关于ZVC功耗测试解决方案的分析和介绍

1. 引言

在当今IoT的时代，移动通信IoT产品电池需要待机10年，电源的功耗测试就变得越来越重要，比如，规范对于超低功耗的IoT产品的功能有了新的定义，在R12和R13版本中，标准定义了PSM和eDRX两个功能，尽可能的来降低IoT产品的功耗。而且现在随着智能手机的各种App应用，也要求在手机节电方面进行各种新功能的功耗测试。针对这些功耗测试的需求，R&S公司给出了ZVC功耗测试解决方案：ZVC+CMW500+CMWRun自动化功耗测试解决方案。（如图1）

图1

2. R&SRT-ZVC02/R&SRT-ZVC04双通道/四通道 功耗探测盒子

最新的耗电测试规范不仅要求测试电流，还要求测试电压，包括以高采样速率计算瞬间功率。这种测试用例要求被测件必须工作在实际场景之中，就需要用电池或者USB真实供电，不能采用假电替代。ZVC的高精度和全功能等特点，正是解决这种测试用例的不二之选。下面就来看一下ZVC的工作原理：（如图2）

从图中我们可以看出ZVC每个通道从上到下分别有两路对待测信号进行采样，上面一路是我们对电压信号进行采样，下面一路是我们对电流信号进行采样。这两路的ADC采样器分别达到了18 Bit位。从而保证了每路信号5MSample/s的高采样速率。电压V和电流I的采样信号分别以5MSample/s的速率进行乘法器运算，从而可以得到我们所需要的瞬时功率信号P，这三个采样信号分别作为Input输入到接下来的Arithmetics数学运算器里面进行数学运算，从而得到我们所需要的电压，电流和功率的测试结果，这些测试结果包括Min，Max，Average和RMS值。之后，将这些测试结果通过Decimation抽样平均后以最高50KSample/s的速率通过USB3.0总线传输给安装在本地电脑的CMWRun软件，进行图形化显示。

图2: Internal view of the R&SRT-ZVC02/R&SRT-ZVC04 showing data process

下图是ZVC的详细技术指标：（如图3） 

图3

下图是ZVC的两种型号：ZVC02和ZVC04（如图4）

 图4:  R&SRT-ZVC02 和R&SRT-ZVC04 

3. R&S CMW500 综合测试仪

CMW500作为业界无线综合测试仪的标杆已经被广大用户们所使用。CMW500以其操作简单灵活，使用稳定，多功能于一身的特点被广大用户们所喜爱。从图5中我们可以看出，CMW500所支持的无线通信制式已经涵盖了所有的无线通信标准。其中包括Cellular部分的2G，3G，4G标准；还包括Non Cellular部分的WLAN和蓝牙标准（其中WLAN可以支持到11ac，蓝牙可以支持到BLE5.0）；还有今年很热的新技术标准NB-IoT和eMTC；以及数据应用层的语音Volte和数据流量的测试。

有了这些功能的支持，我们就可以构建被测件和CMW500之间的各种测试环境，从而进行相应测试环境下的功耗测试。比如，我们可以通过CMW500模拟一个LTE的小区，通过CMW500对被测试数据卡进行上行功率的控制，在各个不同的手机发射功率点进行耗电测试。这个过程中对CMW500 LTE小区的配置以及ZVC的配置，我们都可以通过CMWRun这款自动化测试软件来完成。

图5

4. R&S CMWRun

CMWRun是一款自动化测试软件，他需要安装在本地电脑，要求至少在1.8.8版本及以上，安装过程中需要勾选R&S RT-ZVC选项，如图6中红框部分。CMWRun进行功耗测试的选件是KT051，这个选件可以帮助我们通过CMWRun收集到从ZVC处测试得到的电压值，电流值以及计算出的瞬时功率值，并将这些测试结果通过时间轴的形式显示出来。在测试序列的编辑中，我们可以指定信令触发事件，比如LTE attached, connected, idle state or IMS registration, 当信令事件被触发后，测量将会以更多的采样数据，更精细的测试结果显示，帮助工程师们更为深入具体的分析测试结果。

CMWRun同样准许ZVC进行真实场景的耗电测试，比如被测试件可以用正常的工作方式进行供电：电池供电（不是假电），USB线供电或者是AC adapter交流转换器供电等。

同样因为ZVC的多通道，可以通过CMWRun监测各个通道的耗电情况，这样就可以监测被测试件板级各个组件的独立耗电情况，比如ZVC的通道1可以监测板子的射频部分耗电，通道2可以监测板子处理器的耗电，通道3可以监测整块板子的耗电等等。这样，工程师们通过对测试结果的对比分析，就可以进行有目的的降低功耗改进了。

图6

CMWRun通过网口或者GPIB的控制方式与CMW500进行通信，通过USB3.0数据线与ZVC进行通信，被测件LTE数据卡通过一个USB adapter（R&S演示用设备，方便ZVC电压表与电流表接线），LTE数据卡通过USB正常供电，因为CMW500自带USB接口，所以方便起见，直接将供电USB线接到CMW500自带U口上面。这样，耗电测试的环境setup完成。如图7所示。

图7

接下来要通过CMWRun编辑测试序列，自动化控制CMW500和ZVC进行功耗测试了。图8中包含两个测试序列，左边序列是LTE信令测试环境配置序列，控制CMW500配置LTE数据卡不同的发射功率点：0dBm，10dBm和23dBm；右边是控制ZVC的功耗测试序列，详细的配置参数可以同过双击此序列打开，如图9，这个序列是通过左边LTE配置序列黑框中的测试步骤调用执行的。LTE测试序列执行之时，也在并行的调用功耗测试序列，从而对LTE数据卡3个不同发射功率点的功耗进行测试。已到达功耗测试的目的。

图8：R&S CMWrun CMW-KT051 controlling R&S CMW500 + R&S RT-ZVCxx: power consumption monitoring with signaling event markers – key parts of report with signaling event marker from LTE reconfiguration and increasing the UL power.  

图9

图10就是CMWRun自动化功耗测试的结果。横轴是电压，电流和功率单位，纵轴是时间单位。从上到下的4条红线分别是channel reconfig，UL power=0dBm，10dBm和23dBm的信令事件触发标记点。触发之后，采样点也从原来的100ms采样一个点变成了10ms一个，数据变得更为精细。并且测试报告中会给出每两个触发事件之间功耗测试结果的平均值，最大值和最小值，方便工程师们对测试结果总结和分析。从测试报告中我们可以明显的看出，随着LTE数据卡上行发射功率的增加，电源功耗也有明显增加的迹象，这些都属于功耗的正常行为。这里就不再详细分析了。

图10：R&S CMWrun CMW-KT051 power consumption monitor with signaling event in detail

5. 结束语

R&S ZVC+CMW500+CMWRun自动化功耗测试解决方案已经逐步走进市场，为广大用户所熟知并接受。R&S公司也将继续致力于无线测试解决方案的研发与推广。和广大无线通讯领域用户一起前进，再创佳绩。