近年來、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，涉及智能家居、交通、生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護等。據(jù)統(tǒng)計，2018年物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)突破100億，并預(yù)計2020年將達到300億。

然而，盡管物聯(lián)網(wǎng)連接終端數(shù)已經(jīng)如此巨大，且保持高速增長，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展依然面臨諸多的約束和挑戰(zhàn)，如：

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景和價值定位不清晰

安全及隱私的顧慮

商用運用模式不確定

核心技術(shù)及標準混亂、兼容性差

譬如，通信標準和地址分配是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵因素，如無線標準就有Bluetooth，NFC，Lora，SigFox,NB-IoT, LTE-Advanced等。

如上圖所示，從覆蓋范圍、功耗、數(shù)據(jù)速率、成本、延時、網(wǎng)絡(luò)成熟度等，對蜂窩網(wǎng)絡(luò)3G/4G/5G 、局域網(wǎng)ZigBee、以及LPWAN三種無線標準進行了比較。

可以看出，以NB-IoT、Lora、SigFox為代表的LPWAN （LowPower Wide AreaNetwork）標準，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征——長工作壽命，甚至某些應(yīng)用要求10年、20年，優(yōu)先考慮設(shè)備的低功耗。

同時保持覆蓋范圍大，單個設(shè)備成本低、對數(shù)據(jù)速率要求低的特點，成為眾多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的首先方案。

值得提醒的是，物聯(lián)網(wǎng)由于設(shè)備數(shù)量巨大、且分散在廣泛的區(qū)域，對設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性要求更高，否則可能造成企業(yè)無法承擔的維護或召回成本。

接下來我們就重點討論NB-IoT/Lora的電流特征和低功耗測量及特征分析！

請大家先想想看，NB-IoT/Lora為什么能做到大的覆蓋范圍，卻可以做到低功耗？

沒錯，因為覆蓋范圍大，NB-IoT的峰值功耗其實與4G/5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)并沒有太大差別。而是設(shè)計了一種稱之為PSM(PowerSavingMode)省電模式——NB-IoT設(shè)備只有在需要數(shù)據(jù)傳輸時才喚醒，其余的時間進入PSM模式（改模式比常規(guī)的手機待機功耗還要低很多），而PSM模式兩次喚醒時間最大可達300小時。

從耗電特征看，在PSM的NB-IoT設(shè)備僅僅消耗微安級（uA）的電流，但數(shù)據(jù)傳輸時高達數(shù)百毫安（100mA）。工程師如何才能夠精確測量IoT設(shè)備的動態(tài)電流：

覆蓋從100mA到uA的動態(tài)電流范圍，如設(shè)定100mA量程，要測量uA電流顯示為 100.000mA

NB-IoT設(shè)備的電流不是靜態(tài)直流電流，因此對測試采樣速率和帶寬有較高要求

NB-IoT設(shè)備從工作狀態(tài)至PSM狀態(tài)，往往持續(xù)較長時間

快速定位NB-IoT設(shè)備在各種狀態(tài)、或異常狀態(tài)的電流特征

最常用的電流測量設(shè)備有數(shù)字萬用表和示波器，它們電流測量原理如下圖所示：

電磁感應(yīng)——通常用于大電流測量場合，如能源、電源、電力系統(tǒng)安培（A）級電流測量，很難分辨和測量IoT設(shè)備的mA、uA電流。

歐姆定律——線路中串聯(lián)取樣電阻，并測量取樣電阻上的電壓計算出線路電流I= V / Rshunt

*務(wù)必注意，電流測量精度取決于電壓測量精度 及 取樣電阻的精度:

電壓測量分辨率不變，被測電流越小，取樣電阻阻值Rshunt要求越大；

保持取樣電阻Rshunt不變，被測電流越小，電壓測量分辨率要求越高。

數(shù)字萬用表采用的就是歐姆定律電流測量方法，以下為某知名品牌的71/2DMM的規(guī)格。是否可用該DMM測量NB-IoT的耗電呢？

指標解讀為：

1、71/2 的分辨率是在大于1個PLC（電網(wǎng)周期，50Hz交流電為20mS）積分時間達到的，在0.005PLC（10uS）的積分時間時，只有 31/2 的分辨率。

2、電流量程與取樣電阻有關(guān)，即電流量程越小，取樣電阻越大，最小10uA量程時，取樣電阻高達1000Ω。

歐姆定律方法時，串聯(lián)到回路的取樣電阻Rshunt可能對電路造成潛在的影響，而且很難準確的評估影響大小。如評估以下DUT（MPU處理器）時，需要考慮以下因素的影響：

取樣電阻限制了電路的峰值電流

電源或電池的輸出阻抗的影響

線路中等效寄生電容和電阻的影響

如下圖展示了取樣電阻大小與峰值電流測量的影響，取樣電阻越小，測量到的峰值電流越大。

CX3300器件電流波形分析儀，高達16比特分辨率、1GSa/s采樣率、200MHz帶寬、配合獨特的低噪聲電壓和電流探頭，低至400nV電壓本底噪聲和150pA電流本底噪聲。

除了上述優(yōu)異的硬件性能指標，CX3300器件電流波形分析儀使用是德科技高端示波器平臺，Windows10操作系統(tǒng)，觸摸屏操控、各種標準的觸發(fā)和測量功能，易于使用。

針對電流波形的分析，還為工程師提供了包括“一鍵功耗提取”、任意位置放大、區(qū)域游標測量等便捷、高效測量和分析功能。

接下來給大家分享CX3300實測和分析NB-IoT和Lora模塊耗電特征過程及結(jié)果，供大家參考！

CX3300捕獲NB-IoT模塊從開機->注網(wǎng)->數(shù)據(jù)傳輸->休眠->PSM模式完整過程波形如下：

該NB-IoT模塊從開機到進入PSM模式完整的過程持續(xù)近70秒，CX3300最大存儲深度為256MSa,工程師設(shè)定了3Msa/s的采樣率，以盡量避免錯失任何細節(jié)。

通過波形分析，該NB-IoT模塊最大電流越300mA,PSM模式下電流僅僅17uA，我們使用了CX3300獨特的CX1102A雙量程電流探頭，可實現(xiàn)100dB的動態(tài)電流測量。

使用CX3300“一鍵功耗提取”功能，自動按照電流波形特征，進行狀態(tài)區(qū)分，并測量出各狀態(tài)的電流大小、持續(xù)時間、區(qū)間內(nèi)的最大、最小值等。

并可將提取的“耗電特征”波形及數(shù)值保存到XPS文件中。

Lora模塊的分析過程與上述NB-IoT類似，但結(jié)合Lora波形，通過放大觀察到更多細節(jié)！

Lora模塊從開機->數(shù)據(jù)傳輸->休眠->數(shù)據(jù)采集過程的波形如下，

研發(fā)工程師對CX3300的“任意區(qū)域放大”印象深刻——在保持完整的波形同時，放大局部關(guān)鍵位置波形，并進行測量和分析。

通過對數(shù)據(jù)傳輸模式的波形分析，測量到89.3KHz，平均值70mA，峰峰值28.5mA的電流特征信號。同時在脈沖前后分別觀察到Pre-Tx,和Post-Tx信號。

再對休眠模式及數(shù)據(jù)采集模式進行波形放大，同樣觀察到周期為969.8ms，持續(xù)時間19.46ms的電流特征信號。該過程平均電力u9.72uA,但峰值高達30mA。

可以預(yù)見，物聯(lián)網(wǎng)終端即將迎來爆發(fā)式的增長，且功耗依然是工程師面臨的最大挑戰(zhàn)。因此，全面測量和分析設(shè)備在各種狀態(tài)下的電流特征，并精細優(yōu)化，提升產(chǎn)品競爭力至關(guān)重要！

CX3300器件電流波形分析儀，兼具優(yōu)異的動態(tài)、噪聲和高效、便捷的分析功能，必將大大提升物聯(lián)網(wǎng)芯片、模塊、終端研發(fā)、驗證、調(diào)試的效率和精準性。