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[導(dǎo)讀]幾年,可穿戴設(shè)備逐漸成為一個(gè)熱詞,從智能手環(huán)到健身腕帶,再到VR眼鏡,這些產(chǎn)品將數(shù)字智能時(shí)代最尖端的科技呈現(xiàn)在我們面前。其發(fā)展可追溯至1975年,也就是Hamilton Watch推出Pulsar計(jì)算器手表的那一年。可時(shí)至今日,可穿戴設(shè)備的技術(shù)挑戰(zhàn)依然久久沒能攻破,續(xù)航能力差造成用戶體驗(yàn)不友好的情況并沒有實(shí)質(zhì)性地得到改善。

幾年,可穿戴設(shè)備逐漸成為一個(gè)熱詞,從智能手環(huán)到健身腕帶,再到VR眼鏡,這些產(chǎn)品將數(shù)字智能時(shí)代最尖端的科技呈現(xiàn)在我們面前。其發(fā)展可追溯至1975年,也就是Hamilton Watch推出Pulsar計(jì)算器手表的那一年??蓵r(shí)至今日,可穿戴設(shè)備的技術(shù)挑戰(zhàn)依然久久沒能攻破,續(xù)航能力差造成用戶體驗(yàn)不友好的情況并沒有實(shí)質(zhì)性地得到改善。

Hamilton Watch推出Pulsar計(jì)算器手表,時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)的杰拉爾德·福特也想要一塊這樣的手表

那還能繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)嗎?

眾所周知,續(xù)航能力主要由兩個(gè)因素決定,分別是電池容量和器件功耗,電池容量越高越好,而功耗則越低越好,盡量降到最低。不幸的是,在新的電池技術(shù)或者材料出現(xiàn)之前,電池容量可提升的空間非常有限。開源節(jié)流,那這個(gè)“源頭”短時(shí)間內(nèi)沒辦法進(jìn)一步挖掘,所以壓力就落在如何降低功耗上了。

大多數(shù)可穿戴廠家就把眼光更多地瞄準(zhǔn)了這塊。.

對(duì)于大多數(shù)研發(fā)來說,低功耗設(shè)計(jì)的正確思路是:

首先,選擇低功耗器件(包括模塊以及主控IC,很多產(chǎn)品由于板面面積限制問題,在低功耗的前提下,還要滿足尺寸小)

然后,優(yōu)化軟件算法。

最后是功耗測(cè)試,也是把關(guān)項(xiàng)

相較于其它電子產(chǎn)品,可穿戴設(shè)備對(duì)單一元器件和系統(tǒng)功耗的管控更為嚴(yán)格,在產(chǎn)品出廠之前幾乎所有內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)都要經(jīng)過精確的測(cè)量,例如芯片、傳感器、無(wú)線模塊等等,智能可穿戴設(shè)備低功耗測(cè)量主要量測(cè)設(shè)備在待機(jī)睡眠狀態(tài)的功耗,超長(zhǎng)的設(shè)備待機(jī)時(shí)間,低至μA級(jí)別的電流值以及極其苛刻的供電條件都是測(cè)試的難點(diǎn),所以相關(guān)從業(yè)開發(fā)者能否設(shè)計(jì)出一套低功耗的系統(tǒng)和測(cè)試設(shè)備至關(guān)重要。

低功耗測(cè)試測(cè)量設(shè)備需要滿足以下要求:

高精確度:在不同量程下的高測(cè)量精確度以及供電精確度

寬動(dòng)態(tài)范圍:準(zhǔn)確捕捉到測(cè)量電流脈沖峰值

高穩(wěn)定性:保證供電電壓穩(wěn)定,適應(yīng)瞬態(tài)變化

高適應(yīng)性:圖形化操作界面,清晰形象地呈現(xiàn)信號(hào)變化狀態(tài),精準(zhǔn)實(shí)時(shí)地分析信號(hào)

操作步驟:

一般帶無(wú)線通訊類的產(chǎn)品在待機(jī)情況下也是會(huì)發(fā)射脈沖電流的,所以這類產(chǎn)品的低功耗中也包含有脈沖電流成分。除亮屏測(cè)量外,其他測(cè)量項(xiàng)目都是進(jìn)入某一條件狀態(tài)后,10分鐘左右所得的平均電流。

器件連接:

使用SPD3303X直流穩(wěn)壓電源恒壓輸出4V電壓,輸出電壓低紋波、無(wú)過沖并且響應(yīng)快,精準(zhǔn)的為智能手表供電,并將SDM3065X六位半萬(wàn)用表串聯(lián)在供電回路中,測(cè)量智能手表在各種待機(jī)條件下的電流。以下是測(cè)試器件連接圖。

可穿戴設(shè)備的低功耗測(cè)量主要測(cè)試待機(jī)部分,我們選取以下幾個(gè)典型待機(jī)場(chǎng)景進(jìn)行了測(cè)試。

在測(cè)試過程中,我們使用了SDM3065X特有的EasyDMM上位機(jī)軟件,集成了數(shù)據(jù)分析,保存的功能,圖形化的顯示操作界面,相對(duì)于在萬(wàn)用表端進(jìn)行操作,PC端操作更加實(shí)用和簡(jiǎn)便。

1. 首先測(cè)量的是4GLTE聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下的息屏待機(jī)。此狀態(tài)占據(jù)了整個(gè)手表電池使用時(shí)間的70%以上,所以這一塊的測(cè)試十分重要。

我們?cè)谶M(jìn)行息屏待機(jī)這樣長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量時(shí),使用了萬(wàn)用表的測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能,由下方的統(tǒng)計(jì)表格可以直接看到平均電流為12.952mA,峰值431.784mA,最小值為3.702mA。同時(shí)選擇打開趨勢(shì)圖,看到在整個(gè)10分鐘的測(cè)量區(qū)間內(nèi)電流變化情況,能夠很明顯的觀察到偶爾跳出的異常電流。

4GLTE網(wǎng)絡(luò)息屏待機(jī)電流 測(cè)試圖

測(cè)量結(jié)束后我們對(duì)數(shù)據(jù)選擇直方圖顯示模式,對(duì)整個(gè)待機(jī)區(qū)間內(nèi)測(cè)量到的電流情況進(jìn)行分析,輸出電流值百分比,可以看到3.702至40mA左右的數(shù)據(jù)在10分鐘測(cè)量數(shù)據(jù)中占到了96.86%,這個(gè)功能讓數(shù)據(jù)分析變得很方便。

2.接下來是在WIFI網(wǎng)絡(luò)下息屏功耗測(cè)量

連接WiFi時(shí)的息屏電流

連接WIFI息屏待機(jī)時(shí)的電流在11mA左右,相比于4G網(wǎng)絡(luò)下息屏待機(jī)小了差不多1mA。這是因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)需要發(fā)射和接收基站的信號(hào)。由于輻射范圍大、建設(shè)成本高,基站都建在如山頂之類的開闊地帶,手機(jī)接收來自山頂?shù)男盘?hào),消耗的電量自然更多了。如果遇到信號(hào)不好的情況,要發(fā)射更強(qiáng)大信號(hào)來搜索網(wǎng)絡(luò),會(huì)更加耗電。而WiFi就輕松多了,通過無(wú)線路由發(fā)射信號(hào)。在一個(gè)固定的環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)近距離覆蓋,信號(hào)波動(dòng)不大,穩(wěn)定狀態(tài)下手機(jī)耗電更少!

3.然后是VoLTE網(wǎng)絡(luò)下待機(jī)狀態(tài)功耗測(cè)量

Volte模式下功耗測(cè)量

VoLTE是建立4G網(wǎng)絡(luò)下的高清語(yǔ)音通話模式,VoLTE是基于IMS的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。它是一種IP數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),無(wú)需2G/3G網(wǎng),全部業(yè)務(wù)承載于4G網(wǎng)絡(luò)上,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與語(yǔ)音業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。4G網(wǎng)絡(luò)下不僅僅提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),同時(shí)還提供高質(zhì)量的音視頻通話,后者便需要VoLTE技術(shù)來實(shí)現(xiàn),說白了就是其實(shí)VoLTE就是4G電話。我們測(cè)量發(fā)現(xiàn)在此模式下的待機(jī)電流和4G網(wǎng)絡(luò)待機(jī)模式的電流差別很小,只有幾百微安。

4.最后我們進(jìn)行的是深度睡眠測(cè)量,在未插SIM卡情況下對(duì)智能手表的電流進(jìn)行測(cè)量,主要測(cè)量的是最小待機(jī)電流。

睡眠階段的息屏電流測(cè)量

可以看到在睡眠階段測(cè)量到的平均電流為9.304mA,相比于4G網(wǎng)絡(luò)和Volte模式下的待機(jī)小了3mA,相較于WIFI模式下待機(jī)小了2mA。而在此功能下我們一般主要關(guān)注的是低電流,我們?cè)诮y(tǒng)計(jì)功能里也可以直觀的看到最低電流為3.365mA,這個(gè)統(tǒng)計(jì)功能確實(shí)在數(shù)據(jù)分析上幫了很多忙。

針對(duì)以上的典型場(chǎng)景,我們進(jìn)行了多組數(shù)據(jù)的測(cè)量,需要保存和分析。SDM3065X上位機(jī)軟件上的數(shù)據(jù)保存功能可以將測(cè)量數(shù)據(jù)保存在電腦中,特別是針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的深度睡眠測(cè)量,最多可保存100萬(wàn)組數(shù)據(jù)。同時(shí),在不使用上位機(jī)的情況下,萬(wàn)用表端也有1GB的存儲(chǔ)空間支持將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中,當(dāng)然,外插U盤也是可以的。

數(shù)據(jù)保存圖片

可以通過”Graph”按鍵將任意保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)圖和直方圖分析,還可以通過“Export”按鍵將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為CSV文件格式,這是兩個(gè)很實(shí)用的功能。

通過以上測(cè)量,可以得出智能手表在各個(gè)待機(jī)情況的耗電情況

待機(jī)模式

實(shí)測(cè)電流值(均值)

參考電流值

4G網(wǎng)絡(luò)下待機(jī)

12mA

<15mA

WIFI網(wǎng)絡(luò)下待機(jī)

11mA

<15mA

Volte模式下待機(jī)

12mA

<15mA

睡眠狀態(tài)最小電流

3.365mA

 <3.5mA

以上就是我們測(cè)量的智能可穿戴手表在不同待機(jī)狀態(tài)的實(shí)際功耗,都滿足了設(shè)計(jì)的要求。高精度SDM3065X 6位半萬(wàn)用表搭配SPD3303X可編程線性直流電源,可以提高測(cè)試結(jié)果的可靠性,便于可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)工程師做出恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化方案。

現(xiàn)如今,智能穿戴設(shè)備越來越受到大家的追捧,而與之伴隨而來的是大眾對(duì)穿戴設(shè)備續(xù)航能力越來越高的要求。在當(dāng)前智能穿戴設(shè)備功能趨于統(tǒng)一的趨勢(shì)下,續(xù)航能力幾乎決定了產(chǎn)品的生命力,所以各大智能穿戴設(shè)備廠商在續(xù)航方面投入不遺余力。鼎陽(yáng)科技針對(duì)智能穿戴設(shè)備的高精度測(cè)試解決方案,將幫助智能穿戴設(shè)備廠商準(zhǔn)確了解產(chǎn)品在各種使用情況下的功耗,以便于制定出相應(yīng)的功耗優(yōu)化方案,在智能穿戴產(chǎn)品行業(yè)中保持強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力。

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