NB-IoT类产品功耗的研发测试方案

一、物联网行业中存在的问题

在一些物联网项目中，有些场景由于使用电池供电，使得对产品有功耗要求。这就需要在产品研发阶段，测试产品不同工作阶段的功耗，以确保产品在电池供电的情况下，达到客户要求的待机时长。

二、该问题带来的危害及影响

如果不对NB-IoT产品进行实际的功耗测试，就无法评估出产品实际工作中所消耗的电量，无法选择出为设备供电所适合的电池，如果选择的电池容量超过产品实际工作周期中使用的电量，就会导致产品成本增加，造成不必要的浪费；如果选择的电池容量小于产品实际工作周期中消耗的电量，就会导致产品还未到达使用周期的情况下，电池电量已经消耗完毕，达不到产品使用周期而无法工作。

三、解决方法

方法一

1、原理介绍

采用微安级功耗测试仪EMK850，给设备供电，串口接电脑端串口调试助手，通过串口助手设置NB产品不同的工作状态（注网，待机，TCP连接上行通信，下行通信，断开连接，休眠），测试产品的电流值。测试仪上位机可以获取到产品工作与休眠时的瞬态电流，平均电流以及某个时段的功耗，从而可以统计产品在整个工作周期的功耗。

2、方案详情

测试框图

测试仪器实物

2.1 首先确认NB产品所在场景下的信号覆盖与接收信号质量是否满足基本要求，具体方法：

设备接天线，上电，串口接电脑USB口，通过上位机串口调试助手，发送对应的AT指令测试信号质量,如果信号质量满足通信基本要求，则表示测试产品功耗的指标有意义。在实验室环境下，NB产品的信号参数一般包括：CSQ, RSRP,SNR,CEL等，具体指标如下：CSQ>15; RSRP>-65dBm;SNR>25,CEL=0,1,2(具体内容见研发阶段NB产品信号测试方案：)

由上图可知，CSQ=31，RSRP=-60dBm,SNR=110,ECL=0,信号质量符合要求。

2.2. 分析仪外接电源，用 USB 线连接分析仪和电脑。上位机将自动识别功耗分析仪设备、打开设备数据通信

端口，并显示设备就绪字样。 安装并运行上位机软件，点击启动，可以看到电压和空载时的噪音波形。

2.3 前面板的红黑接线 柱为电源输出，连接待测NB设备正负极。 确认输出电压无误后连接待测设备到分析仪前面板的电源输出端

2.4. 安装并运行上位机软件，上位机将自动识别功耗分析仪设备、打开设备数据通信端口，显示设备就绪字样，设定NB设备工作电压，点击启动，可以看到电压和空载时的噪音波形，波形下方可以看到设备的实时电流与某个时间的功耗。黄色曲线是最大值曲线，蓝色是平均值，计算功耗用平均值，最大值一般时间很短，只是能体现一些电流特征，有参考意义。 波形图上，在需要的位置鼠标右键点击设置显示虚线游标。游标可拖动到指定位置，便于查看特定时间内的统计值。

2.5.测试设备产品注网功耗，产品上电后，NB设备开始初始化操作，包括识别SIM卡，并自动注册附件的基站，获取IP地址与网络时间。当连接NB串口的调试助手接收窗口收到时间信息时，表示注网成功。

注网功耗与NB设备注网时间有关，时间越长功耗越大（通常状况下注网时间为10s左右，不超过30s）。此时通过游标统计注网时的功耗。如下图所示：注网时间28s, 注网电流 11.39mA，注网功耗为：156μA*h

2.6.测试设备产品待机功耗，设备注网后，进入待机状态，功耗会下降到1mA以下，如下图所示：平均功耗368.6μA.

2.7. 测试设备产品TCP联网上行功耗，如下图所示：平均功耗21.54mA.

2.7. 测试设备产品TCP联网下行功耗，如下图所示：平均功耗21.75mA.

2.8 测试设备产品休眠功耗，测试电流超出屏幕显示范围建议点击”自动缩放” 电流精度可以到达微安级，可以测试NB设备的休眠功耗。如下图所示：休眠平均功耗：1.23μA

2.7.游标统计（波形图上，在需要的位置鼠标右键点击设置显示虚线游标。游标可拖动到指定位置，便于查看特定时间内的统计值） ，对应NB设备，可以通过游标统计，可以统计NB设备一个工作周期的功耗（工作开始与工作结束设备实时功耗均为为微安级，如上图所示）

2.8设备功耗统计

用游标统计（波形图上，在需要的位置鼠标右键点击设置显示虚线游标。游标可拖动到指定位置，便于查看特定时间内的统计值） ，对应NB设备，可以通过游标统计，可以统计NB设备一个工作周期的功耗（工作开始与工作结束设备实时功耗均为为微安级，如上图所示）

采用上述方法，记录设备一个工作周期内的功耗（游标统计下的功耗）:P，再乘以设备需要的工作次数:N,表示设备整个工作周期的功耗，再加上设备时的功耗：设备总的待机时间:T，乘以休眠功耗P1。

设备整个待机时间的功耗为：P*N+P1*T

注：NB产品通常情况下设备工作时长远远小于设备休眠时长，故将休眠时间近似认为是整个设备待机的时间

例如：NB产品需要待机3个月，每天发送2次数据，每次发送的平均功耗为250μA*h, 休眠功耗为2μA ,3个月的待机功耗为：3*30*2*250μA*h+2μA*24h*30*3=45+4=49mA*h

3、需要的测试设备或测试环境

5V或者12V直流电源适配器

USB数据线

功耗测试仪EMK850及上位机

操作手册.pdf

EMK系列功耗仪1分钟快速使用.docx

方法二

1、原理介绍

用万用表，串联进设备供电电路中，直接测量设备负载电流

2、方案详情

2.1按照上图搭建测试环境

2.2万用表档位调整到电流档，表笔接电流测试端

2.3按下电源开关，观察万用表电流数值，此数值为设备的瞬态电流有效值

注：此种方法只能测试设备电压，电流的瞬时值，有效值，无法测试出设备的平均电流，电压，可作为方法1的补充和对照。

3、需要的测试设备或测试环境

直流电源适配器

万用表

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