3常見功耗問題與原因
為了保證產品的低功耗,除了增加包間隔時間,還有就是降低產品本身的電流消耗,也就是上面提及到的I_work和 I_sleep。正常情況下,這兩個數值應該跟芯片數據手冊一致,但如果用戶使用不當,有可能出現問題。我們在測試模塊的發射電流時,發現是否安裝天線對測試結果有很大影響。在帶天線測量的時候,某產品電流為120mA,但是如果擰掉天線,測試電流飆升到近150mA。這種情況下的功耗異常主要是由模塊射頻端失配,引起內部PA工作異常導致的。因此,我們建議客戶在評估無線模塊的時候,務必帶載測試。
在前面的計算中,當發送間隔越來越長,工作電流占空比降越來越小,這時影響整機功耗的最大的因素就是I_sleep。I_sleep越小,產品續航時間也就越長了。這個數值一般都是與芯片數據手冊接近,但是我們經常遇到客戶反饋測試的休眠電流偏大,那是為什么呢?
這個問題往往是由MCU的配置引起的,一般的MCU單個IO口功耗就能達到mA級別。換句話說,如果不小心漏掉或者錯配一個IO口的狀態,很有可能就將破壞前期的低功耗設計。下面以某產品為例進行一個小實驗,看看這個問題影響有多大。
圖4 產品A的低功耗IO配置測試結果
圖5 產品A的IO配置不當測試結果
在圖4和圖5的測試過程中,測試對象是同一個產品,同樣配置為模塊休眠模式,可以很明顯看到測試結果的不同。在圖4中,所有IO都配置為輸入下拉或者上拉,測試出來的電流僅為4.9uA,而圖5中,僅僅把其中兩個IO配置為浮空輸入,測試結果為86.1uA。
如果保持圖3的工作電流和時長不變,發送間隔為1個小時,帶入不同的休眠電流計算。按照圖4的結果計算,一個小時的平均電流為5.57uA,而按照圖5則為86.77uA,相差約16倍。同樣使用一節200mAh的CR2032電池供電,產品按照圖4的配置,可以正常工作時間約為4年,而按照圖5配置,這個結果僅為3個月左右!
從上文實例可以看出,要盡可能延長無線模塊的使用時長需遵循以下設計原則:
在滿足客戶應用需求的條件下,盡可能的延長發送包間隔,降低工作周期內的工作電流;
一定要正確的配置MCU的IO狀態,不同廠家的MCU可能有不同配置,詳細參考官方的資料。
LM400TU是ZLG研發設計的一款低功耗LoRa核心模塊,模塊采用源自軍用通信系統的LoRa調制技術設計,結合獨有的頻譜擴寬處理技術,完美解決了小數據量在復雜環境中的超遠距離通信問題。LoRa組網透傳模塊內嵌自組網透明傳輸協議,支持用戶一鍵自組網,并且提供專用抄表協議、CLAA協議以及LoRaWAN協議,用戶無需在協議上花費大量時間,即可直接開發應用。
圖6 LoRa核心模塊