許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都依靠小型非充電式電池供電，因此優(yōu)化電池續(xù)航時間非常重要。為了了解產(chǎn)品的電池功耗特征，制造商紛紛使用各種工具來執(zhí)行電池功耗分析。因為物聯(lián)網(wǎng)演進極為迅速，產(chǎn)品開發(fā)周期非常短。設(shè)計和驗證工程師必須快速了解其設(shè)備的功耗特征及其產(chǎn)生原因，因此需要將功耗與射頻及子電路事件關(guān)聯(lián)起來。許多工程師發(fā)現(xiàn)，基于事件的功耗分析可以快速揭示他們需要重點關(guān)注的事件，有針對性地改善設(shè)備的功耗特性。
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）持續(xù)高速增長，但在爭奪這一巨大商機的同時，許多公司卻沒有抓住關(guān)鍵的技術(shù)良機，未能擴大市場份額并鎖定數(shù)量龐大且高度滿意的用戶群體。在未來幾年內(nèi)，智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧能源、智慧環(huán)境、智能家居、互聯(lián)汽車、智能建筑和無線醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)計將會涌現(xiàn)成百上千億個設(shè)備。如果企業(yè)能夠做出正確決策，妥善處理設(shè)備在電池壽命終止時遇到的問題，那么他們不僅能讓客戶滿意，也能獲得競爭優(yōu)勢。
許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都依靠小型非充電式電池供電，因此優(yōu)化電池續(xù)航時間非常重要。首先，客戶希望設(shè)備能長期使用；如果設(shè)備廠商能夠證明他們在這一領(lǐng)域的優(yōu)勢，那么他們就會占據(jù)重要的競爭優(yōu)勢，推動市場份額增長。在某些情況下，較長的電池壽命是實現(xiàn)某項目經(jīng)濟可行性的必要前提，如果傳感器和執(zhí)行器過早出現(xiàn)故障，則其更換成本可能極高，客戶對此根本無法接受。如果由保修來承擔(dān)這些成本，那么制造商可能面臨極高的財務(wù)風(fēng)險。
除此之外，電池還涉及環(huán)境問題，妥善的處置廢舊電池需要大量時間和資金。此外，某些設(shè)備安裝在難以接近的位置，因此更換電池的人力成本相當(dāng)可觀。如果電池安裝在植入式醫(yī)療設(shè)備中，那么成本和風(fēng)險更會急劇增長，更不用說醫(yī)療設(shè)備發(fā)生故障所導(dǎo)致的相關(guān)法律問題和人力成本。
為了了解產(chǎn)品的電池功耗特征，制造商紛紛使用各種工具來執(zhí)行電池功耗分析（BDA）。如果設(shè)備很簡單，功耗比較穩(wěn)定，那么一臺數(shù)字萬用表（DMM）就夠用了。而對于手機和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等復(fù)雜設(shè)備而言，它們的電流波形變化多端，可能在幾十或幾百毫安的工作模式與幾微安或幾納安的休眠模式之間迅速切換。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，現(xiàn)代BDA儀器必須具有很好地測量帶寬以達到無縫量程，防止在切換量程時丟失數(shù)據(jù)。
為了進一步改進設(shè)計，工程師還必須知道是什么在耗電。這對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計人員來說尤為重要，因為物聯(lián)網(wǎng)演進極為迅速，產(chǎn)品開發(fā)周期非常短。設(shè)計和驗證工程師必須快速了解其設(shè)備的功耗特征及其產(chǎn)生原因，因此需要將功耗與射頻及子電路事件關(guān)聯(lián)起來。許多工程師發(fā)現(xiàn)，基于事件的功耗分析可以快速揭示他們需要重點關(guān)注的事件，有針對性地改善設(shè)備的功耗特性。例如，基于事件的功耗分析軟件可以自動分析波形，迅速得出分析結(jié)果并以圖形方式顯示出來，見下面圖 1。
圖 1：在IoT設(shè)備電池壽命優(yōu)化解決方案中，Keysight X8712A作出的基于事件的功耗分析
在此例中，用戶可以迅速看到MCU和DUT發(fā)射事件的功耗占設(shè)備功耗的80%以上（條形圖），并且大部分功耗發(fā)生在5到10 mA的速率之間（CCDF圖底部）。根據(jù)這一分析結(jié)果，設(shè)計工程師能夠搭建智能化設(shè)計的硬件配置，并靈活選擇固化軟件編程方式。工程師還可以快速對設(shè)備進行重新測試，以查看設(shè)計變更后的效果。
當(dāng)然，設(shè)備的電池電量最終將會耗盡，比如電池輸出電壓最初穩(wěn)定在3.3 V，而后逐步降低到3.2 V、3.1 V直至最后完全失效，而且降低的方式往往出人意料。您不應(yīng)該坐等設(shè)備正常運行直至電池失效，通過仔細(xì)回答以下問題，您可以為自己的產(chǎn)品贏得競爭優(yōu)勢：
這對功耗有何影響？
關(guān)鍵點是什么？
客戶對您有何期望？
我們舉例來說明這個問題，比如對一個物聯(lián)網(wǎng)傳感器執(zhí)行基于事件的功耗分析，它的工作電壓正常情況下為3.3 V。我們連續(xù)進行測量，得到的結(jié)果依次為3.3 V、3.2 V、3.1 V直至1.8 V。為了讓數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的基準(zhǔn)，我們將3.3 V時的功耗設(shè)定為100%，后續(xù)測量結(jié)果以100%的相對值表示。
圖2：不同電壓下單個物聯(lián)網(wǎng)傳感器的相對功耗
在大約2.9 V以上時，功耗一直很平穩(wěn)，超過這個點后，功耗開始緩慢上升。在 2.3 V到2.2 V之間，功耗有比較大的增幅，而在1.9 V到1.8 V之間，功耗陡增了 10倍。我們忽略1.8 V時的功耗，只看3.3 V到1.9 V之間的功耗詳情。
通過電流曲線，可以明顯地看出從1.9 V到1.8 V功耗大幅上升的原因。在1.9 V 的電源電壓下，設(shè)備正常工作，但當(dāng)電壓為1.8 V時，它會陷入反復(fù)的故障和重試，以最快速度消耗電量，超出了電池的承受能力。這種情況好比是使用新電瓶的汽車只需很少的電量便能啟動，而虧電的電瓶卻無法為啟動器提供足夠電量，并且很快完全失效。
圖3：在Keysight X8712上顯示出IoT傳感器工作在1.9和1.8V電壓下，IoT設(shè)備的電池壽命優(yōu)化解決方案
當(dāng)然，這僅僅是一個例子。設(shè)備的特性受很多因素的影響，譬如電池技術(shù)、電源和板載轉(zhuǎn)換器、電源管理系統(tǒng)、工作的物理環(huán)境等等。在不同電壓下測量設(shè)備是了解設(shè)備功耗特征的重要途徑。
一旦您掌握了設(shè)備在低壓下的功耗特性，您就可以讓設(shè)備在電池壽命結(jié)束前保持正常工作，或是設(shè)計讓它平穩(wěn)地降級工作。讓設(shè)備在電池壽命結(jié)束前保持正常工作不需要額外的固化軟件或電壓測量電路。讓設(shè)備逐步降級工作需要在設(shè)計中添加適當(dāng)?shù)墓袒浖碗妷簻y量電路（可能已經(jīng)包含在設(shè)備的MCU或收發(fā)模塊中），但這樣做能延長產(chǎn)品的使用壽命，從而提升客戶滿意度，并贏得市場份額。
您可以采用多種方式來逐步降低設(shè)備的性能，通過犧牲少許實用性來延長電池的續(xù)航時間。以物聯(lián)網(wǎng)傳感器為例，也許這個設(shè)備只能測量較少的物理量；對于客戶來說，有些物理量比較重要，有些并不重要。也許這個設(shè)備報告數(shù)據(jù)的頻次低于以往，這也會提醒客戶電池續(xù)航時間即將終止。也許這個設(shè)備只會在較短的測量窗口時間內(nèi)進行測量，這樣做會犧牲一點準(zhǔn)確性，不過可以延長電池續(xù)航時間。在過程控制應(yīng)用中，對于已經(jīng)在限制范圍內(nèi)運行了很長時間的過程來說，其精度要求可能并不像最初那樣嚴(yán)格。
最重要的一點是，在這個問題上沒有統(tǒng)一的“正確”答案；想要正確處理電池壽命結(jié)束時的問題需要扎實的工程判斷力和創(chuàng)造力。通過進行適當(dāng)?shù)臏y量并執(zhí)行基于事件的功耗分析，您將可以快速掌握電池功耗特征，從而迅速改進設(shè)計和添加固化軟件，為客戶提供真正的價值，并讓自己的設(shè)備贏得競爭優(yōu)勢。
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