Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 16 декабря
 
 


Это интересно!

Ранее

Внутрисхемный и функциональный контроль: с фактами не поспоришь

Системы электрического контроля с летающими пробниками SPEA 4040 получили известность на российском рынке благодаря своим уникальным и востребованным возможностям. Основной сферой применения этих систем стал внутрисхемный контроль. В этой статье речь пойдет о взаимодействии функционального и внутрисхемного контроля, позволяющего повышать качество выпускаемой продукции, сокращать издержки на поиск и локализацию дефектов, наладку и ремонт.

Как снизить электромагнитные помехи при проектировании?

В статье рассматриваются вопросы электромагнитной совместимости электронных устройств. Описаны методы и рекомендации, которые позволяют разработчикам на стадии проектирования печатных плат (ПП) снизить уровень электромагнитных помех (ЭМП) в системе и уменьшить вероятность повторного выполнения некоторых этапов разработки.

ДА БУДЕТ СВЕТ! Современное светодиодное освещение. Тенденции. Задачи. Решения

Типовая конструкция светодиодного светильника, предлагаемая в настоящее время на рынке, обладает огромным ресурсом для оптимизации при одновременном снижении стоимости. Помочь в решении данных задач могут силиконовые материалы, которые, при своей простоте в применении, обладают рядом уникальных свойств. В статье мы рассмотрим ряд конкретных применений силиконовых материалов в конструкции современного светодиодного светильника.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

13 мая

Анализ разряда батареи для оценки времени работы мобильных устройств

В статье рассказывается о методах, позволяющих проанализировать время работы мобильных устройств от батареи, что необходимо иметь в виду на этапе проектирования.



В

ремя работы от батареи является важнейшим параметром, который нужно учитывать при проектировании мобильных устройств. Многие мобильные устройства характеризуются расширенной функциональностью, существенно сокращающей время их работы. Для максимального продления времени работы от батареи инженеры должны применять сложные схемы управления питанием.
Для оценки времени работы инженеры применяют анализ разряда батареи, включающий измерение параметров питаемого устройства, его программного и аппаратного обеспечения и отдельных узлов. Методы анализа включают измерение разрядной характеристики и изучение влияния разряда на разные режимы работы и используемые профили. По результатам анализа инженер может выбрать компромиссную схему управления питанием, максимально продлевающую срок службы батареи.
Большинство систем управления питанием экономит энергию батареи, переводя неиспользуемые в тот или иной момент подсистемы в спящий режим, причем зачастую на доли миллисекунд. В результате ток потребления устройства приобретает импульсный характер с длительностью событий менее секунды. Например, сотовый телефон GSM во время передачи может потреблять ток 2-А импульсами, длительностью примерно 500 мкс, в промежутке между которыми ток потребления спадает до миллиамперного уровня на оставшиеся 4,5 мс кадра GSM.

Два метода измерения времени работы от батареи

Один метод измерения времени работы от батареи заключается в тесте снижения напряжения, в ходе которого тестируемое устройство включается при полностью заряженной батарее, а затем измеряется время работы до минимального ее заряда. Этот тест может быть достаточно длительным, поскольку время работы определяется по снижению напряжения до такого значения, когда устройство отключается. Кроме того, результат такого теста зависит от начального состояния батареи, которое может существенно изменяться.
Альтернативный подход заключается в измерении потребляемого тока, который позволяет достаточно точно оценить время работы. Для этого тестируемое устройство на короткое время переводится в рабочий режим, и в этом режиме выполняется измерение потребляемого тока. Затем время работы рассчитывается путем деления номинальной емкости батареи на измеренное значение тока. При использовании этого метода не приходится ждать полного разряда батареи.

Идеальная система

Давайте рассмотрим элементы идеальной системы для анализа разряда батарей, показанной на рисунке 1. Во-первых, система должна включать средства для перевода тестируемого устройства в нужное рабочее состояние (генератор входных воздействий). Для мобильных телефонов в этой роли обычно выступает эмулятор базовой станции. Во-вторых, нужны средства для подачи на тестируемое устройство соответствующего питания, для чего используется либо аккумуляторная батарея, либо источник питания. Источник питания более предпочтителен для тестирования, т.к. обеспечивает согласованность теста и позволяет быстро воспроизводить разные состояния батареи, не ожидая, пока батарея достигнет этих состояний (полностью заряжена, частично разряжена, полностью разряжена). Другими важными элементами системы являются датчик для измерения тока, дигитайзер для регистрации сигналов тока и напряжения, а также программное обеспечение для анализа и сохранения данных, объем которых может быть достаточно большим (до нескольких гигабайт) в случае долговременного тестирования.

Рис. 1. Идеальная система для измерения и анализа тока разряда батарей

Выбор источника питания

Анализ разряда батареи с помощью источника питания позволяет измерять характеристики тестируемого устройства, независимо от его батареи. Источник питания должен характеризоваться быстрым откликом, чтобы минимизировать падение напряжения во время переходных процессов, порождаемых импульсным характером потребления при переключении режимов работы тестируемого устройства или во время импульсной передачи. Многие источники питания общего назначения демонстрируют в таких условиях падение напряжения до 1 В, поэтому следует использовать специальные источники питания (называемые иногда эмуляторами батареи), способные работать в таких условиях без падения напряжения.

Выбор датчика тока и дигитайзера

Быстро изменяющийся ток потребления мобильного устройства порождает две метрологические проблемы, связанные с диапазоном и скоростью измерения. Во-первых, динамический диапазон тока может превышать значение 1000:1 или даже 1 000 000:1. Если максимальный потребляемый ток в активном режиме достигает 1…3 А, то в спящем режиме он падает до десятых долей мкА. Такой диапазон измеряемых значений существенно затрудняет выбор датчика тока.
Можно, конечно, использовать для измерений тока последовательно включенный резистор или токовый шунт, но выбор токового шунта соответствующей величины может оказаться весьма непростой задачей. Если сопротивление шунта оптимально для измерения самого малого тока, то при больших потребляемых токах на нем будет падать большое напряжение, оказывая значительное влияние на измерительную цепь. Если же шунт оптимизирован для измерения большого тока, то, скорее всего напряжение на нем окажется недостаточным для измерения микроамперных токов. Проблему измерения токов разного уровня можно решить, применив несколько шунтов для разных диапазонов, но при этом придется прерывать измерения на время переключения шунтов.
Что касается скорости, то дигитайзер, измеряющий напряжение на токовом шунте и напряжение питания мобильного устройства, должен иметь частоту дискретизации не менее 50 кГц, чтобы захватывать субмиллисекундные токовые импульсы, характерные для сложных схем управления питанием.

Упрощение анализа с помощью комплементарной интегральной функции распределения

Для коммуникационных систем, таких как системы третьего поколения, характерны высокие уровни амплитудной модуляции, необходимые для передачи данных на высоких скоростях. Это порождает сложные формы потребляемого тока случайного характера при рассмотрении его во временной области.
На рисунке 2 показана зависимость потребляемого тока от времени для ВЧ-усилителя телефона cdma2000 в режиме передачи данных по трем каналам. Если рассматривать длительные периоды времени с частой сменой режимов работы, то потребляемый ток становится еще более сложным и непредсказуемым, затрудняя анализ влияния изменений конструкции на потребляемый ток.
Лучший способ визуализации и анализа сложных по форме потребляемых токов заключается в исследовании их статистических характеристик с помощью комплементарной интегральной функции распределения (CCDF). График CCDF показывает зависимость тока, откладываемого по оси X, от интегрального процента появления, откладываемого по оси Y (см. рис. 3). Рассматривая статистическое распределение потребляемого тока, можно быстро увидеть, как часто устройство работает в том или ином режиме потребления. Сравнивая графики CCDF разных схем, можно увидеть, когда устройство потребляет большую мощность (т.е., проводит большую часть времени в состоянии большого потребления), а когда меньшую (т.е., проводит большую часть времени в состоянии малого потребления). Таким образом, можно увидеть, какая схема работает лучше (потребляет меньше мощности), или выявить недостатки конструкции (неожиданные всплески потребления).

Рис. 2. Форма потребляемого ВЧ-усилителем телефона cdma2000 тока, представленная во временной области

Рис. 3. Кривая того же потребляемого тока, что и на рисунке 2, но на графике CCDF

Серийно выпускаемые решения для анализа разряда батарей

Многие изготовители контрольно-измерительного оборудования выпускают продукты, которые можно использовать в разных частях описанной испытательной системы. Некоторые из них предлагают источники питания, обеспечивающие стабильное выходное напряжение в импульсном режиме потребления, близкое по характеру к напряжению батареи. Компания Agilent предлагает всевозможные приборы, позволяющие построить полное решение для анализа разряда батарей с несколькими вариантами соотношения цены и качества.
Решения начального уровня состоят из источников постоянного напряжения для мобильных устройств серии Agilent Technologies 66300. Источник питания Agilent 66300 предназначен специально для питания мобильных устройств и одновременного измерения потребляемого тока. В состав системы для измерения и анализа тока входит имитирующий работу батареи источник питания с высокоскоростным измерительным дигитайзером (подобным тому, что применяется в осциллографах), способным выполнять точные измерения тока в активном состоянии устройства, в режиме ожидания и в отключенном режиме. Этот источник постоянного напряжения и прилагаемое к нему программное обеспечение позволяют наблюдать формы потребляемого тока так, как это делается на осциллографе, и просматривать зарегистрированные данные и графики CCDF без какого-либо программирования. Если же требуется большая точность и скорость регистрации, то можно воспользоваться другими решениями компании Agilent.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Анализ разряда батареи для оценки времени работы мобильных устройств



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты