4G CAT1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4G CAT1 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

测试AM430EV5 SOM板功耗，采用微安级功耗测试仪EMK850，通过开源DTU底板给SOM板供电，串口接电脑端串口调试助手，通过串口助手设置4G CAT1 AM430EV5 SOM板的工作状态（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

测试仪器实物

2.1 首先按照上图搭建测试环境

2.2. 测试设备接线

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。

前面板的红黑接线 柱为电源输出，连接待测4G CAT1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

2.3. 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4G CAT1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。

2.4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4G CAT1设备，可以通过游标统计，可以统计4G CAT1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）

2.5.测试DTU底板功耗

首先不接SOM板，测试DTU底板的功耗，按照上述方法测试，底板平均功耗为：25.36mA

2.6 测试注网及首次通信功耗

底板接SOM 板上电后，4G CAT1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4G CAT1串上位机显示“connect OK”，表示SOM板成功连接服务器。

注网功耗与4G CAT1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7s, 总电流 69.7mA，减去底板功耗25.36mA SOM板首次联网电流：44.34mA，功耗为：86.2uAh

2.7.测试设备产品待机功耗

SOM板首次连接上服务器后，每隔一段时间发送一次心跳数据，SOM板在发送心跳数据间隔期间为待机功耗，下图所示：待机间隔时间为18s, 平均电流为43.82 mA, 减去底板电流：25.36mA，待机电流为：18.46mA, 18s内待机功耗为：91.8uA*h

2.8 测试SOM板一次通信功耗

如下图所示，一次心跳发送，时间为11.6s,平均功耗为80.74mA，底板电流为25.36mA, SOM板电流为:55.38mA. 一次通信功耗为：178.4uAh

2.9 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4G CAT1设备，可以通过游标统计，可以统计4G CAT1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）:P1，再乘以设备需要的工作次数与单次工作时间:N*t,表示设备整个工作的功耗，再加上设备待机功耗为：设备总的待机时间为整个周期T减去工作时间T-N*t，乘以待机功耗P2。

设备整个待机时间的功耗为：P1*N*t+P1*(T-N*t)

例如：4G CAT1 AM430EV5 需要待机7天，每天发送50次数据，每次发送的平均功耗为178.4uAh, 待机电流为55.38mA,3个月的待机功耗为：7*50*178.4μA*h+18mA*(24h-50*11s/3600)*7=62.44mA+3004mA=3062.44mA

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

DTU上位机

服务器及网络调试助手

操作手册.pdf

EMK系列功耗仪1分钟快速使用.docx

本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

欢迎同学们走进AmazIOT知识库的世界！

这里是为物联网人构建的技术应用百科，以便帮助你更快更简单的开发物联网产品。

Cellular IoT Wiki初心：

在我们长期投身于蜂窝物联网 ODM/OEM 解决方案的实践过程中，一直被物联网技术碎片化与产业资源碎片化的问题所困扰。从产品定义、芯片选型，到软硬件研发和测试，物联网技术的碎片化以及产业资源的碎片化，始终对团队的产品开发交付质量和效率形成制约。为了减少因物联网碎片化而带来的重复开发工作，我们着手对物联网开发中高频应用的技术知识进行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平台的 RTOS 应用生态。后来我们发现，很多物联网产品开发团队都面临着相似的困扰，于是，我们决定向全体物联网行业开发者开放奇迹物联内部沉淀的应用技术知识库 Wiki，期望能为更多物联网产品开发者减轻一些重复造轮子的负担。

Cellular IoT Wiki沉淀的技术内容方向如下：

奇迹物联的业务服务范围：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物联网模组，为客户物联网ODM/OEM解决方案服务。我们的研发技术中心在石家庄，PCBA生产基地分布在深圳、石家庄、北京三个工厂，满足不同区域&不同量产规模&不同产品开发阶段的生产制造任务。跟传统PCBA工厂最大的区别是我们只服务物联网行业客户。

连接我们，和10000+物联网开发者一起降低技术和成本门槛

让蜂窝物联网应用更简单~~

哈哈你终于滑到最重要的模块了，

千万不！要！划！走！忍住冲动！~

欢迎加入飞书“开源技术交流群”，随时找到我们哦~

点击链接如何加入奇迹物联技术话题群（https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf）可以获取加入技术话题群攻略

Hey 物联网从业者，

你是否有了解过奇迹物联的官方公众号“eSIM物联工场”呢？

这里是奇迹物联的物联网应用技术开源wiki主阵地，欢迎关注公众号，不迷路～

及时获得最新物联网应用技术沉淀发布

（如有侵权，联系删除）

审核编辑 黄宇