在全球家庭,工廠和辦公室中安裝數十億物聯網(IoT)設備表明這種極其實用的技術日益普及.它提供了無線收發器將許多不同傳感器連接到互聯網以遠程控制其他電子設備的方法.如晶振等一系列的電子元器件從中有著舉足輕重的地位.例如,它允許您連接到加熱器或空調以調節家庭活動室的溫度,使用手機作為控制器從一定距離.

這些物聯網傳感器通常是“設置并忘記”設備,旨在長時間在低電壓和低電流的小電池上運行.當然,在一塊電池或一組微型電池上持續很長時間是物聯網設備功耗低的標志.

當然,這應該是用于遙感和控制的每個物聯網設備的一部分.它可以通過精心規劃在物聯網產品設計階段建立,并借助可以揭示設計功耗特性的測量策略.這需要一組測量,準確地表征物聯網設備在不同工作模式下的功耗,以及可以在極低電壓和電流水平下復制物聯網設備實際工作條件的測試石英晶體振蕩器設備類型.

1.“智能”房屋使用多個物聯網設備來監控和遠程控制電源.

物聯網技術支持許多不同類型的“智能”環境,例如智能辦公室和智能家居,通過遠程無線訪問互聯網可以控制光,熱和電力(圖1).典型的物聯網設備包含一個或多個傳感器,微處理器和無線電芯片,可以在某些標準工作電壓下發送和接收信號,例如+3.0至+3.5Vdc.然而,它也可以在待機模式下等待來自用戶用手機檢查IoT設備的激活信號.

此外,在某種睡眠模式下,該設備可能在+0.5Vdc有源晶振或更低的電壓下工作,以節省電力,特別是對于必須維持電池電量的長時間遠程監控應用.例如,某些遠程監控應用可能要求物聯網設備保持電池供電20年或更長時間,并且實現極低的功耗對這些設備至關重要.

許多物聯網設備本身就是系統,能夠以高精度測量低電壓下的電流和功率,通常跨多個測量通道.像微型設備MCP39F511N從Microchip晶振的技術使兩個通道上的高精度瞬時功率監控.

盡管MCP39F511N適合緊湊的QFN外殼,但它包含一個內部參考電壓和內部晶振時鐘,用于定時精度.與許多物聯網設備一樣,它有許多不同的工作模式,在執行測量時運行在+3.6Vdc的典型電壓上,但是從低于+0.7Vdc作為啟動電壓從睡眠模式喚醒.

確定該特定設備和許多IoT設備的功耗需要能夠測量其不同工作電壓上的電流/功率使用.測試設備必須提供的方法不僅是復制相同范圍的輸入信號,而是通過物聯網設備測量-在相同的寬動態范圍內,無論這些信號是聲音,光線,視頻還是更多-但必須提供滿足被測物聯網設備指定范圍的電源,從睡眠模式到完全激活的工作模式.無論物聯網設備是由內部電池還是外部電池供電,還是電子系統的外部電源,用于確定物聯網設備功耗的測量解決方案都必須支持從幾毫伏到幾伏或更高的電源范圍.

尋找測試解決方案

用于表征物聯網晶振設備功耗的任何測量解決方案都需要能夠測量寬動態范圍的電流水平,其可以從納安級擴展到幾安培.它還必須這樣做,當IoT設備改變操作模式時,電流消耗可能幾乎立即改變,例如從睡眠模式觸發喚醒到完全操作模式.

處于睡眠模式的物聯網設備的負載電流將決定任何測試解決方案所需的較低電流測量限值,無論是電流表,萬用表,示波器,電壓表還是其他形式的儀器.睡眠模式下某些物聯網設計的低電流水平可能僅僅超出大多數儀器的測量極限,特別是在那些低電流水平下需要高測量精度(例如±0.5％)時.針對物聯網貼片晶振設備的低電流和變化電流水平的合適測量解決方案應提供高信噪比(SNR)和快速響應時間.

相反,IoT設備的負載電流/功耗在處于使用其無線通信無線電電路的過程中可能是最大的,如將傳感器數據傳輸到用戶的蜂窩電話.隨著無線電被激活,設備的功耗變化可以在幾微秒內發生.這需要一種測量方法,該方法提供合適的響應時間和采樣率,以測量在物聯網操作模式變化期間發生的任何像差.

對于數字電流/電壓測量儀器(如示波器),在電流消耗水平之間快速轉換的物聯網設備的特征決定了使用具有更快采樣率但寬帶寬的儀器.這是因為帶寬不足不能提供足夠的測量分辨率,無法在不同的工作節點內可靠地確定物聯網的電流和電壓水平.

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