基于RT-Thread的功耗调优与测量实战

前言

前言

不清楚当前产品的整机功耗，就不清楚怎么调优

获取产品的整机及各个模块的功耗数据，需要测量

正确的功耗测量方法，快速的了解整机的功耗分布，为功耗调优提供方向。

功耗测量

功耗拆解，是功耗调优的前提，需要动手实际操作，这个阶段做的深入，不仅对整个系统功耗摸底清楚，对接下来的功耗管理，提供了很大的帮助。

以下为功耗调优时经常用到的几个方法：

【整机功耗测量】

如果产品是电池供电，需要使用【假电池】供电，即使用程控电源代替（模拟）电池供电。

高精度的程控电源，可以直接显示整机功耗电压电流数据，精度较差的程控电源，需要配合万用表（高精度，电流档），串接的方式测量整机电流功耗。

一般锂电池标称电压为：3.7~3.8V，所以可以把程控电源调到3.8V，模拟电池给系统供电。

可以测量待机模式、关机模式、运输模式、运行模式、无代码时裸板上电等场景下的整机功耗。

各个工作模式或场景下，一般都要设置一个目标功耗值，建立一个数据表格，不断的对比，用于功耗摸底、功耗调优各个阶段目标达成的评估。

【软件拆解测量】

需要编写各个模块的电源开关相关的接口代码，通过开关各路电源，对比整机功耗变化，估算各路电源的供电电流。

测量时，一般让系统进入待机模式，保证电源的平稳，每一路电源单独开启，对比整机电流的变化，这个变化值可以认为是这路电源的电流值。

有些器件，无法断开电源，但可以使用软件的方式关闭或进入shutdown模式，这样通过软件的方式开关器件，对比整机电流的变化值，估算这些器件的工作电流。

硬件拆解法

电路板在设计之初，为了方便功耗的验证与测量，可以设置一些0R（零欧姆）电阻，串接在各个电源回路里。

拆解方法：如电源回路中串接了一个0R电阻，可以把这个电阻用电烙铁焊下来，把万用表调到电流档串接进去（0欧电阻的焊盘两端），这样就可以测量这个电源路径的电流。

拆解测量完电流，需要把焊掉的电阻焊回去，保证电路板正常的供电。

压差计算电流法

电路板在设计之初，在电源路径上，串接了一个100mR（100毫欧姆）的电阻，或类似阻值比较小的电阻，若此路供电电流较大，可以采用更小阻值的【功率电阻】。

把万用表调到【电压档】，万用表的两个表笔，分别放置在这个小阻值电阻的两端（焊盘或测试点），也就是测量这个小阻值电阻两端的压差。

根据欧姆定律，可以计算出此路电源的电流，计算公式：

电阻两端的压差 / 电阻的阻值 = 此路电源的电流

灌电流法

如果电路板的电源路径上没有串接任何电阻，只有并联的去耦电容或滤波电容，并且软件无法开关拆解，万用表也无法串接测量，如何获取这条电源路径的电流呢？

1、硬件拆解+灌电流法，通过硬件拆解，断开上游的电源入口，使用外部独立电源供电，注意外部电源与电路板需要【共地】（外部的GND与板子上的GND连通），此时，外部独立电源的供电电流，可认为就是此电路板电源路径的供电电流。

2、不拆解硬件+灌电流法，可以在此电路板的电源路径上，找到一个供电电源的入口点，如一个电容的焊盘【正极】，外部电源【正极】连接这个电路板电源入口点，外部电源与电路板共地GND（外部电源的负极接电路板的负极）。注意外部电源的供电电压要【略高于】电路板此路供电电源的电压。如电路板供电电压采用1.8V供电，则外部电源供电可以采用（1.8V + 0.2V） 2V 供电。此时，外部独立电源的供电电流，可认为【近似等于】此路径的电流。

灌电流的原理

由于外部供电的电压高，供电电流会使用外部的电源供电，电路板上内部的供电会被截止。

这个灌电流的方法，只适用于【部分场景】，并且准确性并不高，可能会造成倒灌电流到主电源，产生额外的漏电。

灌电压需要略高于原供电电压，功耗一般与供电电压相关，如电源电压增加0.2V，可能也会造成额外的漏电产生。

过高的芯片灌电压，可能会对器件造成影响，如内核电压1.2V，如果供较高的灌电压，可能会损坏硬件。

正确使用灌电流法

让系统处于待机状态，此时的整机电流波动较小，变化平稳，可以通过对比整机功耗的变化与灌电流的大小，找到差异点。

当硬件器件无法串接万用表测量功耗，无法拆解时，可以尝试使用【灌电流法】初步了解估算电源支路的电流。

当软件版本一致，功耗不一致，进行功耗对比验证与定位，确定功耗异常点的最好方法，就是【灌电流法】。

一般情况下，同一电源路径，同一灌电流，相同的灌电流的点，灌进去的电流，基本一致才对，如果灌电流相差很多，基本确认是这个电源路径漏电引起的。

部分电源设计，如loadswitch，后端电压高于前端供电，会产生电流倒灌现象。管电流时，可能需要硬件断开前端的loadswitch。

大部分DCDC、LDO，前端供电电压高于后端的输出电压，后端采用【灌电流法】供电，只要灌电压不太高，一般不会产生电流倒灌，灌电流可以比较准确的反映出此路的供电电流。