我DIY了一个电子产品用的功耗测试仪，大家觉得有用么？

只看该作者 · 2021-9-15 15:08

本帖最后由 tyw 于 2021-9-16 12:41 编辑

如题，我一直以来都在高一些对功耗要求比较严格的产品的开发，平时经常需要测试产品的功耗，只能用万用表，示波器搭建一个简单的测试环境，但是总结下来却遇到了下面的问题：
1. 要求电流测量设备要有足够的小电流分辨能力，uA是基本要求，最好能够分辨nA级别的变化。
2. 低功耗产品往往具有更大的动态电流变化。为了降低功耗，低功耗产品一般都会采用间歇式工作的模式，就是休眠一段时间，然后醒来工作一个时隙。很多低功耗产品休眠的时候电流可以达到uA级别，有的甚至达到nA级别。但是一旦睡醒后，一般电流都会快速上升到数十mA的级别，甚至有些具有大功率发射的或者大功率执行输出的产品，瞬态电流会上升的几A的水平。那么能够适应电流从接近0直到几A的瞬态变化，并且保持足够的精度，成为了最大的挑战。用万用表，示波器搭建的是无法完成这种测试的。
3. 工作电流和电压变化最好能购无限制的记录下来，以方便debug自己的硬件以及软件。
4. 电池工作时间的评估，低功耗产品工程师需要分开测量休眠和工作时隙的电流，然后根据时隙宽度分别计算功耗，在评估产品的平均功耗，用电池容量来计算预计的工作寿命，这是一个比较繁琐的过程，每次重新测试，重新计算。
5. 标准电源供电与实际电池供电的差异。这也是很多低功耗产品工程师特别容易忽略的一个问题。笔者曾经就犯过这样的错误，用标准电源供电测试估算，功耗非常理想，结果实际运营后发现大量终端提前电池耗尽。结果发现是实际电池的内阻特性造成大电流工作的时候，电池电压跌落，电路板上的DCDC为了保证输出正常，就吸收更大的电流。这种情况，如果不是用真实电池同时监测电流和电压，是很容易被忽略的问题。
6. 评估电池的性能。我们知道，理想的电池我们它的内阻为0，但是实际的电池是有一定内阻的，并且可能随着电池的耗尽，他的内阻会越来越大。那么我们拿到一款电池，怎么快速评估他是否适合我们的低功耗产品呢？这也是低功耗设计工程师面临的一个电池选型的问题。当供应商拍着胸脯说没有问题，老板又说相信你的选择的时候，你应该如何选择呢？在没有专业的电池测试仪的情况下，我们能不能通过监测到的电池电压来大概评估电池的性能呢？

我在的公司呢是一个小公司，所以也不可能花很多钱去买动辄上万十几万的专业的仪器。于是呢只有自己苦哈哈的用万用表结合示波器进行测试和计算。
于是我就想，为什么不能DIY一个几百元的低功耗测试仪，解决这个问题呢？但是摆在面前的困难也是不言而喻的，几百元的价格要想达到几万元的仪器的性能那肯定是不可能的。所以一定要抓住主要问题来解决。
首先，最低灵敏度一定是要有的，uA是基本要求，nA级别才能让人满意。目前来看我DIY的这个低功耗测试仪，闭环噪声小于5nA，最小可以分辨大约10nA的电流变化。甚至直接接一个普通的LED，都能测出来光电效应的电流。有兴趣的可以看看下面的视频。
1_LPT2020输入的悬空和短路测试
5_LPT2020普通LED作为光敏二极管的微弱电流测试
6_LPT2020半导体制冷片热感应微弱电流测试
第二，那就是不光uA,nA,测试，mA，甚至A的测试也是很重要的。所以一定要实现从零到数安培的动态范围。
2_LPT2020uA级别电流测试
3_LPT2020mA级别电流测试
4_LPT2020安培级别电流
第三，虽然仪器能够测试最低nA级别的电流，但是正是因为信号如此微弱，那么设备的温漂性能就显得尤为关键，不能说是夏天，冬天，我们测试的差异很大。因此我在设计这个仪器的时候，充分考虑了他的温度稳定性。实测效果还是很惊艳的。
7_LPT2020温度剧烈变化对nA级别电流测试的影响
8_LPT2020温度剧烈变化对uA级别电流的测试结果影响

第四，那就是软件来实现比如数据的无限记录，各种数据的实时显示，电池寿命的估算，测试报告的自动生成。。。那就可以有无限的想象空间了。

综合上面的这些痛点，我自己DIY了一款低功耗测试仪。测试下来看起来能还可以。大家可以下载说明书看看。
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经过一段时间的努力优化，现在uA的稳定性得到了很大的提升，软件功能也增加了很多电流测试稳定性视频https://www.bilibili.com/video/BV1pq4y1T7eo/