精确测量低功耗蓝牙设备的电流曲线

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2024年3月14日发(作者：)

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ｈｉｎａ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　

锄ｌ｛肯．　

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精确测量低功耗蓝牙设备的电流曲线　

耿如才　

（是德科技）　

１　低功耗蓝牙（ＢＬＥ）的测试难点　

作为新的信息技术，物联网（１ＯＴ）正在改变我　

们的生活。针对物联网应用的低功耗蓝牙＠（ＢＬＥ）　

３．带宽有限　

低电平电流波形测量要达到一定的分辨率，需　

要在带宽方面做出让步，否则宽带测量可能会降低　

分辨率。高分辨率测量常常使用万用表或安培计，　

但由于它们的带宽较低，所以不适合宽带电流测量。　

４．需要多台仪器　

标准显著地延长电池供电时间。该标准的执行需要　

减少现有设备中未使用的功率，所以工程师们正努　

力探索元器件级别的动态电流消耗。由于动态范围　

有限、测量噪声大以及带宽有限，这种级别的动态电　

平均休眠电流通常用万用表来测量，而活动电　

流可用示波器来捕获。总体功率消耗和电流消耗必　

须根据这些结果手动评估，但该数据并非一直可靠，　

可能需要花费很长时间进行验证。　

流消耗（特别是物联网产品中所使用的低功率器件　

的动态电流消耗）就显得难以测量。　

为了满足降低功耗的需求，需要对动态电流波　

形进行精确的测量和调试。不过，这需要解决以下　

多个难题：　

１．动态范围有限　

２低功耗蓝牙（ＢＬＥ）的测试解决方案　

如上所述，由于ＢＬＥ设备的超低功耗、及其休　

眠模式下超低电流，需要一台在电流动态范围及超　

低电流上性能表现优越的测试设备，才足以表征　

ＢＬＥ的性能。这一台测试设备应满足以下要求：　

１）超大电流动态范围，从休眠状态的ｐＡ级，到　

工作状态的Ａ级。　

例如，大多数电池供电设备都拥有低功率休眠　

模式，在此模式下只消耗很小的电源电流，例如　

ｌ　Ａ以下，但在活动模式时，通常需要１０　ｍＡ以上　

的电流。因此，只凭单次测量，很难测量如此宽动态　

范围的电流。　

２．测量噪声大　

２）单次测量即可覆盖从休眠到工作模式，拥有　

１４或１６位的宽动态测量范围，即使是低电平电流　

钳式电流探头使用最为广泛，但由于其较大的　

本底噪声，很难用于测量１　ｍＡ以下的低电平电流。　波形也能清晰显示。　

使用分流电阻器和示波器会很有用，但由于电阻器　

带来的本底噪声和压降，可测量的最小电流也非常　

有限。　

３）通过使用超低噪声电流传感器，现在可以清　

晰显示休眠模式中的动态电流波形。　

４）对于又窄又尖的电流（尖峰电流），可使用　

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【ｌ】国集成电　

Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉ　

最高达２００　ＭＨｚ的宽带宽、１　ＧＨｚ最大采样率和　

２５６　ＭＢ仔储器深度来捕获，町以轻松消除任何意外　

噪声或其他干扰。　

５）与捕获电流波形类似，电压无源探头可同时　

捕获电压波形，可以精确评测功耗情况。　

基于以上技术考量，是德科技推荐的测量方案　

ＣＸ１　１　０１Ａ单进道电流传患嚣　

是ＣＸ３３００系列器件电流波形分析仪。　

３测量方法及测试实例　

图１显示了测量低功耗蓝牙设备Ｉ　电流的电　

路系统方块图。ＣＸ１１０１Ａ单通道电流传感器是　

ＣＸ３３００系列电流传感器的一种，拥有最高达１００　

ＭＨｚ的带宽、４Ｏ　ｎＡ至ｌ０　Ａ的电流测量范围，以及　

４０　Ｖ的最大电压，连接在电源和被测器件之间进行　

电流测量。　

图１测量低功耗蓝牙设备Ｉ。。电流的电路系统框图　

由于被测器件的连接接口不同，在上述框图中，　

将探头串联到电路里，以测试电流。需要选择合适　

的传感器头适配器，这些适配器可以简便、安全地　

ＣＸ１ＩＯ１Ａ电流传感器连接和分离，如图２所示。　

ＳＭＡ连接器型适配器支持宽带测量，而双绞线和测　

试引线适配器对于无需宽带宽的快速电流波形测量　

非常有用。　

图３显示了一个测试实例的测试结果，该波形　

用于仿真低功耗蓝牙设备在广播事件（从待机到广　

播状态）中的ＩＤＤ电流波形，使用ＣＸ１ＩＯＩＡ测得的　

电流波形其电流波形如图所示。在活动模式时，电　

流高达ｌ０毫安，但在休眠模式时，电流非常小。设　

曩ＣＸＩｌ　２０１４＾Ａ　ＣＸｘ　１刁２０５２Ａ　ＣＸ　１２０３＾、Ｑ　＝ｒ、ｉ＇，－ｒ　

图２测试连接中需要考虑的适配器　

图３广播事件的电流曲线测量　

备在大部分时间处于休眠模式，所以　

的电流很小，但累积起来也能影响总　

量休眠模式的电流是评测低功耗蓝牙ｔ　

数之一。同时，活动模式中的电流会很　

非常重要。此外，活动模式下的精确　

于电路］一　作的调试，因为它会随着各　

作（如ＭＣＵ、直流一直流转换器以及哇　

外部设备的Ｔ作）而改变。如图３　

ＣＸ３３００具有宽广的动态范同，所以ｒｃ　

能覆盖从休眠到活动模式的范围。图　

细地显示了放大后的图３波形。　

图４显示了图３中休眠模式下的　

的电流波形放大图。这些细节可使　

“Ａｎｙｗｈｅｒｅ（任意位置）”缩放变焦这１　

显示，该功能可使用一个矩形游标做标　

域进行缩放。　

从图４所示的６０　Ａ峰峰值正弦　

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图４放大后的图３中休眠模式下的波形　

图５图３中处于活动模式下的电流波形的放大图　

以发现，受集成开关变换器脉冲和休眠计时器时钟　

等因素的影响，低功耗蓝牙设箭即使在休眠模式中　

也有周期性或非周期性的电流。　为没有仪器同时　

拥有足够的带宽、动态范围和本底噪声，所以我们很　

难在单次测量中准确评测这种电流。使用ＣＸ３３００　

能够确定此类特征。因为它兼具更宽的带宽、更宽的　

动态范围和超低的本底噪声。　

图５显示了图３中处于活动模式的电流波形的　

放大图。借助ｌ４位的宽动态范围，可以清楚地观测　

到大电流中的细微变化，如放大后的波形所示。利　

用该电流波形，可以深入了解内部电路和过程的特　

性。ＣＸ３３００是一款功能非常强大的Ｔ具，用于开　

发、调试产品以及对产品进行故障诊断。真实的Ｉ　

线除了包括由电源噪声、其他外设电路或器件的工　

作噪声所造成的日标电流外，还包括很多其他噪声　

或意料之中的电流尖蜂。如图６所示，ＣＸ３３００拥有　

ＦＦＴ、直方图或后滤波等多种分析功能，能够获取目　

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图６测量和分析功能示例　

图７图３中处于唤醒区域的波形的放大图　

标电流波形，并找　产生噪声或尖峰的原因。　

图７　示了冈３中处于唤醒区域的电流波形的　

放大图。通常这些尖峰受去耦电容的抑制，无法直　

接传送至电源侧。然而，借助未经过去耦电容器的　

电流波形，可以深入了解电路里发生的情况，有利于　

实施设计验证或故障诊断。此前由于带宽和分辨率　

的限制，很难通过单次测量观测这种尖峰，而　

ＣＸ３３００拥有很宽的带宽和低噪声前端，能够观察　

到清晰的尖峰波形细节。　

如图３到同７所示，ＣＸｌｌ０１Ａ单通道电流传感　

器拥有很宽的动态范同，能够观测从休眠到活动模　

式的电流波形。此外，如果需要更宽的动态范围，可　

以使用ＣＸｌ　１０２Ａ双通道电流传感器。ＣＸＩ　１０２Ａ双　

通道电流传感器支持使用两个不同的测量量程进行　

同时测量。例如，将主通道设置为２００　ｍＡ量程，而　

辅助通道设置为２　ｍＡ量程（主通道量程为辅助通　

（下转第７９页）　

【ｌ】

国集成电路　

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ｎａ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　

企业与产品　

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的测试。如图ｌ所示，Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ功能可使电源按照用　

户编辑的端电压、内阻、和剩余容量等电池参数，模　

拟电池在充电或放电过程中的工作状态进行输出，　

可用于对手机保护板及接口设备的测试。同时　

Ｃｈａｒｇｅｒ、Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｒ功能可以按照设定的电压电流　

参数向电池充电或放电，并按照关断电压、关断电　

流、关断容量、充放电时间等条件自动停止充电或放　

电，如图２所示。　

图１　ＩＴ６４００系列模拟电池　

ＩＴ６４３１在安全防护上支持硬件ＯＶＰ功能，　

Ｒｅｌａｙ　Ｏｕｔ功能可实现与负载端高阻连接，有效防止　

电池倒灌。同时，其高性能彩色液晶显示屏，具备波　

形显示功能，具有更友好的使用体验。ＩＴ６４３　１内建　

高精度ＤＶＭ，支持Ｓｅｎｓｅ，标配有ＬＡＮ／ＵＳＢ／ＧＰＩＢ通　

信接口，减少了配件成本的投入。　

具有针对性的输出参数及功能配置，使ＩＴ６４３１　

一

经推出即受到手机及充电器厂商的青睐。快充时　

图２　ＩＴ６４００系列电池充电模式　

代，ＩＴ６４３　１正是您所需要的一款高速高性能可编程　

直流电源。四　

上接第６１页　

图８双通道电流传感器的概念　

图９使用ＣＸ１　１　０２Ａ双通道电流传感器测量电流曲线的示例　

道量程的１００倍）。这款电流传感器对于周期性以　

休眠和活动模式工作的低功率应用非常有用。图８　

显示了双通道电流传感器的概念，它拥有两个通道　

输出，为更宽的动态范围测量同时提供低增益和高　

增益视图。　

图９显示了使用ＣＸＩ１０２Ａ执行图４中同一测　

量的结果。如图９所示，ＣＸ１１０２Ａ能够同时测量休　

眠模式和活动模式的电流波形。圈　

ｈ什ｎ．，＾＾＾＾＾＾，ｒ、ｉ，、ｍ　，１　ｒ、＾ｍ　

本文标签： 电流测量波形模式设备