RX 約為 9 mA。供應(yīng)商 C 也高于數(shù)據(jù)表，但僅高出約 1 mA。

處理和睡眠過渡時間：供應(yīng)商 E 在設(shè)備進(jìn)入睡眠之前有很長的連接后時間。同樣，這可能是由于 IC、堆棧效率或兩者的結(jié)合。

僅比較數(shù)據(jù)表并不能準(zhǔn)確了解競爭無線 IC 器件之間的差異。除了數(shù)據(jù)表中提供的信息之外，開發(fā)人員還必須考慮影響電流消耗和實(shí)際性能的其他因素。進(jìn)行包括比較關(guān)鍵數(shù)據(jù)表規(guī)范、非數(shù)據(jù)表項(xiàng)目和基準(zhǔn)測試的審查將使開發(fā)人員能夠?yàn)槠鋺?yīng)用程序做出最佳選擇。

審核編輯：郭婷