LOT设备电源测量

前言

IoT设备的蓬勃发展促进了越来越多适用于各种场景的IoT设备被生产出，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。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**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。

• 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。

• 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。

RIGOL最新的DHO4000数字示波器的出现，极大的解决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，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

电源动态电流测量简介

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，而使用采样电阻，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，我们使用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。

环境搭建

连接示意图

环境搭建所需仪器：

①数字示波器(DHO4000系列)；

②RP系列电压探头(如PVP2350)两根；

③(可选)符合待测设备供电条件的供电设备（DP2000/900/800/700等系列电源，或由DUT可以接受的其他供电设备）。

硬件系统的连接方式（设置值为示例）：

1. 使用一颗采样电阻（如1Ω)直接连接在电源回路中。

2. 使用两根电压探头x1档位直接连接在DHO4000的通道1和通道2中

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

说明：

注¹：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。

操作步骤

Step1完成硬件系统连接

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

Step2设定参数

1. 根据情况设定示波器垂直档位。比如在某IoT设备工作场景，静态电流约为50μA,活动状态下工作电流极限值约为60mA电流。

2. 此时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。

3. 将探头设定为x1模式，并且将显示单位调整为A。

设置向导示意

注意

RP系列电压探头配合采样电阻测量时，由于电压探头本身不具有隔离能力，因此在测量前请确认被测设备的地电位，以避免产生人身伤害。

参数设定要点

1. 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。

2. 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。

Step3开始测试

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。

测试画面实例

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，上图中通道1为IoT设备活动状态下大电流脉冲的电流波形，通道2为IoT设备休眠状态下小电流波形。

上图展示的测试波形是一个典型的IoT设备的工作电流状态，在完成单次触发或在Roll模式下观测到合适的信号并停止后，可以调整时基和垂直档位完成信号细节的观测和测量。

电源动态性能测量简介

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。

环境搭建

连接示意图

环境搭建所需仪器：

①数字示波器(可采用DHO4000/MSO8000/7000/5000等系列示波器)；

②电子负载(DL3000)；

③RP系列或PCA系列电流探头(PCA系列电流探头需搭配DHO4000/MSO8000/7000系列示波器使用)；

④RP系列电压探头

⑤符合供电条件的电源（DP2000/900/800/700等系列电源，或由DUT可以接受的其他供电设备）

硬件系统的连接方式（设置值为示例）

1. 将DUT的输出端子的正、负端分别连接一根电缆，电缆的载流量根据负载大小或者准许压降确定1，并连接在DL3000的输入端子上。

2. 将合适衰减比例的PR系列电压探头连接在DUT输出端子2。

3. 将DUT的输入端连接在符合要求的电源上，并接通电源。

说明：

注¹过长的线缆会带来较大的寄生电感影响测量，甚至可能导致电子负载出现震荡，因此不建议使用较长的线缆，如果不可避免，建议将线缆绞合在一起，以降低寄生电感。

对于有些低压大电流应用，使用内阻较大的电缆可能导致电流稳定失败（UNREG）（电子负载在短路|SHORT|状态下依然存在一定导通电阻和接触电阻）。

注²在大电流应用中，输出端子压降将会带来显著影响，因此建议电压采样点应在DUT的Sense端，通常的，CV采样回路的采样端和控制器的信号地可以作为电压采样端子位置。

总结

本应用指南通过使用DHO4000示波器作为测试核心进行IoT设备负载电流曲线和电源性能进行测试，对IoT设备的电源性能进行准确的评估。

RIGOL提供了一套完善的工具，包括数字示波器和探头，帮助设备设计人员高效精准地进行IoT设备的电源电流测试，从而快速提升完善设备产品设计。

RIGOL自主研发的DHO系列高分辨率数字示波器具有12BIT的量化位数；500Mpts的超高存储深度，使其成为可以充当长时间参数记录的利器。同时，DHO4000具有业界最高的18μVrms的极低噪声，将帮助工程师准确测量微弱信号。

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