不可错过的低功耗神器Otii：重新定义功耗优化设计

根据Omdia估计，到2023年底，全球物联网设备的安装量接近380亿台，预计到2030年将达到820亿台。可穿戴设备市场的增长同样势头强劲。低功耗设计已经成为这些行业硬件开发者的核心竞争力，且往往决定了产品的成败。

无线传感器作为典型代表，凭借其卓越的环境监测能力与便捷的安装优势，在众多应用场景中得到了广泛的部署。然而，依赖电池供电的设备对设计者提出了更高的要求——必须确保设备在非激活状态时保持低功耗，以延长续航、提升用户体验并提高部署可行性。

传统的低功耗测试技术在实际应用中面临诸多挑战，这些挑战直接影响设备的续航、用户体验以及整体系统的稳定性和可靠性。

低功耗设计面临的行业挑战

精准捕捉动态功耗

工作模式频繁切换

物联网和可穿戴设备需要在多种工作模式间快速切换，例如休眠模式、激活模式、数据传输模式等。例如，某些智能手表每5分钟自动检测心率、血氧、血压、体温等指标，并根据特殊算法将结果转化为数值发送到后台软件。在这个过程中，电流可能从微安级瞬间飙升至毫安级，再迅速回落至待机状态。

实际案例

某美国品牌的电暖气未能在无线传感器传输数据后正确进入低功耗休眠状态，导致设备在待机期间电流异常增加，最终迅速耗尽电池电量。由于该问题未能在圣诞节期间及时发现，许多家庭在寒冷的冬季面临电暖气失效的问题。如果在研发阶段能精准捕捉到这一间歇性异常，完全可以避免此类品牌危机。

复杂电源管理策略的覆盖测试

现代低功耗设备通常采用多层次的电源管理技术，这要求测试涵盖所有可能的状态组合。然而，由于状态组合数量庞大，仅依靠人工测试难以实现全面覆盖。而且，不同模式之间的切换可能会产生瞬时电流峰值，影响整体能耗和电池寿命。

多重环境条件的真实模拟

设备在实际应用中往往面临多变的环境（如温度、湿度等气候因素），这些环境因素对功耗有显著影响。例如，低温环境下锂电池的容量可能降低，导致设备因电压不足而意外关机；而高温环境下，漏电流增加会加速电池能量消耗。此外，电池在老化过程中表现不一，因此在实验环境中进行多因素联合模拟至关重要。

更多细节请参见温度如何影响物联网设备电池寿命。

调试器干扰问题

在实际调试过程中，连接调试器常常会对功耗测量产生干扰。每次进行功耗测试时，工程师需要手动断开调试器，这不仅影响测量准确性，还增加了操作工作量和时间成本。

长周期测试与效率矛盾

可穿戴设备的续航评估可能需要模拟数月甚至数年的使用情况，而某些物联网设备（例如农业传感器）虽然每天仅工作几分钟，但要求设备在数年内无需更换电池。在有限的测试时间内，如何准确预测设备的长期能耗表现，成为亟待解决的难题。

设备多组件交互与系统整体优化

现代设备通常由MCU、传感器、无线模块等多个子系统构成。单一模块的功耗优化未必能转化为系统整体能耗的改善。只有综合考虑各模块之间的协同工作和交互效应，才能实现真正的低功耗优化。

量产一致性与成本控制

传统的抽样测试无法覆盖量产过程中所有潜在问题。例如，电容漏电流超标可能导致设备在待机状态下出现异常电流，最终引发客户退换货。为了降低风险，建议采用自动化产线测试、单台设备全模式测试及多设备并行测试等手段，确保量产产品的性能和能耗一致性。

传统测量工具的局限性

采样率不足

传统万用表或常规分析仪的采样率较低，容易错失无线模块启动时的电流浪涌等瞬态峰值。尽管现代数字万用表在精度上有所提升，但它们的设计主要针对固定范围和静态信号，自动量程切换较慢，难以捕捉瞬时电流波动，导致关键数据的丢失。

自动化模拟能力不足

传统工具通常难以通过编程接口实现自动化测试，而Otii支持通过Python API进行自动批量测试，可以高效评估不同电源模式下的功耗表现。

电池老化场景模拟受限

传统方法往往依赖昂贵且难以精确控制参数的物理环境箱，无法同时模拟多重因素（如温度、湿度和循环次数）。例如，在零下20℃环境下进行200次电池循环测试，传统方法不仅成本高昂，还难以复现真实的使用场景。

长时间实时测试效率低

为确保真实场景下的功耗细节，传统测试方法往往要求设备连续运行数周，但这种方式效率低下。开发人员常采用加速测试策略，但时间压缩可能遗漏关键功耗信息，且在模拟过程中需要确保设备状态的准确延续。

软硬件协同测试困难

低功耗优化通常需要硬件与软件的协同调试，而传统工具难以实现软件日志与功耗曲线的实时关联。这使得硬件和软件工程师在问题定位时各自为政，从而延长了整体测试周期。

创新型Otii解决方案

图1：使用Otii做低功耗测试

为了满足物联网和可穿戴设备低功耗测试的严苛需求，必须突破传统测量工具的局限。Otii方案实现了以下目标：

动态高精度测量：捕捉瞬态电流变化。

真实环境下的电池模拟：通过软件定义方式模拟电池曲线，精确重现不同温湿度和老化条件下的表现。

软硬件数据深度融合分析：自动对齐软件日志与功耗曲线，进行系统整体精准调试。

自动化与批量测试能力：支持多通道并行测试，大幅提升测试效率。

Qoitech推出的Otii解决方案包括：

硬件产品：Otii Arc Pro 和 Otii Ace Pro。

专用应用程序：易于使用的Otii软件，支持实时数据监控和分析。

扩展工具箱：包括Otii电池工具箱和Otii自动化工具箱，进一步提高测试的灵活性和精度。

Otii的核心优势

1. 高精度高采样率

Otii Ace Pro可监测从25nA到5A的负载电流，精度高达0.05%，电流和电压测量的采样率可达50ksps。Otii Arc Pro可监测从50nA到5A的负载电流，精度高达0.1%，电流和电压的采样率分别为4ksps和1ksps。

2. 自动化调试

Otii设备配备配电盘，可以在自动化设置中实现自动关闭/打开调试器与被测设备的USB连接。GPO功能可以自动连接和断开此链接，用户通过脚本控制计算机与设备的连接和断开。更多细节请查看这里。

3. Otii电池工具箱

电池仿真模拟：模拟电池在不同温湿度和老化条件下的行为，确保测试结果真实可靠。

电池验证：支持批次验证，灵活调整测量设备数量，构建放电、睡眠、充电模式组合进行测试。

电池分析：通过Otii工具进行多设备并行电池测试，创建符合应用场景的电池放电配置文件。

4. 使用UART调试日志调试功率测量

用户能够将不需要的电流峰值和升高的能耗直接与UART输出日志关联，从而精确定位功耗优化的具体区域。

案例分享

2020年，Elektor公司工程师Clements使用Otii进行低功耗测试。他在BBC micro:bit板上集成了BME280气象传感器，测试过程中每秒读取一次数据并传输，其他时间处于低功耗状态。

Clements表示，““在本次测试中，我没有采用示波器，因为设置低噪声、高精度的差分放大器非常繁琐，尤其是当需要连续监控数分钟乃至数小时的测量数据时，极为不便。而即使是带锁定功能的高精度万用表，在这种场景下也难以胜任。Otii 在捕捉不同负载下的瞬时电流变化时，表现出了极高的分辨率，能够精准监控设备在软件运行期间的功耗，从而准确预测电池寿命。””。

Otii能精准监测设备的瞬时电流变化，帮助他将设备的纽扣电池续航从12小时延长至30天。详细视频请参见这里。

图2：Clements 使用Otii测试 图3：经过多番优化，电流消耗显著降低

结语

随着物联网和可穿戴设备对低功耗设计的需求不断增加，传统测试工具已无法满足对精细动态采样和电池模拟的需求。Otii凭借其高精度采样、自动化测试及软硬件数据同步的优势，为产品功耗优化提供了全新的解决方案。通过这一方案，工程师可以在产品设计初期发现并解决问题，显著延长设备续航，推动行业朝着更高能效标准迈进。

如您希望了解Otii如何帮助您的团队实现低功耗设计，或需要定制化的解决方案，请联系Qoitech技术专家预约产品演示，或直接与我们联系：[e-mail]。

审核编辑 黄宇