MN316 AT模式丨低功耗实测分析

NB-IoT模组的应用场景一般具备低频次、小数据量、上行为主、工作时间短（激活态时间短）等特点。因此，休眠态的功耗是NB-IoT模组产品综合耗电的重点考量参数之一。中移物联OneMO超低功耗NB-IoT模组MN316，凭借其紧凑的尺寸、极低的休眠功耗、超高的灵敏度和超高性价比，广泛应用于智能抄表、智慧城市、智能家居、智能穿戴、智慧农业等多种行业应用场景。

MN316的基本特点如下：

全网通：支持Band3/Band5/Band8频段，支持接入移动、电信、联通三家运营商NB-IoT网络；

小尺寸：尺寸仅为16mm×18mm×2.2mm，能最大限度满足终端设备对小尺寸模块产品的需求；

超低功耗：PSM状态下功耗1uA以内，相比其他NB-IoT模组PSM功耗优势明显；

支持内置eSIM卡：MN316支持内置2*2mm贴片M2M芯片，将SIM卡焊接在模组内部，可降低产品尺寸、免去SIM卡外围电路，进一步降低用户产品尺寸和成本的同时，可有效增加SIM卡安全性；

支持主流云平台：内嵌OneNET、华为云、电信云、阿里云、腾讯云等主流物联网平台协议，真正实现无缝对接，快速开发；

LCC封装：采用更易于焊接的LCC封装，可通过标准SMT设备实现模块的快速生产；

FreeRTOS系统：内置FreeRTOS轻量级开源物联网操作系统，物联网终端开发更简单、互联更容易、业务更智能、体验更顺畅、数据更安全。

一、测试准备工作

MN316在性能上最大的特点是休眠状态下的超低功耗，本文将对MN316在现网中的实际功耗进行深度分析测试。测试所用的分析设备是Keysight(原Agilent)高精度电源分析仪N6705。

为保证测试数据的准确性，测试时采用飞线方式将接口直接引出，避免外围电路有其他耗流器件影响测试结果。测试时引出的接口包括：电源、SIM卡、天线、UART0和DBG口，如图1所示。

图1 测试时MN316外围接口

图2 NB-IoT模组各状态之间的关系

图3 各运行状态工作示意图

NB-IoT模组常规情况下分为Connected(激活态)、IDLE(空闲态)、PSM(休眠态)三种状态，每个状态都有其特定作用，如图2所示。由于各状态的功耗差异较大，如图3所示，因此分析模组耗能时，需要对这几种情况分别讨论。下面分别在驻网、激活态（做业务）、IDLE态（待机）、PSM态（休眠节电）4种场景测试MN316的功耗。

二、功耗测试过程

1.1驻网状态功耗测试

模组在驻网阶段会有密集的数据收发，驻网时长、功耗与用户产品所在地的网络环境密切相关，主要影响因素包括终端接收到的基站信号强度、信号质量、用户设备密集度等。

图4 现网下CSQ为31时MN316驻网测试情况

图5 现网下CSQ值为12时MN316驻网测试情况

从实测结果看，模组接收到的信号强度不同，对能耗影响较大，主要影响以下几个参数：

峰值电流：不同信号强度对模组驻网总耗能、峰值电流影响很大，尤其是峰值电流，从图4和图5可以看出，CSQ值从31降到12时，峰值电流将由88.07mA增加至270.36mA；当设备无法驻网时，峰值电流将进一步增加，如图6测试结果所示。因此，在设计产品时，模组的供电能力设计应遵循硬件设计手册，MN316的供电电流应超过500mA。

图6 现网下MN316模组无法驻网测试情况

驻网时间：从图4和图5的测试结果看，两者驻网时间分别为1.34秒和3.82秒，在实际应用中，网络环境复杂，驻网时间差异更大。因此，在设计产品时，驻网阶段的预留时间要充足，如果条件允许，建议最大等待时间设置为300秒以上，并配合清频操作，具体可参考各模组的搜网说明文档。

驻网耗能：当信号强度下降造成的峰值电流增加和驻网时间增长，直接结果就是驻网耗能的增加，从本次测试结果看，CSQ值从31降低到12时，耗能从55uWh增加到259uWh，增加了将近5倍。

1.2数据收发状态功耗测试

用户产品做业务时处于激活态，与模组驻网时一样，模组在激活态时的功耗受用户产品所在地的网络环境影响，同时也与用户产品的收发数据量和频次有关。

图7 现网下CSQ为31时MN316模组ping包测试情况

图8 现网下CSQ为15时MN316模组ping包测试情况

对比图7和图8，可以看出在不同信号环境下ping 100个数据包，其峰值功耗、用时、耗能值差异很大，信号变差时还有可能导致丢包。其中，CSQ从31降为15时，峰值电流从88mA增加至413mA，能耗从1.86mWh增加至5.7mWh。

1.3待机状态功耗测试

用户产品在空闲态的功耗主要受所在地的网络环境影响。

图9 现网下CSQ为31时MN316模组IDLE态测试情况

图10 现网下CSQ为14时MN316模组IDLE态测试情况

从测试结果看，不同的信号强度对功耗IDLE态的平均电流和峰值电流影响显著，从图9和图10看，当信号强度CSQ从31降至14时，平均耗流从0.8mA增加至1.04mA，因此，待机时的功耗也是不定值。

1.4 PSM休眠状态功耗测试

图11 MN316在PSM状态下的测试情况

MN316在PSM状态下的平均耗流可降至1uA以下，图中测试结果为951nA，相比其他NB-IoT模组（一般为2uA左右），功耗优势明显。

图12 MN316 PSM状态l连接OneNET平台方式确认

图13 MN316 PSM状态log方式确认

为了证明模组此时是处于PSM态，而非关机状态，利用模组连接OneNET平台和抓取log两种方式进行验证测试，对接OneNET平台时模组从PSM态唤醒，可直接发送数据而无需发起登录流程，通过底层log查看，从PSM状态唤醒后，也未进行驻网的Attach流程，说明模组确实是进入了PSM态，而非关机状态。

通过上述测试过程发现，模组驻网时长和工作能耗会受到实际使用环境等多种因素影响，如用户使用的是电池供电，需要评估耗电量并选择合适的电池容量。同时，用户需在产品开发完成后，在设备部署地进行多台设备、多批次、长时间的实际测量，并留足余量。

三、测试结论

经过上述高精度电源分析仪对MN316全场景功耗的深度测试，可以得出如下结论：

(1)在驻网状态、数据收发状态及待机状态下的功耗与市面上NB-IoT模组性能一致；

(2)在PSM状态下，平均功耗0.95uA，PSM状态功耗极低。

四、物联网终端产品设计建议

通过对测试过程中的经验分析，发现在基于NB-IoT模组做物联网终端设计时需要注意以下几点：

（1）不同信号强度对模组驻网、待机、做业务的功耗影响较大，用户在评估模组耗能时建议做实地测试；

（2）在设计产品时，要充分对整机射频性能进行设计和优化，以便最大限度提升模组接收信号能力，降低产品功耗；

（3）用户设备的供电电流设计要按照模组硬件设计手册中的规定来设计，且需留足余量；

（4）用户设备在设计驻网程序时需要为模组驻网留足时间，建议预留300s以上，并配合清频设计；

（5）MN316模组在PSM态耗流可低至1uA以下，非常适合对功耗要求高的业务场景；