速通IoT设备电源测量难点

IoT设备的蓬勃发展促进了越来越多适用于各种场景的IoT设备生产，带动了更多厂商加入到研发与生产IoT设备的浪潮中来，但面对着IoT设备的电源电流测试，很多厂商发现使用常见的仪器难以进行准确的评估。常见设备往往难以胜任IoT设备测试中的电源动态电流测量与性能测量，RIGOL提供了实现IoT设备电流测试的测试设备与应用指南以解决这类测量难题。

本篇小编将为大家介绍，如何使用DHO4000系列数字示波器与配套测试设备，进行IoT设备电源测试的电源动态电流测试与电源动态性能测量。

案例背景

IoT设备电源测量

IoT设备的一大特征，就是通常使用电池（可充电电池或不可充电电池）供电，在整个生命周期的工作过程中，设备大部分时间都处在休眠/睡眠状态下，电源功耗可以达到μA量级，而在非休眠（活动）状态下，则会有较大的电流跳变，部分具有4G/5G通信功能的设备甚至可以达到A量级，并且持续时间很短。很多情况下，使用可调电源或者快速响应电源难以准确测量设备在一段时间内的平均功耗，甚至无法采集到设备的最大电流峰值或者活动活动状态下的电流变化，因此无法对电源系统的性能和电池续航时间做出准确的评估。

除此以外，很多客户尝试使用示波器配合电流探头进行采集，但是由于常见示波器的局限性，导致依然无法准确的测试。

· 示波器量化位数较低，以至于使用电流探头无法捕捉到休眠和活动状态下的准确电流。  

· 电流探头的噪声较大（数mArms），导致小电流测量也具有很大噪声。  

· 示波器存储深度较低，导致无法实现较长时间的数据抓取，导致难以分析最终结果。

部分厂家虽然推出了专用于IoT测试的相关设备，但是由于测试设备价格昂贵，无法做到通用测试，导致客户无法承担相对较高的使用成本。

产品支持

DHO4000系列示波器

由于IoT设备电源自身特征，致使其相关的测试测量对仪器性能存在一定程度的要求，除成本高昂的专用设备外，若使用常见的一些数字示波器，往往存在一定局限性，对于部分测试内容无法完全满足。

RIGOL最新的DHO4000数字示波器的出现，极大地解决IoT设备研发在电源测试中的痛点：

· 具有12BIT的量化位数，提供更大的动态范围；

· 具有500Mpts的超高存储深度，可以充当长时间参数记录的利器；

· 具有最低18μVrms的本底噪声，可以准确测量微弱信号。  

下面我们就以DHO4000作为核心仪器，以在两个常规仪器难以胜任的测试条件下进行展示：

1. 电源动态电流测量

2. 电源动态性能测量

PART 1   电源动态电流测量   测试简介

电源动态电流测量

常见的IoT设备具有μA级的静态（休眠）电流和mA级别的活动电流，使用常见的电流探头并不能获得很好的测试效果，若使用采样电阻，将需要使用额外的放大电路，结构复杂。但是凭借18μVrms的低噪声，使用DHO4000示波器可以取消所有后续的信号放大电路，通过采样电阻直接测量IoT设备的噪声。

测试步骤    

电源动态电流测量要几步？

测试环境搭建

· 准备一台拥有较低本底噪声的数字示波器，本次选用DHO4804系列示波器；

· 准备两根RP系列电压探头，本次选用PVP2350系列电压探头；

· 准备待测设备，本次待测物静态电流约为50μA，活动状态下工作电流极限值约为60mA电流；

· 准备一颗采样电阻，选用的阻值大小根据待测物的电流大小计算得出，本次选用1Ω；

· BNC线缆若干。

设备连接

1. 将DUT与供电电源连接（注意电源极性）;

2. 在回路中接入一颗采样电阻；

3. 将两根电压探头②同时并联在采样电阻上，探头直接连接在DHO4000的通道1和通道2中；

4. 将DHO4000的两通道的垂直挡位分别设置为10mV/DIV和100μV/DIV。

▲设备连接示意图

正式测量

1. 据情况设定示波器垂直档位。此次演示中，由于待测物静态电流约为50μA，活动状态下工作电流极限值约为60mA电流，我们将示波器的垂直档位设置为10mV/DIV和100μV/DIV，并打开带宽限制。

▲ 设置向导示意

2. 将探头设定为×1模式，并且将显示单位调整为A。

3. 对DUT上电后开始抓取测试信号，根据需要设定触发通道和触发条件，建议将小档位放置在屏幕上方，避免大电流状态时影响另一通道的显示波形。

4. 适当调节示波器各个通道的衰减旋钮以及时基旋钮。你将可以获取到较为清晰的测试波形。

▲DHO4804实测结果

注意事项划重点

探头比：由于我们使用电压探头配合采样电阻完成电流测试，因此我们需要根据被测设备的电流下限决定采样电阻值，由于DHO4000系列示波器的最小垂直档位是100μV /DIV，因此需要根据此档位选择合适的采样电阻，如100mΩ、10mΩ等，对于100mΩ采样电阻，需要将探头比设定为x10, 10mΩ时设定为x100，以此类推。

时基：根据电流变化速度设定时基档位，若变化迅速建议使用触发功能，若变化较为缓慢，为了避免难以操作，建议调整为Roll模式，DHO系列示波器提供自动Roll模式，可以根据情况自动设定。

进行小电流测试时可以根据情况调整通道的带宽限制，虽然DHO4000的噪声很低，但是建议在常见应用中选择20MHz带宽限制，以保证较低的量化噪声，减少宽带量化噪声对后续分析产生的影响。

PART 2   电源动态性能测量   测试简介

电源动态性能测量

IoT设备由于具有较低的静态功耗，通常会使用一些低静态电流的LDO器件，但是由于IoT的控制器件通常都具有较低的静态电流，而活动状态下电流的突然增加，对LDO的性能提出了较高的要求。若LDO动态性能较差，可能导致电源轨跌落超限，影响产品的稳定性，因此对电源电路的动态性能的评估也是较为重要的工作。

▲设备连接示意图

审核编辑：汤梓红