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【设计秘笈】如何测量Wi-Fi应用的能耗?

editor Chen 发布于:周三, 07/20/2016 - 16:47 ,关键词:

对于应用能耗的测量使你能够评估产品的能量使用寿命。Wi-Fi® 应用需要测量系统的单个使用周期以及整个使用寿命内,未激活低功耗(也就是静态)和激活(即动态)模式下的能耗。因此,静态测量工具不足以满足要求,而需要更加先进的测量工具。

应用能耗计算背景知识

一个系统的应用能耗配置描述了系统在不同工作模式下的能耗。此配置还包括在不同系统模式之间进行转换时所消耗的能量。消耗的总电能是使用时间内从电源汲取电流数量(测量单位为安培)的积分:

低功耗Wi-Fi®:如何测量Wi-Fi应用的能耗

或者,消耗的电荷量可计算如下:

低功耗Wi-Fi®:如何测量Wi-Fi应用的能耗

通常情况下,使用的是一种更加简单、分段式的能耗线性逼近描述方法:

低功耗Wi-Fi®:如何测量Wi-Fi应用的能耗

或者,消耗的电荷量可计算如下:

低功耗Wi-Fi®:如何测量Wi-Fi应用的能耗

一个电池的容量表示出它能够储存的电荷数量。可以用安培小时额定值来指定电量,这个值与电荷量相等。应用电荷消耗量与电池电量决定了应用的使用寿命。

应用耗电量计算示例

每个耗电量使用情况是动态(瞬变)部分和静态部分的组合。例如,以断续连接器件为例,其中的一个传感器定期唤醒,与一个服务器通信。在两次通信的间隔时间内,这个传感器处于最低功率模式(静态功耗模式)。这个系统的瞬态能耗包括唤醒、初始化和网络活动序列—在这个期间内,这个传感器与Wi-Fi® 接入点进行交互,与云端内的服务器连接并通信,然后断开返回到低功率模式下。这个系统在休眠状态下的静态能耗一目了然。

低功耗Wi-Fi®:如何测量Wi-Fi应用的能耗

我们使用上面的图表来计算由电池供电运行的传感器的产品使用寿命;这个传感器一小时唤醒一次,连接时间少于一秒,并与服务器通信,然后在这个小时的剩余时间内返回到休眠模式。

唤醒耗电 (t1=70mSec, i1=25mA),连接至AP,服务器耗电 (t2=500mSec, i2=45mA),与服务器通信时的耗电 (t3=2mSec, i3=200mA),并返回到休眠模式 (t4=~1hour, i4=5uA)。在一个小时的单周期内,计算分为动态和静态部分的耗电量:

总体动态能耗为25[mC],其中包括唤醒、连接和流量序列:t1*i1 + t2*i2 + t3*i3 = 70mSec*25mA + 500mSec*45mSec + 2mSec*200mA =~ 25[mC]。
总体静态能耗为18[mC],其中包括大约一个小时内的休眠电流:t4*i4 = 1[h]*(60m*60s*1000m)*0.005mA = 18[mC]。
因此,单个周期内的总电荷数量为25+18 = 43[mC = mAS]
假定使用的是一个电量为1000mAh的电池,那么使用寿命为9.5年:

{1000[mAh]/43[mAS]}/24[小时] = {1000*(60*60)[mAS]/43[mAS]}/24[小时] ~= 3500[天] = 9.5[年]。

测量你应用的能耗

SimpleLink™ Wi-Fi器件静态功率模式包括休眠、低功耗深度睡眠 (LPDS) 和激活(接收或发送)。可以使用一个数字万用表可以测量静态功耗。下面的链接内描述了一个测量静态功耗的简单方法:

使用CC3200 Launchpad™ 开发套件进行CC3200静态功耗测量
使用CC3100 BoosterPack™ 插入式模块进行CC3100静态功耗测量
要测量应用动态能量,应该使用更加先进的工具,比如说具有电流探针或通信直流电源的示波器。下面的链接中描述了测量动态能耗的方法:

使用CC3200 Launchpad开发套件进行CC3200应用功耗测量
使用CC3100 BoosterPack插入式模块进行CC3100应用功耗测量

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