POINT
1

電池寿命測定方法

POINT
2

スリープ対策のテクニック10個

POINT
3

製品品質チェック

IoT時代における新しい省電力測定ツール―PowerHunter

電池持ち時間の推定、長時間電流、電圧測定、製品品質チェック

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従来の電流測定方法

テスター
  - メリット:使いやすい
  - デメリット:瞬間値見えない
オシロスコープ + シャント
  - メリット:電流の変化がはっきり見える
  - デメリット1:ハードウェア構成は複雑
  - デメリット2:長期記録できない 

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PowerHunterのコンセプト

対象基盤の動作電流パターンを明確にできる
  - バグの早期発見
  - ファームウェア開発効率が上がる
電池寿命の測定ができる
  - 製品スペックの信ぴょう性が上がる
長時間、継続測定できる
  - 1週間以上、1ms間隔連続測定
  - 製品品質チェックができる 

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製品品質の判断基準へ

基準の要素:
  - 電池持ち時間
  - 平均消費電流
  - スリープ時の電流値
  - スリープ時のノイズ
  - 消費電流パターン 

※消費電流パターン=消費電流値+動作時間

電池の持ち時間の推定方法
PowerHunterは1ms間隔、連続で電流情報を収集します。収集した電流情報を基づき、電池の持ち時間を計算を行います。
PowerHunterが電池持ち時間を計算する方法に関して、下記のビデオをご覧ください。


一般的に、電池の寿命は時間当たりのミリアンペア単位の電流定格に基づき計算され、mAhと略されます。 アンペアは負荷に向かって流れる電流を測定するために使用される電気的単位です。 電池寿命または容量は、電池の入力電流定格と回路への負荷電流から計算できます。 電池寿命は負荷電流が少ないときは長くなり、多いときは短くなります。 電池の容量を見つけ出すための計算は、次の数式から数学的に導くことができます。
電池持ち時間 = 時間当たりのミリアンペア単位の電池容量 / ミリアンペア単位の負荷電流
測定対象デバイスが電力を消費する以外に、電池の自己放電など電池寿命の外部要因もありますので
PowerHunterで計算された電池寿命に0.7~0.8程度の係数を乗ずると、より実際の値に近づきます。

PowerHunterに関する詳細説明: データシート

電池駆動デバイススリープ対策
電池駆動のデバイスが数年間に渡って動作し続けるためにはスリープ時の消費電流を抑えることが非常に重要な課題となります。スリープ時の消費電流が電池の使用可能時間に大きく影響するからです。
例えば、センサデータを無線経由で1日2回送信するセンサノードの場合、送信時以外のほとんどの時間をスリープさせる必要があります。
スリープ時はマイコンや無線モジュールなどが省電力モードに遷移しており、
消費電流は数マクロアンペアから十数マクロアンペア程度となります。
しかし、ハードウェアの問題や、ファームウェアのバグなどにより、スリープモードが正常に動作しない場合があります。
スリープモードに問題がある場合の例については、下記のビデオをご覧ください。


この例では、スリープモード時にチップのGPIOがうまく制御できていないことに問題があることがわかります。
具体的な問題としては下記が考えられます。
1)使用していないIOの無駄な電流
2)IO出力の衝突
例えば、
ChipAのPinAがOutputモード
ChipBのPinBがOutputモード
に設定されていて、ChipAのPinAとChipBのPinBが接続されている状態の時にこの問題が発生する場合があります。
この状態では、1つの信号に対して2つのチップから同時にドライブすることになり、電流が高くなるだけでなく、
2つのチップが不安定な状態になります。
ある特定の条件下では、基板全体がリセットしたり、破損するケースもあります。
スリープ対策は、チップの仕組み、基板の構成、カーネルの構造、デバイスドライバなど、様々な要素が関連しているためハードウェアからソフトウェアに渡る広範囲の知識と難易度の高い対応が必要と言えます。
スリープ対策に関して、弊社にて長年培ってきたノウハウを公開しておりますので是非お問い合わせください

【電池駆動デバイススリープ対策テクニック10個】 ダウンロード

電流パターンチェック
スリープがうまく対応できたら、正常動作時の電流パターンもチェックしましょう。
電流パターン = 動作時の電流値 + 動作時間
デバイスが省電力に対応するための重要なテーマは2つあります。
1)スリープ時の消費電流
2)動作時の電流パターン
スリープの対策に関してはここまでで説明しましたが、
ここからは動作時の電流パターンの詳細を検討します。
下記のビデオでその例をご覧ください。


ビデオに使用しているデバイスは照度センサーからデータを収集して、BLEビーコンでデータを送信するIoTデバイスの一例です。
動作時の電流パターンチェックは下記の3つとなります。
1)無線送信時の電流値と送信時間
2)センサー収集時の電流値と動作時間
3)待機時の電流値と動作時間
ビデオの中で、動作時間が176msかかる原因はセンサー収集の制御部に無駄なディレイが入っているためです。
恐らくセンサの制御ドライバを開発した時にセンサの動作を確認するために入れておいたもので、後々削除するつもりだったものですが削除を忘れたものと思われます。
センサ値も取得できていますし、無線送信もできています。
動作に問題がないで、このようなロジックの不備はなかなか見つけづらいです。

電流パターンのチェックによって隠れていた不具合を早期に発見できます。

PowerHunterの購入に関する問い合わせ: 問い合わせ