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[导读]几年,可穿戴设备逐渐成为一个热词,从智能手环到健身腕带,再到VR眼镜,这些产品将数字智能时代最尖端的科技呈现在我们面前。其发展可追溯至1975年,也就是Hamilton Watch推出Pulsar计算器手表的那一年。可时至今日,可穿戴设备的技术挑战依然久久没能攻破,续航能力差造成用户体验不友好的情况并没有实质性地得到改善。

几年,可穿戴设备逐渐成为一个热词,从智能手环到健身腕带,再到VR眼镜,这些产品将数字智能时代最尖端的科技呈现在我们面前。其发展可追溯至1975年,也就是Hamilton Watch推出Pulsar计算器手表的那一年。可时至今日,可穿戴设备的技术挑战依然久久没能攻破,续航能力差造成用户体验不友好的情况并没有实质性地得到改善。

本文引用地址: http://www.21ic.com/np/computer/201801/751362.htm

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Hamilton Watch推出Pulsar计算器手表,时任美国总统的杰拉尔德·福特也想要一块这样的手表

那还能继续优化设计吗?

众所周知,续航能力主要由两个因素决定,分别是电池容量和器件功耗,电池容量越高越好,而功耗则越低越好,尽量降到最低。不幸的是,在新的电池技术或者材料出现之前,电池容量可提升的空间非常有限。开源节流,那这个“源头”短时间内没办法进一步挖掘,所以压力就落在如何降低功耗上了。

大多数可穿戴厂家就把眼光更多地瞄准了这块。.

对于大多数研发来说,低功耗设计的正确思路是:

首先,选择低功耗器件(包括模块以及主控IC,很多产品由于板面面积限制问题,在低功耗的前提下,还要满足尺寸小)

然后,优化软件算法。

最后是功耗测试,也是把关项

相较于其它电子产品,可穿戴设备对单一元器件和系统功耗的管控更为严格,在产品出厂之前几乎所有内部硬件结构都要经过精确的测量,例如芯片、传感器、无线模块等等,智能可穿戴设备低功耗测量主要量测设备在待机睡眠状态的功耗,超长的设备待机时间,低至μA级别的电流值以及极其苛刻的供电条件都是测试的难点,所以相关从业开发者能否设计出一套低功耗的系统和测试设备至关重要。

低功耗测试测量设备需要满足以下要求:

高精确度:在不同量程下的高测量精确度以及供电精确度

宽动态范围:准确捕捉到测量电流脉冲峰值

高稳定性:保证供电电压稳定,适应瞬态变化

高适应性:图形化操作界面,清晰形象地呈现信号变化状态,精准实时地分析信号

操作步骤:

一般带无线通讯类的产品在待机情况下也是会发射脉冲电流的,所以这类产品的低功耗中也包含有脉冲电流成分。除亮屏测量外,其他测量项目都是进入某一条件状态后,10分钟左右所得的平均电流。

器件连接:

使用SPD3303X直流稳压电源恒压输出4V电压,输出电压低纹波、无过冲并且响应快,精准的为智能手表供电,并将SDM3065X六位半万用表串联在供电回路中,测量智能手表在各种待机条件下的电流。以下是测试器件连接图。

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可穿戴设备的低功耗测量主要测试待机部分,我们选取以下几个典型待机场景进行了测试。

在测试过程中,我们使用了SDM3065X特有的EasyDMM上位机软件,集成了数据分析,保存的功能,图形化的显示操作界面,相对于在万用表端进行操作,PC端操作更加实用和简便。

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1. 首先测量的是4GLTE联网状态下的息屏待机。此状态占据了整个手表电池使用时间的70%以上,所以这一块的测试十分重要。

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我们在进行息屏待机这样长时间的测量时,使用了万用表的测量统计功能,由下方的统计表格可以直接看到平均电流为12.952mA,峰值431.784mA,最小值为3.702mA。同时选择打开趋势图,看到在整个10分钟的测量区间内电流变化情况,能够很明显的观察到偶尔跳出的异常电流。

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4GLTE网络息屏待机电流 测试图

测量结束后我们对数据选择直方图显示模式,对整个待机区间内测量到的电流情况进行分析,输出电流值百分比,可以看到3.702至40mA左右的数据在10分钟测量数据中占到了96.86%,这个功能让数据分析变得很方便。

2.接下来是在WIFI网络下息屏功耗测量

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连接WiFi时的息屏电流

连接WIFI息屏待机时的电流在11mA左右,相比于4G网络下息屏待机小了差不多1mA。这是因为4G网络需要发射和接收基站的信号。由于辐射范围大、建设成本高,基站都建在如山顶之类的开阔地带,手机接收来自山顶的信号,消耗的电量自然更多了。如果遇到信号不好的情况,要发射更强大信号来搜索网络,会更加耗电。而WiFi就轻松多了,通过无线路由发射信号。在一个固定的环境内实现近距离覆盖,信号波动不大,稳定状态下手机耗电更少!

3.然后是VoLTE网络下待机状态功耗测量

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Volte模式下功耗测量

VoLTE是建立4G网络下的高清语音通话模式,VoLTE是基于IMS的语音业务。它是一种IP数据传输技术,无需2G/3G网,全部业务承载于4G网络上,可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务,同时还提供高质量的音视频通话,后者便需要VoLTE技术来实现,说白了就是其实VoLTE就是4G电话。我们测量发现在此模式下的待机电流和4G网络待机模式的电流差别很小,只有几百微安。

4.最后我们进行的是深度睡眠测量,在未插SIM卡情况下对智能手表的电流进行测量,主要测量的是最小待机电流。

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睡眠阶段的息屏电流测量

可以看到在睡眠阶段测量到的平均电流为9.304mA,相比于4G网络和Volte模式下的待机小了3mA,相较于WIFI模式下待机小了2mA。而在此功能下我们一般主要关注的是低电流,我们在统计功能里也可以直观的看到最低电流为3.365mA,这个统计功能确实在数据分析上帮了很多忙。

针对以上的典型场景,我们进行了多组数据的测量,需要保存和分析。SDM3065X上位机软件上的数据保存功能可以将测量数据保存在电脑中,特别是针对长时间的深度睡眠测量,最多可保存100万组数据。同时,在不使用上位机的情况下,万用表端也有1GB的存储空间支持将数据保存在内部存储器中,当然,外插U盘也是可以的。

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数据保存图片

可以通过”Graph”按键将任意保存的数据进行趋势图和直方图分析,还可以通过“Export”按键将数据导出为CSV文件格式,这是两个很实用的功能。

通过以上测量,可以得出智能手表在各个待机情况的耗电情况

待机模式

实测电流值(均值)

参考电流值

4G网络下待机

12mA

<15mA

WIFI网络下待机

11mA

<15mA

Volte模式下待机

12mA

<15mA

睡眠状态最小电流

3.365mA

 <3.5mA

以上就是我们测量的智能可穿戴手表在不同待机状态的实际功耗,都满足了设计的要求。高精度SDM3065X 6位半万用表搭配SPD3303X可编程线性直流电源,可以提高测试结果的可靠性,便于可穿戴设备设计工程师做出恰当的优化方案。

现如今,智能穿戴设备越来越受到大家的追捧,而与之伴随而来的是大众对穿戴设备续航能力越来越高的要求。在当前智能穿戴设备功能趋于统一的趋势下,续航能力几乎决定了产品的生命力,所以各大智能穿戴设备厂商在续航方面投入不遗余力。鼎阳科技针对智能穿戴设备的高精度测试解决方案,将帮助智能穿戴设备厂商准确了解产品在各种使用情况下的功耗,以便于制定出相应的功耗优化方案,在智能穿戴产品行业中保持强劲的竞争力。

更多技术文档,请关注鼎阳硬件智库。

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