CN111351983A - 功耗测量系统及其方法 - Google Patents

Abstract

提供了功耗测量系统及其方法。所提供的功耗测量系统，包括开关、具有指定阻值的电阻与电源管理集成电路；开关的输入端耦合到为电子设备提供电力的引脚；开关的输出端耦合到所述电源管理集成电路的电源输入引脚；所述电源管理集成电路还耦合到所述开关的控制端；所述电源管理集成电路还耦合到所述电源输入引脚，以获得所述开关的输入端的第一电压与所述电源输入引脚的第二电压。

Description

功耗测量系统及其方法

技术领域

本申请涉及功耗测量系统，更具体地，涉及用于电子设备的功耗测量系统。

背景技术

图1展示了存储设备的框图。存储设备102同主机相耦合，用于为主机提供存储能力。主机同存储设备102之间可通过多种方式相耦合，耦合方式包括但不限于通过例如SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)、SCSI(Small ComputerSystem Interface，小型计算机系统接口)、SAS(Serial Attached SCSI，串行连接SCSI)、IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱动器电子)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、PCIE(Peripheral Component Interconnect Express,PCIe，高速外围组件互联)、NVMe(NVM Express，高速非易失存储)、以太网、光纤通道、无线通信网络等连接主机与存储设备102。主机可以是能够通过上述方式同存储设备相通信的信息处理设备，例如，个人计算机、平板电脑、服务器、便携式计算机、网络交换机、路由器、蜂窝电话、个人数字助理等。存储设备102包括接口103、控制部件104、一个或多个NVM芯片105以及DRAM(DynamicRandom Access Memory，动态随机访问存储器)110。

NAND闪存、相变存储器、FeRAM(Ferroelectric RAM，铁电存储器)、MRAM(MagneticRandom Access Memory，磁阻存储器)、RRAM(Resistive Random Access Memory，阻变存储器)等是常见的NVM。

接口103可适配于通过例如SATA、IDE、USB、PCIE、NVMe、SAS、以太网、光纤通道等方式与主机交换数据。

控制部件104用于控制在接口103、NVM芯片105以及DRAM 110之间的数据传输，还用于存储管理、主机逻辑地址到闪存物理地址映射、擦除均衡、坏块管理等。控制部件104可通过软件、硬件、固件或其组合的多种方式实现，例如，控制部件104可以是FPGA(Field-programmable gate array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，应用专用集成电路)或者其组合的形式。控制部件104也可以包括处理器或者控制器，在处理器或控制器中执行软件来操纵控制部件104的硬件来处理IO(Input/Output)命令。控制部件104还可以耦合到DRAM 110，并可访问DRAM 110的数据。在DRAM可存储FTL表和/或缓存的IO命令的数据。

控制部件104包括闪存接口控制器(或称为介质接口控制器、闪存通道控制器)，闪存接口控制器耦合到NVM芯片105，并以遵循NVM芯片105的接口协议的方式向NVM芯片105发出命令，以操作NVM芯片105，并接收从NVM芯片105输出的命令执行结果。已知的NVM芯片接口协议包括“Toggle”、“ONFI”等。

存储设备还包括电源管理装置，用于为存储设备的各个部件提供电力。在中国专利申请201210258780.0与201510347811.3中展示了存储设备的供电电路，作为电源管理装置的例子。

图2展示了作为集成电路的电源管理装置。图2展示的电源管理集成电路的Vin引脚接收外部供电，并通过SW引脚提供例如3.3V的电力，通过FB引脚接收对供电电压的反馈信号，以自适应地调节SW引脚的输出电压使输出电压稳定在指定值(例如，3.3V)，图2展示的电源管理集成电路的PG信号指示当前供电是否正常。

图3展示了另一种电源管理集成电路。图3展示的电源集成电路的Vin引脚接收外部供电，包括多路电源输出(Vout1与Vout2)。以一路电源输出Vout1为例，电源管理集成电路的LX1引脚提供电力，而通过FB1引脚接收对LX1引脚提供的供电电压的反馈信号，以自适应地调节LX1引脚的输出电压。图3展示的电源管理集成电路还包括控制器(未示出)，控制器可被编程来执行多种程序，以控制GPIO引脚(通用输入输出引脚)，以及控制各路电源输出的开启/切断及其时机。图3展示的电源管理集成电路还包括一个或多个数字模拟转换器/模拟数字转换器，控制器通过模拟数字转换器/数字模拟转换器采集或监控外部信号，例如，采集Vin引脚上的电压/电流值，以计算功率，或者采集环境温度等。控制器还通过串口(UART)、I2C等接口同外部设备通信。

发明内容

需要利用电源管理集成电路测量电子设备的功耗。在采用电源管理集成电路的电子设备中，电源管理集成电路的输入功率，即为电子设备的功率。而电源管理集成电路的输入功率，可通过Vin引脚(以图3为例)的电压乘以耦合到Vin引脚的引线的电流和来得到。电源管理集成电路能够容易地得到Vin引脚的电压，却难以得到耦合到Vin引脚的引线的电流和，因而往往需要在Vin引脚前附加电流测量装置，这样将引入额外的成本与复杂度。

根据本申请的实施例，提供了利用电源管理集成电路高精度的测量其输入功耗的方案，并且不使用附加的电流测量装置，在保证功率测量精度的前提下，有效控制了电子设备的成本与复杂度。

根据本申请的第一方面，提供了根据本申请的第一方面的第一功耗测量电路，包括开关、具有指定阻值的电阻与电源管理集成电路；开关的输入端耦合到为电子设备提供电力的引脚；开关的输出端耦合到所述电源管理集成电路的电源输入引脚；所述电源管理集成电路还耦合到所述开关的控制端；所述电源管理集成电路还耦合到所述电源输入引脚，以获得所述开关的输入端的第一电压与所述电源输入引脚的第二电压。

根据本申请的第一方面的第一功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第二功耗测量电路，还包括临近于所述开关而设置的温度传感器，所述电源管理集成电路耦合到所述温度传感器以获得所述开关处的温度。

根据本申请的第一方面的第二功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第三功耗测量电路，还包括控制部件，所述控制部件耦合到所述电源管理集成电路以获取所述电源管理集成电路采集的第一电压、第二电压与所述温度。

根据本申请的第一方面的第一至第三功耗测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第四功耗测量电路，还包括具有所述为电子设备提供电力的引脚接口。

根据本申请的第一方面的第四功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第五功耗测量电路，还包括：扩展卡，所述扩展卡耦合所述接口，以及向所述为电子设备提供电路的引脚提供电力；

所述扩展卡包括电源测量单元，以测量所述扩展卡向所述为电子设备提供电路的引脚提供电力的电流，其中所述为电子设备提供电力的引脚提供电力的电流等于流经所述开关的输入端的电流。

根据本申请的第一方面的第五功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第六功耗测量电路，其中所述扩展卡包括第一接口与第二接口，所述第一接口耦合所述接口，所述第二接口耦合计算机或服务器的接口。

根据本申请的第一方面的第六功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第七功耗测量电路，其中所述计算机或所述服务器位于制造所述电子设备的生产线。

根据本申请的第一方面的第五功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第八功耗测量电路，所述控制器从所述电流测量单元获取电流值。

根据本申请的第一方面的第一功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第九功耗测量电路，其中所述电源管理集成电路还包括模拟数字转换器，所述模拟数字转换器耦合到所述开关的输入端与所述电源管理集成电路的电源输入引脚，以获得所述开关的输入端的第一电压与所述电源输入引脚的第二电压。

根据本申请的第一方面的第一功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第十功耗测量电路，其中所述开关包括一个或两个MOSFET，所述开关的控制端是所述MOSFET的栅极。

根据本申请的第一方面的第一至第十功耗测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十一功耗测量电路，其中所述电源管理集成电路还耦合到所述电子设备的控制部件，并为控制部件提供电力。

根据本申请的第一方面的第十一功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第十二功耗测量电路，其中所述电子设备还包括NVM芯片与DRAM，所述电源管理集成电路还耦合到所述NVM芯片与所述DRAM，并为所述NVM芯片与所述DRAM提供电力。

根据本申请的第一方面的第一至第十二功耗测量电路之一，提供了根据本申请的第一方面的第十三功耗测量电路，还包括电阻；所述开关的输出端耦合到所述电阻的第一端，所述电阻的第二端耦合到所述电源管理集成电路的电源输入引脚。

根据本申请的第一方面的第十三功耗测量电路，提供了根据本申请的第一方面的第十四功耗测量电路，其中所述电阻具有阻值R。

根据本申请的第二方面，提供了根据本申请第二方面的第一功耗测量方法，包括；获取开关的输入端的第一电压；获取电源输入引脚的第二电压；根据第一电压与第二电压的差得到流经所述开关的电流；根据第一电压与所述电流得到经所述开关而传输的功耗。

根据本申请第二方面的第一功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第二功耗测量方法，其中，电源输入引脚耦合到电阻的第二端，所述电阻的第一端同所述开关的输出端耦合。

根据本申请第二方面的第一或第二功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第三功耗测量方法，还包括：获取所记录的所述开关的导通电阻RDSon(T0)，以根据第一电压与第二电压的差除以所述导通电阻RDSon(T0)得到所述电流，其中RDSon(T0)指示温度T0时导通电阻的阻值是RDSon(T0)。

根据本申请第二方面的第一或第二功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第四功耗测量方法，还包括：获取所记录的所述开关的导通电阻RDSon(T0)，以根据第一电压与第二电压的差除以所述导通电阻RDSon(T0)*2得到所述电流，其中RDSon(T0)指示温度T0时导通电阻的阻值是RDSon(T0)，以及所述开关包括两个MOSFET。

根据本申请第二方面的第三或第四功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第五功耗测量方法，还包括：获取第一温度(Tt)，根据RDSon(Tt)＝RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k)得到在第一温度(Tt)下所述开关的导通电阻的阻值为RD Son(Tt)，其中k为具有指定值的系数。

根据本申请第二方面的第五功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第六功耗测量方法，还包括：根据第一温度(Tt)得到所述开关的结温(Tj)，以及根据RDSon(Tj)＝RDson(T0)*(1+(Tj-T0)*k)得到在结温(Tj)下所述开关的导通电阻的阻值为RD Son(Tj)，其中k为具有指定值的系数。

根据本申请第二方面的第六功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第七功耗测量方法，根据权利要求6所述的方法，其中在电子设备中预先记录结温Tj与第一温度Tt的对应表；所述开关控制通过所述电子设备的接口对所述电子设备的供电；以及所述电源输入引脚是所述电子设备的电源管理集成电路的电源输入引脚。

根据本申请第二方面的第二至第七功耗测量方法之一，提供了根据本申请第二方面的第八功耗测量方法，还包括：获取所记录的所述开关的导通电阻的阻值RDSon(T0)以及所述电阻的阻值R，以根据第一电压与第二电压的差除以电阻R0(T0)得到所述电流，其中RDSon(T0)指示温度T0时导通电阻的阻值是RDSon(T0)，R0＝RDSon(T0)+R。

根据本申请第二方面的第一至第八功耗测量方法之一，提供了根据本申请第二方面的第九功耗测量方法，还包括：通过扩展卡向所述开关的输入端供电；在扩展卡上测量向所述开关供电的第二电流；在电子设备上获取所述开关的输入端的第三电压；获取电源输入引脚的第四电压；根据第三电压与第四电压的差除以所述第二电流得到从所述开关的输入端到电源输入引脚间的电阻R0。

根据本申请第二方面的第九功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第十功耗测量方法，其中所述扩展卡通过接口耦合到所述电子设备；以及所述扩展卡是外部于所述电子设备的设备。

根据本申请第二方面的第九或第十功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第十一功耗测量方法，其中从所述开关的输入端到电源输入引脚间的电阻R0是所述开关的导通电阻RDSon。

根据本申请第二方面的第九或第十功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第十二功耗测量方法，其中从所述开关的输入端到电源输入引脚间的电阻R0是所述开关的导通电阻RDSon的2倍。

根据本申请第二方面的第九或第十功耗测量方法，提供了根据本申请第二方面的第十三功耗测量方法，其中从所述开关的输入端到电源输入引脚间的电阻R0是所述开关的导通电阻RDSon的2倍与电阻R的和。

根据本申请第二方面的第九至第十三功耗测量方法之一，提供了根据本申请第二方面的第十四功耗测量方法，还包括：将电阻R0记录在所述电子设备中；以及将得到电阻R0时的温度T0记录在所述电阻设备中，得到RDSon(T0)和/或R0(T0)。

根据本申请第二方面的第一至第十四功耗测量方法之一，提供了根据本申请第二方面的第十五功耗测量方法，还包括：对多个所述功率求平均值得到所述功率的统计值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中存储设备的示意图；

图2展示了作为集成电路的电源管理装置；

图3展示了另一种电源管理集成电路；以及

图4展示了根据本申请实施例的电子设备的示意图；以及

图5展示了根据本申请实施例的功耗测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图4展示了根据本申请实施例的电子设备的示意图。在电子设备中布置电源管理集成电路410。电源管理集成电路410用于为电子设备的各个部件提供电路。作为举例，电子设备包括控制部件、一个或多个NVM芯片420、一个或多个DRAM 430与接口450等。接口450用于将电子设备耦合到计算机、服务器或其他设备。电子设备通过接口450获得电力。

可选地，电源管理集成电路410还包括一个或多个数字模拟转换器/模拟数字转换器，控制器通过模拟数字转换器/数字模拟转换器采集或监控外部信号，例如，采集Vin引脚上的电压/电流值，以计算功率，或者采集环境温度等。

电源管理集成电路410包括多个电源输入引脚(Vin1与Vin2)，与多个输出电力的供电通道(CH1、CH2、……CH4)。作为举例，电源输入引脚(Vin2)耦合到电子设备接口450，从而获取从接口450为电子设备提供的电力。在图4的例子中，从接口450提供的电力是12V。从接口450提供的电力通过开关460耦合到电源输入引脚Vin2。为了清楚地目的，图4中，电源输入引脚Vin1未被使用。可选地，还将接口450提供的电力通过变压电路产生其他电压值的电力并耦合到电源输入引脚Vin2。依然可选地，接口450提供两路或更多路电力，分别耦合到电源管理集成电路的各电源输入引脚。依然作为举例，在电子设备是采用U.2标准接口的存储设备时，电源管理集成电路410从接口450获取单一的12V电力；在电子设备是采用M.2标准接口的存储设备时，电源管理集成电路410从接口450获取单一的3.3V电力。

作为举例，开关460是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。电源管理集成电路410的Vin2_EN引脚连接到开关460的控制端，以控制开关460的断开或导通。

电子设备的各部件(例如控制部件、NVM芯片420、DRAM 430等)各自需要一个或多个电力供应。NVM芯片420需要被提供用于存储单元阵列的电力(记为V1)，用于IO接口的电力(记为Vp)，以及可选地附加电力(记为Vpp)。DRAM 430需要被提供用于存储单元阵列的电力(记为V1)，用于IO接口的电力(记为Vp)，以及可选地附加电力(记为Vpp)。控制部件需要被提供用于核心电路的电力(记为VDD)，用于耦合NVM芯片420的IO接口的电力，以及用于耦合DRAM430的IO接口的电力，以及可选地用于其GPIO引脚的电力。

电源管理集成电路410的各供电通道被例如通过编程来设置输出电压的规格，并耦合到各自的部件的电力供应引脚。参看图4，电源管理集成电路410的供电通道CH1用于为控制部件104提供用于核心电路的电力(VDD)。供电通道CH2用于为控制部件提供用于其GPIO引脚的电力。供电通道CH3用于为NVM芯片420提供用于存储单元阵列的电力(V1)。供电通道CH4用于为DRAM 430提供用于存储单元阵列的电力(V1)。可选地，电源管理集成电路410还包括附加的供电通道，用于为例如存储电子的备用电源的充电提供电力。可以理解地，电源管理电路410的各供电通道与存储设备的各部件的耦合方式可以改变，例如用供电通道CH1用于为控制部件提供用于其GPIO引脚的电力，而用供电通道CH2用于为控制部件提供用于核心电路的电力(VDD)。

将接口450的向电源管理集成电路410提供电力的引脚称为Vin。引脚Vin提供的电力被耦合到开关460的输入端，而开关460的输出端被耦合到电源管理单元410的电源输入引脚Vin2。电源管理集成电路410还包括模拟数字转换器(ADC，Analog-DigitalConverter)412，用于采集引脚Vin的电压(记为V1)以及电源输入引脚Vin2的电压(记为V2)，从而△V＝V1-V2得到在开关460上的电压降。ADC412采集的电压具有相对高的精度。

开关460在导通时的电阻称为导通电阻(记为RDSon)。由于导通电阻RDSon的存在，在开关460导通时，流经其的电流使得在开关460的输入端与输出端形成电压降(△V＝V1-V2)。而对于指定的开关460在指定的条件(例如温度)下，其RDSon是已知的，从而根据△V/RDSon得到通过开关460提供给电源管理集成电路410的电流I，以及根据I*V1得到通过接口450提供给电子设备的功耗。

在可选的实施例中，开关460包括串联的两个MOSFET。每个MOSFET具有相同或不同的导通电阻RDSon。以构成开关460的两个MOSFET具有相同的导通电阻为例，通过开关460提供给电源管理集成电路410的电流I＝△V/(2*RDSon)。

然而，随着电子设备被大规模生产，发明人注意到开关460的导通电阻RDSon的一致性与波动性影响了用上述方式测量电子设备功耗的精度。开关460的导通电阻RDSon的数值在几毫欧～几十毫欧，而在大批量的多个开关460中，其导通电阻RDSon的数值的差异可达到其阻值的40％(体现了一致性)，并且导通电阻RDSon的数值随着温度也有较明显变化(体现了波动性)。这影响了功耗测量的精度。

继续参看图4，根据本申请的实施例，可选地，在开关460与电源输入引脚Vin2之间，串接具有已知阻值的电阻462(记为电阻R 462，R也代表了其阻值)。电阻R 462的阻值具有相对高的一致性，相对于开关460的导通电阻RDSon。选择电阻R 462的阻值为开关460的导通电阻RDSon的若干倍，例如3倍。通过串联开关460与电阻R 462，使得从引脚Vin到电源输入引脚Vin2的通路上的电阻变为RDSon+R，由于电阻R具有较好的一致性，使得电阻RDSon+R相对于电阻RDSon，具有更高的一致性，从而降低了因电阻RDSon的一致性不佳给功率测量精度带来的负面影响。另一方面，电阻R462位于电子设备的供电通路上，其上流过了较大的电流，也不选择阻值更大的电阻R 462，以降低电阻R 462对电能的消耗。

从而，模拟数字转换器(ADC，Analog-Digital Converter)412采集引脚Vin的电压(记为V1)以及电源输入引脚Vin2的电压(记为V2)，从而△V＝V1-V2得到在串联的开关460与电阻R 462上的电压降。而将串联的开关460与电阻R 462的组织记为R0＝RDSon+R，以及根据△V/R0得到通过开关460提供给电源管理集成电路410的电流I，以及根据I*V1得到通过接口450提供给电子设备的功耗。由于电阻R0相对于开关460的导通电阻RDSon的一致性与波动性更好，这样测量出的功耗具有更好的精度。

进一步地，努力消除开关460的导通电阻RDSon的一致性带来的影响。根据本申请的实施例，还提供扩展卡480，用于在生产过程中测量所生产的每个电子设备的开关460的导通电阻RDSon。扩展卡480包括MCU(微控制器，Micro-Controller Unit)与电源测量单元484。扩展卡480也包括接口(未示出)用于桥接接口450与接口450所本应连接的计算机、服务器或其他电子设备的接口(记为接口486)。电源测量单元484是例如电流计INA219(从http://www.ti.com.cn/product/cn/INA219/technicaldocuments可获得电流计INA219)。

接口486提供的电力通过电源测量单元484被提供到接口450，并进而被提供到开关460的输入端。承载电源管理集成电路410与接口450的电子设备不包括扩展卡480。扩展卡480在例如生产电子设备的生产线上被连接到接口450与接口486以测量开关460的RDSon。从而单一的扩展卡480能够服务于多个所生产的电子设备。因而在扩展卡480上设置电源测量单元484而不会显著增加电子设备的总体获得成本。

可以理解地，除了在生产线上使用扩展卡480，在电子设备的研发过程中，也可以使用扩展卡480来测量电子设备的功耗。以及扩展卡480桥接了接口450与接口486，并得以获得在接口480上传输的所有其他信号。

在生产线上，扩展卡480耦合接口486，以及对每个被制造出来的电子设备，将电子设备的接口450耦合到扩展卡480。扩展卡480将来自接口486的电力通过接口450提供给电子设备，以使得电子设备工作。扩展卡480的MCU 482读出电源测量单元484所测量到的电流，该电流也是扩展卡提供给接口450的供电电流，也即流经开关460的电流(记为I0)。可选地，扩展卡480被耦合到测试用计算机，测试用计算机从MCU 482或电源测量单元484获得电流测量值(I0)。由于是串联关系，电流I0也为开关460导通时流经开关460的电流值。

依然在生产线上，在通过电源测量单元484获得电流测量值I0的同时(或临近时刻，记为t0时刻)，电子设备的电源管理集成电路410采集引脚Vin的电压(记为V1)，以及电源输入引脚Vin2的电压(记为V2)，从而△V＝V1-V2得到在串联的开关460与电阻R 462上的电压降。进而，根据I0＝△V/R0得到开关460的导通电阻RDSon，其中R0＝RDSon+R，R为电阻462的阻值。将得到的开关460的导通电阻的阻值RDSon记录在电子设备中，从而在离开生产线后，电子设备工作过程中，根据V1*△V/R0＝V1*△V/(RDSon+R)得到电子设备的功率。

依然可选地，在生产线上扩展卡480可能存在测量开关460的导通电阻失败的情况，在此情况下在电子设备中记录开关460的导通电阻RDSon的默认值，例如14毫欧。依然可选地，扩展卡480也适用于电子设备不包括电阻R462的情形，从而根据测量的电流值I0＝△V/RDSon，得到开关460的导通电阻。

依然进一步地，电子设备上还设置有温度传感器464，用于测量所在位置的温度。电源管理集成电路410还采集温度传感器464测量的温度值(记为T)。

在t0时刻(或临近时刻)，电源管理集成电路410获得温度传感器464采集到的温度值(记为T0)。从而将根据I0(T0)＝△V/R0(T0)得到的开关460的导通电阻记为RDSon(T0)，其为在温度T0下的导通电阻的阻值，其中I0(T0)是在温度T0下测量的电流I0，R0(T0)＝R(T0)+RDSon(T0),R0(T0)是在温度T0下导通电阻RDSon与电阻R462串联的阻值。可选地，认为电阻R462的阻值在电子设备的工作温度范围内基本不变化，从而R＝R(T0)，以及R0(T0)＝R+RDSon(T0)。

将温度传感器464设置为紧邻开关460，以使得温度传感器464测量的温度T0尽量接近开关460的温度或MSOFET的结(Junction)温(记为Tj)。

可以理解地，由于温度传感器464与开关460各自具有体积，使得温度传感器464与开关460存在空间上的距离(记为L)，L存在使得开关460的结温Tj不同于温度传感器464采集的温度T。然而，由于温度传感器464被紧邻开关460放置，从而距离L的数值不大，使得温度传感器464测量的温度T同开关460的结温Tj差距较小，用温度T替代结温Tj不会对功率测量引入过大的误差。依然进一步地，结温Tj与温度传感器464测量的温度T的差异还依赖于从开关460的结(Junction)到温度传感器464的热阻(记为Rth)与开关460的结所消耗的功耗。热阻Rth与距离L有关。由于距离L较小，因而热阻Rth的数值也较小(约5～10)。开关460的结的功耗来源于电流I0流经开关460的导通电阻RDSon所产生的热，而导通电阻RDSon的数值较小(若干毫欧)，电流I0的数值在1安培左右或不超过10安培。这使得由从开关460的结(Junction)到温度传感器464的热阻(记为Rth)与开关460的结所消耗的功耗带来的结温Tj与温度传感器464测量的温度T的差异不大(约0.006～0.18摄氏度)。作为对照，电子设备工作状态下，温度传感器测量的温度T的取值约为20-80摄氏度。从而在根据本申请的一个实施例中，在测量电子设备的功耗中，可忽略结温Tj与温度传感器464测量的温度T的差异。

在生产线上，t0时刻，测量得到温度传感器的温度T0，以及开关460的导通电阻阻值为RDSon(T0)。将T0与RDSon(T0)相关联地记录在电路设备中。在离开生产线后，电子设备工作过程中，测量电压V1与△V时(tt时刻)，一并得到温度传感器提供的温度Tt，而在温度Tt条件下电阻R0的阻值R0(Tt)＝f(R0(T0),Tt-T0)，其中R0(T0)是在生产线上测量出来的温度T0条件下，开关460的导通电阻RDson与电阻R462串联电阻R0的阻值，而f(R0(T0),Tt-T0)则是已知的电阻R0随温度变化的函数。从而根据V1*△V/R0＝V1*△V/(RDSon+R)得到电子设备在tt时刻的功耗为V1*△V/f(R0(T0),Tt-T0)。

作为另一个例子，用经验公式简化R0(Tt)＝f(R0(T0),Tt-T0)。电子设备的通常工作温度为25-120摄氏度。在该温度范围内，R0(Tt)＝RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k)+R，其中k取0.001～0.01，R是电阻462的阻值，例如，k＝0.00437。从而得到电子设备在tt时刻的功耗为V1*△V/(RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k)+R)。可选地，在电子设备中不包括电阻R 462的情况下，电子设备在tt时刻的功耗为V1*△V/(RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k))。可选地，在电子设备中不包括电阻R 462，且开关460包括两个MOSFET的情况下，电子设备在tt时刻的功耗为V1*△V/(2*RDson(T0)*(1+(Tt-T0)*k))。

依然进一步地，考虑结温Tj与温度传感器464测量的温度T的差异。在电子设备中记录反应结温Tj与温度传感器464测量的温度T的关系的表。例如，表包括多个条目，每个条目记录了温度T的取值之一所对应的结温Tj。作为又一个例子，表的每个条目记录了温度T的取值之一，在电子设备具有指定功率时所对应的结温Tj。表中指定的功率可被分为若干级别，从而缩小指定功率的取值范围，以缩小表的条目数量。在离开生产线后，电子设备工作过程中，还将公式V1*△V/f(R0(T0),Tt-T0)中的Tt，替换为Tj＝F(Tt)，F代表了查表得到的温度Tt与结温Tj的对应关系。在实验中获得记录了温度Tt与结温Tj的对应关系的表，并记录在电子设备中。作为举例，在电子设备的研发完成后，针对电子设备的样品，在多种温度与功耗级别下，测量温度Tt与节温Tj，以得到记录了温度Tt与结温Tj的对应关系的表。所得到的表，适用于生产线上制造的所有同款电子设备。

综上所述，根据本申请的实施例，电源管理集成电路410测量得到引脚Vin的电压V1、电源引脚Vin2上的电压V2，得到开关460与串联的电阻R上的电压降△V＝V1-V2，从而可知流经开关460的电流I＝△V/R0，其中R0＝(RDSon+R)。以及在生产线上通过获得温度T0时R0的值R0(T0)，并在生产线上记录在电子设备中。在电子设备工作过程中，电源集成管理单元测量得到引脚Vin的电压V1、电源引脚Vin2上的电压V2与温度传感器464提供的当前温度Tt。从而根据已知的R0的值随温度变化的情况，得到温度Tt时电阻R0的值R0(Tt)。并通过V1*△V/R0(Tt)得到电子设备的瞬时功耗。

依然进一步地，对测量的电子设备的多个瞬时功耗进行滤波或取平均值，而得到在指定时间段(例如1毫秒)内的电子设备的功耗。

依然可以理解的，电源管理集成电路410测量得到引脚Vin的电压V1、电源引脚Vin2上的电压V2与温度传感器464提供的当前温度Tt。而电阻R 462、开关460的导通电阻RDSon在温度T0时的阻值的和R0(T0)被记录在电子设备或电源管理集成电路410中。R0(Tt)与R0(T0)的关系也被记录在电子设备或电源管理集成电路410中。而根据这些参数计算电子设备的功耗的过程则是简单的，由硬件计算单元、功耗管理集成电路410自身或者电子设备的控制部件都可实施。

图5展示了根据本申请实施例的功耗测量方法的流程图。

在部署了根据本申请实施例的功耗测量系统的电子设备的研发基本完成后，例如在硬件设计完成并得到实物样品后，在实验室中测量电子设备的温度传感器(也参看图4，温度传感器464)采集的温度Ts与开关460的结温(Tj)的关系(510)，并得到反应结温Tj与温度传感器464测量的温度Ts的关系的表。例如，表包括多个条目，每个条目记录了温度T的取值之一所对应的结温Tj。作为又一个例子，表的每个条目记录了温度T的取值之一，在电子设备具有指定功率时所对应的结温Tj。表中指定的功率可被分为若干级别，从而缩小指定功率的取值范围，以缩小表的条目数量。

步骤510是可选地，因为温度传感器464被设置在开关460附近，从而在电子设备工作条件下(功率、温度范围)，温度传感器采集的Ts与开关460的结温差距不大。

在生产线上制造电子设备的过程中，对每个制造出的电子设备测量其开关460的导通电阻RDSon的阻值RDSon(T0)(520)，以及测量时的温度T0，温度T0是例如由温度传感器464采集的温度。例如，通过使用图4展示的扩展卡480测量流经开关460的电流值，通过电源管理集成电路410得到电流经过开关460引起的电压降，而得到开关460的导通电阻RDSon(T0)。可选地，电阻R 462同开关460串联，在测量导通电阻RDSon(T0)还考虑电阻R 462带来的影响，例如，从测量值中减去电阻R 462的阻值得到RDSon(T0)。

在生产线上制造电子设备的过程中，将测量得到的温度T0时导通电阻RDSon(T0)、同开关460串联的电阻(电阻R 462)的阻值R与温度T0相关联地记录在电子设备的非易失存储器中(530)。可选地，在生产线上，也将步骤510中得到的表记录在电子设备中。从而在生产线上制造出的各个电子设备，具有相同的来自步骤510的表，以及各电子设备各自具有根据自己测量得到的温度T0时刻的开关460的导通电阻RDSon(T0)。

脱离了生产线后，电子设备工作期间，采集通过接口450输入给电子设备的供电电压(V1)，在开关460两端的电压降(或开关460与串联的电阻462两端的电压降)△V，以及当前的温度Tt(540)，用于计算功耗。采集供电电压V1、电压降△V和/或当前温度Tt可由电源管理集成电路的模拟数字转换器获取，或通过总线读取。

根据获得的供电电压V1、电压降△V和/或当前温度Tt，以及已被记录在电子设备中的温度T0时开关460的导通电阻RDSon(T0)、电阻R 462的阻值与可选地反应开关460的结温Tj与温度传感器464测量的温度Ts的关系的表，计算电子设备的功耗(550)。例如，根据P＝V1*I＝V1*(△V/(RDSon(T0)*(1+(Tt-T0)*k))(公式(1))，或者P＝V1*(△V/(RDSon(T0)*(1+(Tt-T0)*k)+R)(公式(2))获得电子设备的功耗。公式(1)用于不包括电阻R 462的电子设备，而公式(2)用于包括电阻R的电子设备。若电子设备中记录了反应开关460的结温Tj与温度传感器464测量的温度Ts的关系的表，还将上述公式(1)与(2)中Tt和/或T0，用表中得到的Tj替代。

依然可选地，根据上述实施例所展示的原理，所属领域技术人员将得到对上述功耗计算公式的必要调整，以同电子设备的具体配置相适应。例如，电子设备的开关460包括两个MOSFET时，将公式中的RDSon(T0)调整为RDSon(T0)*2。

进一步地，周期性地获得供电电压V1、电压降△V和/或当前温度Tt，并计算功耗。

虽然当前申请参考的示例被描述，其只是为了解释的目的而不是对本申请的限制，对实施方式的改变，增加和/或删除可以被做出而不脱离本申请的范围。

这些实施方式所涉及的、从上面描述和相关联的附图中呈现的教导获益的领域中的技术人员将认识到这里记载的本申请的很多修改和其他实施方式。因此，应该理解，本申请不限于公开的具体实施方式，旨在将修改和其他实施方式包括在所附权利要求书的范围内。尽管在这里采用了特定的术语，但是仅在一般意义和描述意义上使用它们并且不是为了限制的目的而使用。

Claims (10)

1.功耗测量系统，包括开关、具有指定阻值的电阻与电源管理集成电路；

开关的输入端耦合到为电子设备提供电力的引脚；

开关的输出端耦合到所述电源管理集成电路的电源输入引脚；

所述电源管理集成电路还耦合到所述开关的控制端；

所述电源管理集成电路还耦合到所述电源输入引脚，以获得所述开关的输入端的第一电压与

所述电源输入引脚的第二电压。

2.根据权利要求1所述的功耗测量系统，还包括临近于所述开关而设置的温度传感器，所述电源管理集成电路耦合到所述温度传感器以获得所述开关处的温度。

3.根据权利要求2所述的功耗测量系统，还包括控制部件，所述控制部件耦合到所述电源管理集成电路以获取所述电源管理集成电路采集的第一电压、第二电压与所述温度。

4.根据权利要求1-3之一所述的功耗测量系统，还包括具有所述为电子设备提供电力的引脚接口。

5.根据权利要求4所述的功耗测量系统，还包括：扩展卡，

所述扩展卡耦合所述接口，以及向所述为电子设备提供电路的引脚提供电力；

所述扩展卡包括电源测量单元，以测量所述扩展卡向所述为电子设备提供电路的引脚提供电力的电流，其中所述为电子设备提供电力的引脚提供电力的电流等于流经所述开关的输入端的电流。

6.根据权利要求5所述的功耗测量系统，其中

所述扩展卡包括第一接口与第二接口，所述第一接口耦合所述接口，所述第二接口耦合计算机或服务器的接口。

7.根据权利要求6所述的功耗测量系统，其中

所述计算机或所述服务器位于制造所述电子设备的生产线。

8.根据权利要求1所述的功耗测量系统，其中

所述开关包括一个或两个MOSFET，所述开关的控制端是所述MOSFET的栅极。

9.根据权利要求1-8之一所述的功耗测量系统，其中

所述电源管理集成电路还耦合到所述电子设备的控制部件，并为控制部件提供电力。

10.一种功耗测量方法，包括；

获取开关的输入端的第一电压；

获取电源输入引脚的第二电压；

根据第一电压与第二电压的差得到流经所述开关的电流；

根据第一电压与所述电流得到经所述开关而传输的功耗。

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