CN101672872B - 一种快速测量电路功耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速测量电路功耗的方法，其中，待测电路中的供电电路采用稳压器进行设计，且所述稳压器内部采用负反馈原理实现稳压输出；在所述稳压器的电压输出端加入一路稳压源，设置所述稳压源的输出电压Vext高于所述稳压器的实际输出电压Vout，读取稳压源的输出电流Iext，代入公式P＝Vext*Iext，计算电路功耗。本发明的电路功耗测量方法在不飞线和不取下电路板上任何器件的情况下，可以快速、准确、无损的测量出多路电源域的电流消耗情况，从而计算出各路待测子模块或者子系统的功耗，以实现异常功耗问题的快速定位和确认，进而加快了电器设备的研发和维修速度。

Description

一种快速测量电路功耗的方法

技术领域

本发明属于功率检测技术领域，具体地说，是涉及一种可以快速测量电器设备内部电路功耗的方法。

背景技术

对电器设备的内部电路进行功耗检测的操作不仅在电路板的研发设计过程中经常遇到，而且在电器设备的日后测试维修过程中也常常实施，并以此来定位和确定异常问题的所在。因此，功耗检测效率的高低直接影响着电器设备开发和维护效率的高低。

下面以手机产品的内部电路板为例进行具体说明。

随着手机功能的日益增多，手机内部的供电设计也越来越复杂。以一款CDMA EVDO智能手机为例，手机内部的PXA310应用处理器芯片的供电电源需要三路Buck型DC-DC稳压器(即降压型直流-直流稳压器)和三路LDO稳压器(即低压差线性稳压器)输出提供，即通过Buck型DC-DC稳压器和LDO稳压器将手机电池输出的电压转换成应用处理器芯片所需供电电源输出，为芯片供电；而手机内部的QSC6085通信处理器芯片的供电电源则需要两路Buck型DC-DC稳压器和七路LDO稳压器输出提供；手机内部的5百万像素的摄像头电路则需要三路LDO稳压器输出提供；手机内部的WIFI/蓝牙电路需要三路LDO稳压器。此外，手机内部的音频电路、LCD显示电路等子模块也需要独立的供电电路。

为了保证手机整机功耗处于一个理想水平，一方面在研发过程中必须对上述电源的功耗实时监控，保证各个子模块的功耗处于最优水平；另一方面在测试过程中若出现整机电流较大的异常情况时，需要及时定位问题模块以及确定异常原因。

为了实现上述目的，一般在手机电路设计时给各路供电电路串接一个0欧姆的电阻。如果想要测量某个供电电路的电流，只需要断开0欧姆的电阻并串接入一个电流表即可。

这样做的主要问题有以下几点：

(1)在供电电路比较多的情况下，串接的0欧姆电阻较多，从而占据了较多的PCB面积；

(2)由于手机PCB面积很小，0欧姆电阻往往采用0402或者0201封装，从而造成串接电流表比较困难的问题；

(3)由于需要进行取下0欧姆电阻和串接入电流表的操作，因此，很难做到对手机PCB的“无损测量”；

(4)由于飞线比较困难，很难同时测试多路电源的供电电流，因此，无法对系统各路供电电路的输出电流进行实时性测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以快速测量供电电路输出电流的方法，进而达到快速、准确、无损测量电路功耗的设计目的。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种快速测量电路功耗的方法，其中，待测电路中的供电电路采用稳压器进行设计，且所述稳压器内部采用负反馈原理实现稳压输出；在所述稳压器的电压输出端加入一路稳压源，设置所述稳压源的输出电压Vext高于所述稳压器的实际输出电压Vout，读取稳压源的输出电流Iext，代入公式P＝Vext*Iext，计算电路功耗。

为了提高测量精度，优选将所述稳压源的输出电压Vext的范围限制在Vo*(1+2％)至Vo*(1+5％)之间；其中，Vo为与所述稳压源相连通的稳压器的标称输出电压。

当然，也可以将所述稳压源的输出电压Vext的范围限制在Vout*(1+1％)至Vout*(1+5％)之间，或者在Vout+30mV至Vout*(1+5％)之间，以确保测量结果能够满足测试要求。

优选的，所述稳压器为LDO稳压器、Buck型DC-DC稳压器或者Boost型DC-DC稳压器(即升压型直流-直流稳压器)等。

当采用手动方式测量电路功耗时，可以首先用万用表测量出稳压器的实际输出电压Vout；尔后将万用表挂接到稳压源的电压输出端，调整稳压源的输出电压Vext高于Vout；然后将稳压源的电压输出端通过探头挂接到稳压器的电压输出端，读取稳压源稳定后的输出电流Iext，代入公式P＝Vext*Iext，即可计算出待测电路在Vout电压域的功耗。

进一步的，所述稳压器包括一路或者多路，当包括多路稳压器时，采用稳压源对各路稳压器逐一进行作用，进而计算出各待测电路在与之连接的稳压器的电压域上的功耗。

又进一步的，所述稳压源为程控电源，通过信号线连接计算机，根据计算机输出的设定值调整稳压源的输出电压Vext达到该设定值上，进而通过探针将稳压源的输出电压Vext作用于相应的测试点上，稳压源将其输出电流Iext值实时地通过信号线反馈给计算机。

再进一步的，所述测试点为预设在待测电路所在PCB板上的焊盘，各焊盘在印制PCB板时与各稳压器的电压输出端一一对应连通。

当采用自动方式测量电路功耗时，可以首先将待测电路所在的PCB板通过工装固定，工装上装有与各测试点相连接的探针，将每一个探针均通过一条电缆连接到控制板上，在控制板上设置开关电路和控制电路，并将开关电路的各路选通端分别与所述的各条电缆一一对应连接上，开关电路的公共端连接到稳压源的电压输出端，开关电路的控制端连接到控制电路上；所述控制电路通过信号线连接计算机，接收计算机发出的控制指令，进而生成相应的通道选择信号输出至开关电路，控制开关电路将其公共端与相应的选通端连通，进而将稳压源的输出电压Vext通过探针作用于相应的测试点上。这样一来，完全可以通过计算机选择测试点，并将稳压源的输出电压Vext施加到所述的测试点上，进而通过实时地检测稳压源反馈回来的输出电流Iext来获悉待测电路在相应电压域上的功耗。

更进一步的，所述信号线优选采用GPIB总线实现，即所述稳压源与控制电路通过GPIB总线连接所述的计算机，与计算机进行通信。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的电路功耗测量方法在不飞线和不取下电路板上任何器件的情况下，可以快速、准确、无损的测量出多路电源域的电流消耗情况，从而计算出各路待测子模块或者子系统的功耗，以实现异常功耗问题的快速定位和确认，进而加快了电器设备的研发和维修速度。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是采用Buck型DC-DC稳压器和LDO稳压器构建的供电电路示意图；

图2是本发明所提出的快速测量电路功耗方法所对应的电路原理图；

图3是图2所示测量方法的一种实施例的电路原理图；

图4是图2所示测量方法的另外一种实施例的系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

本实施例以手机电路为例来详细阐述所述快速测量电路功耗的具体方法。由于目前的手机都是采用Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器来设计其内部的供电电路，因此，本实施例仅以这两种稳压器为例进行展开说明。

图1为采用Buck型DC-DC稳压器和LDO稳压器构建的供电电路示意图。其中，Vin表示输入电压；Iin表示输入电流；Vout表示通过稳压器输出的电压，即稳压器的实际输出电压；负载表示待测电路，在本实施例中表示手机电路中的子模块或子系统(比如摄像头、LCD等)。输入电压Vin通过Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器变换为Vout电压施加在负载上。当负载功率发生变动时，会造成Vout电压发生波动，即如果负载电流突然变小，则Vout电压会上升；如果负载电流突然变大，则Vout电压会下降。为了保证Vout电压在负载电流发生波动的情况下能够处于稳定的工作状态，在Buck型DC-DC稳压器和LDO稳压器中均内置了负反馈电路，一旦检测到Vout电压上升，则减小输入电流Iin，进而降低Vout电压；一旦检测到Vout电压下降，则增大输入电流Iin，进而增大Vout电压。

图2是本实施例所提出的快速测量电路功耗方法所对应的电路原理图。相对于图1而言，在负载端增加了Vext电压，表示外部加入电压，特别强调的是Vext电压应稍大于Vout电压。根据上面提到的负反馈工作原理，在加入Vext电压后，Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器检测到其电压输出端的电压上升，即上升至Vext，进而Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器会降低其输入电流Iin直到0。此时，负载的供电全部由稳压源提供，即供电电源为Vext。此时，读取稳压源的输出电流Iext即为负载当前所消耗的电流。将稳压源的输出电压Vext和输出电流Iext代入功耗计算公式：P＝Vext*Iext，即可计算出负载在该电源域的功耗。通过对各路负载的功耗进行实时监控，可以保证各路负载的功耗处于最优水平。

为了提高测量的精度，需要对作用于Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器的电压输出端的电压Vext的进行限制，使其略高于Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器的实际输出电压Vout。具体来说，可以使Vext电压高于Vout电压的1％至5％之间，即将Vext电压的幅值范围限制在Vout*(1+1％)至Vout*(1+5％)之间；或者使Vext电压高于Vout电压30mV至Vout电压的5％之间，即将Vext电压的幅值范围限制在Vout+30mV至Vout*(1+5％)之间。这种设计方式，需要事先对Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器的实际输出电压Vout进行测量后，才能确定Vext电压的幅值，因此，不利于实现自动检测控制。

由于目前内部采用负反馈工作原理设计的稳压器，比如LDO稳压器，其输出电压Vout的精度一般都在±1.6％之间，即Vout＝Vo*(1±1.6％)；其中，Vo为稳压器的标称输出电压。对于Buck型DC-DC稳压器来说，其输出电压Vout的精度甚至可以达到±1％之间。因此，可以将Vext电压的幅值范围限制在Vo*(1+2％)至Vo*(1+5％)之间，即高于稳压器标称输出电压的2％至5％之间，即可保证Vext电压高于Vout电压，满足测量要求，便于通过计算机实现全过程的自动测量。

在本实施例中，所述Vext电压可以采用稳压源输出提供，即在Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器的电压输出端加入一个稳压源，并设置稳压源的输出电压Vext略高于稳压器的实际输出电压Vout，读取稳压源的输出电流Iext，即为负载的实际消耗电流。

根据上述原理，下面结合两个具体的实施例来对此电路功耗测量方法作进一步详细地描述。

实施例一，参见图3所示，本实施例以手机内部的5百万像素的摄像头电路作为负载，来测量其在各路电源域的功耗。

如图3所示，在5百万像素的摄像头电路的供电电路中包括三路稳压器，其要求的供电电压(即标称输出电压)分别为2.8V、1.8V和1.2V。为了提高转换效率，其中的1.2V电压使用Buck型DC-DC稳压器转换输出提供，其余两路电压使用2路LDO稳压器转换输出提供。三路稳压器的输入电压均采用Vin电压，实际输出电压分别记为Vout1、Vout2、Vout3。

在摄像头电路的调试过程中，若需要得知当前三路电压域的工作电流，在电路不断电且PCB不做任何改变的情况下，首先通过万用表分别测量Vout1、Vout2、Vout3的实际电压值，比如得到：Vout1＝2.81V、Vout2＝1.78V、Vout3＝1.21V。把万用表挂接在稳压源的电压输出端，在本实施例中，所述的稳压源可以选用程控电源，比如安捷伦66319型通信电源或者66309型通信电源等。以66319型通信电源为例进行说明，调整安捷伦66319型通信电源的输出电压Vext并观察万用表的实际指示，当万用表的实际指示达到2.85V时，即Vext高于Vout1电压40mV时，把66319型通信电源的电压输出端通过探头挂接到2.8V的LDO稳压器的电压输出端，读取66319型通信电源的电流值Iext，即可计算出摄像头电路在2.8V电压域的功耗。

采用同样的方法调整安捷伦66319型通信电源的输出电压Vext，使其分别略高于Vout2、Vout3，即可测量出摄像头电路在1.8V和1.2V电压域的功耗。

采用断开0欧姆电阻串接入电流表的方式重新测量摄像头电路在Vout1、Vout2、Vout3下的实际功耗，并与上述方法获得的功耗作比较，二者误差在5％之内，足以满足测试需要。

需要注意的是，由于Buck型DC-DC稳压器的作用，Vout3的电流并不等于从Vin吸收的电流。若要获得Vout3实际从Vin吸收的电流，可先测量Vin的总电流，当在所述Buck型DC-DC稳压器的电压输出端加上66319型通信电源后，再测量Vin的总电流，两个总电流之差即为Vout3实际从Vin吸收的电流。

通过上述实施例，可以快速无损地测量出多路电源域的电流消耗情况，加快了手机研发速度，可实现异常功耗问题的快速确认。

实施例一为采用手动方式实现对5百万摄像头电路在各路电源域的功耗测量过程。对于一个复杂的手机系统，采用手动方式测量全部电源域的电流并不方便，也无法做到实时测量各路电源域的电流。

基于此，再提出一种采用自动方式测量电路功耗的操作方法，如实施例二所示。

实施例二，仍以手机内部的5百万像素的摄像头电路作为负载为例进行说明，参见图4所示。

将5百万像素的摄像头电路所需的2.8V、1.8V、1.2V供电电源分别从其所在印刷电路板(PCB)上通过测试点引出。所述测试点为预设在PCB板上的焊盘，各焊盘在印制PCB板时与各稳压器的电压输出端一一对应连通，即各焊盘的电压值即为三路稳压器的实际输出电压值。所述三路稳压器可以采用如同图3所示的三路稳压器设计实现，本实施例在此不再赘述。

将所述PCB板通过工装固定，工装上装有多个探针，通过多个探针分别与各测试点一一对应连接。每一个探针通过一条电缆连接到控制板。控制板上设置有开关电路(比如模拟开关电路)和控制电路。与探针连接的各条电缆分别与所述模拟开关电路的各路选通端一一对应连接；模拟开关电路的公共端连接到稳压源的电压输出端，本实施例仍以安捷伦66319型通信电源为例进行说明，所述安捷伦66319型通信电源通过信号线连接计算机，一方面接收计算机输出的电压设定值，另一方面将其输出电流Iext实时地反馈给计算机。模拟开关电路的控制端连接到控制电路上，所述控制电路通过信号线连接计算机，接收计算机发出的控制指令，进而生成相应的通道选择信号输出至开关电路，以控制开关电路将其公共端与相应的选通端连通，进而将安捷伦66319型通信电源的输出电压Vext通过探针作用于相应的测试点上。

在本实施例中，所述信号线可以采用GPIB总线实现，即通过GPIB总线实现计算机与66319型通信电源和控制电路的连接通信。当然，也可以采用其它总线形式连接，本实施例并不仅限于以上举例。

这样一来，调试人员只需坐在计算机旁，通过操作计算机选择需要测量的测试点，然后通过内部软件生成相应的控制指令发送给控制电路，以控制模拟开关电路选择切换至相应的通路，即将66319型通信电源的电压输出端与选择的测试点连通。然后，通过计算机输出66319型通信电源的输出电压设定值，控制66319型通信电源调整其输出电压Vext到达该设定值，然后便可以实时地读取到通过66319型通信电源反馈回来的当前输出电流Iext，并以此来获悉摄像头电路在相应电压域上的功耗。

采用实施例一所示测量方法读取到的稳压源输出电流值Iext为平均值，而采用实施例二所示测量方法读取到的稳压源的输出电流值Iext为实时的，因此，采用实施例二所示测量方法能够更加准确地获得多路供电电源的电流消耗情况，在实践中取得了较为理想的结果。

最后应该说明的是：本发明中提到的方法不仅适用于Buck型DC-DC稳压器或者LDO稳压器，对于Boost型DC-DC稳压器等内部采用负反馈原理实现稳压输出的稳压器同样适用。与此同时，该方法不仅适合在手机电路中使用，相关电子产品的设计、测试等工作亦可通过文中提及的方法实现对多路电流或者功耗的快速、准确、无损测量。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速测量电路功耗的方法，其中，待测电路中的供电电路采用稳压器进行设计，且所述稳压器内部采用负反馈原理实现稳压输出；其特征在于：在所述稳压器的电压输出端加入一路稳压源，设置所述稳压源的输出电压Vext的范围在Vo*(1+2％)至Vo*(1+5％)之间，或者在Vout*(1+1％)至Vout*(1+5％)之间，或者在Vout+30mV至Vout*(1+5％)之间；其中，Vo为与所述稳压源相连通的稳压器的标称输出电压；Vout为所述稳压器的实际输出电压；读取稳压源的输出电流Iext，代入公式P＝Vext*Iext，计算电路功耗。

2.根据权利要求1所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：所述稳压器为LDO稳压器、Buck型DC-DC稳压器或者Boost型DC-DC稳压器。

3.根据权利要求1或2所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：在测量电路功耗时，首先，用万用表测量出稳压器的实际输出电压Vout；尔后，将万用表挂接到稳压源的电压输出端，调整稳压源的输出电压Vext高于Vout；然后，将稳压源的电压输出端通过探头挂接到稳压器的电压输出端，读取稳压源稳定后的输出电流Iext，代入公式P＝Vext*Iext，计算出电路功耗。

4.根据权利要求3所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：所述稳压器包括一路或者多路，当包括多路稳压器时，采用稳压源对各路稳压器逐一进行作用，进而计算出各待测电路在与之连接的稳压器的电压域上的功耗。

5.根据权利要求1或2所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：所述稳压源为程控电源，通过信号线连接计算机，根据计算机输出的设定值调整稳压源的输出电压Vext达到该设定值上，进而通过探针将稳压源的输出电压Vext作用于相应的测试点上，稳压源将其输出电流Iext值实时地通过信号线反馈给计算机。

6.根据权利要求5所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：所述测试点为预设在待测电路所在PCB板上的焊盘，各焊盘在印制PCB板时与各稳压器的电压输出端一一对应连通。

7.根据权利要求6所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：在测量电路功耗时，首先将待测电路所在的PCB板通过工装固定，工装上装有与各测试点相连接的探针，将每一个探针均通过一条电缆连接到控制板上，在控制板上设置开关电路和控制电路，并将开关电路的各路选通端分别与各条所述的电缆一一对应连接上，开关电路的公共端连接到稳压源的电压输出端，开关电路的控制端连接到控制电路上；所述控制电路通过信号线连接计算机，接收计算机发出的控制指令，进而生成相应的通道选择信号输出至开关电路，控制开关电路将其公共端与相应的选通端连通，进而将稳压源的输出电压Vext通过探针作用于相应的测试点上。

8.根据权利要求7所述的快速测量电路功耗的方法，其特征在于：所述稳压源与控制电路通过GPIB总线连接所述的计算机，与计算机进行通信。

Images