MCU功耗测量

功耗测量

  • 一、相关概念
  • 二、功耗的需求
  • 三、测量仪器仪表
    • 测量连接
    • SMU功能
    • SMU性能指标
  • 四、功耗测量注意点
    • 板子部分存在功耗
    • MCU方面,可能存在干扰项
    • 仪器仪表方面

一、相关概念

静态功耗和动态功耗:动态功耗为运行功耗,功耗测量注重每MHz下的功耗。静态功耗:待机功耗,电路没有翻转时的漏电流功耗,测量时可以手动把OSC短接或者控制OSC停振测量静态功耗即可。

模拟和数字模块功耗:vdd1p2是给数字模块供电的引脚。如果给vdd1p2供电数字模块就会关闭,此时测量的就是模拟模块的功耗。vdd1p2不外灌测量的是模拟+数字(ALON + SHUT域)的功耗。
可以参考电源管理模块框图:

在这里插入图片描述
模块功耗:模拟/数字模块,例如:BOR LVDIN 模拟模块等,spi/iic数字模块等
模式功耗:例如hold模式下面最低功耗,sleep下最低功耗,32K时钟run下最低功耗;(模式下关注最低功耗)
影响功耗测试的外界环境:高低温,高低压参数(热流仪,电源)
一般测功耗方式:通过开关某一模块,获得前后功耗测试值的变化量来标注,确保前后测试环境一致;测量一般要求测数次并进行数据平均,例如5次,以平均结果作为最终测试结果;

二、功耗的需求

  1. vccdet不同档位窗口值下的功耗;
  2. lvdin不同档位窗口值下的功耗;
  3. bor不同档位窗口值下的功耗;
  4. sleep模式下Ip_Ido不同档位,SRAM0不同档位配置,LRC开关,OSC不同档位遍历功耗,Ip_ldo输出电压测试
  5. hold模式下Ip_ldo不同档位,SRAM_x不同配置,FLASH不同配置遍历功耗,Ip_ldo输出电压测试
  6. 32Krun功耗
  7. 1P2电压外灌(可以计算出模拟和数字分别功耗)
  8. LP run模式下Ip_1do不同档位,取指开关分别功耗
  9. VREF LDO功耗
  10. 运行功耗,配置hrcpl不同时钟源,不同频率档位,cache开关遍历;

测量时关注LDOVREF校准状况和LDO电压输出状况。

三、测量仪器仪表

测量连接

通常测量仪器接接测试板VCC和GND两端测试,测量功耗的硬件架构为:
在这里插入图片描述

SMU功能

测量仪表仪器使用NI设备 SMU
SMU主要功能,(所提供的电流、电压值均可为正值或者负值)
1.提供单点电压同时测量电流值
2.提供电压序列同时测量最终的电流值,序列之间间隔最小为10us
3.提供单点电流并测量电压值
4.提供电流序列并测量电压值,序列之间间隔最小为10us

SMU性能指标

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

测量功耗电流是的误差精度如下,各个电流范围一般为0.035%:

在这里插入图片描述

四、功耗测量注意点

板子部分存在功耗

  1. DUT的VCC管脚和JLink的VCC管脚为连接状态,V2板子上VCC没有继电器可以断开;多余的连接先有可能影响功耗,可以将板上VCC管脚连到SMU的线割掉;JLink方面可以使用继电器控制JLink对测试板的供电,不需要外部连线对板供电
  2. TEST 脚为跳线帽常拉低状态,部分管脚强制为功能状态;测量功耗前软件将 TEST恢复为高
  3. 串口芯片的电源管脚和DUT的 VCC管脚为连接状态,TX和R管脚有继电器可以断开

MCU方面,可能存在干扰项

  1. TPS默认开启,存在分时开启功耗200uA左右;
  2. 低功耗模式下,电源类检测:bor vcc 1vdin存在分时检测,周期根据寄存器设置,功耗在几十以量級
  3. 进去低功耗模式下,wdt未关闭导致MCU发生复位,功耗反复变化,测不出目标值

仪器仪表方面

根据期望值,要在 MCU不同的运行阶段,设置对应并且合适的 limit 范围,否则影响测量精度

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