Leistungsanalyse
Batterielaufzeiten zuverlässig vorhersagen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Betriebsströme richtig analysieren
Damit Entwickler mobiler Geräte die genannten Herausforderungen beim Power-Management besser meistern können, stehen ihnen verschiedene Komplettlösungen für die Leistungsanalyse zur Verfügung. Die von Keysight beispielsweise besteht aus dem DC-Leistungsanalysator N6705C, den Zwei-Quadranten-SMUs N6781A oder N6785A sowie der Steuer- und Analysesoftware 14585A. Die SMU (Source Measure Unit) enthält eine programmierbare DC-Stromversorgung mit »schnellem Ausgang« und ein Strommesssystem, das unterbrechungsfreie Strommessungen über einen weiten Dynamikbereich ermöglicht. Die DC-Stromversorgung kann auch als Batterie-Emulator genutzt werden. Für Entwicklung und Test eignet sich ein Batterie-Emulator meist besser als eine echte Batterie – er spart Zeit beim Einrichten der Tests, bietet eine sicherere Testumgebung und liefert besser reproduzierbare Ergebnisse.
Der Schlüssel zur Betriebsstromanalyse ist die Fähigkeit, schnelle Strommessungen über einen weiten Dynamikbereich durchzuführen und auch sehr kleine Ströme mit hoher Genauigkeit zu messen. Die schnelle, unterbrechungsfreie Bereichsumschaltung der SMU ermöglicht es, in einem Durchgang Ströme von weniger als einem Mikroampere bis zu etlichen Ampere mit einer Toleranz von 0,03 % zu messen. Die Kombination aus Messfunktionen und einem ebenfalls integrierten Datenlogger erlaubt es, den Zeitverlauf von Spannung, Strom und Leistung zu erfassen. Dadurch entfallen umständliche Tabellenkalkulationen: Entwickler können die dynamischen und transienten Eigenschaften des Betriebsstroms effektiv analysieren und bewerten. So können sie zum Beispiel den Energiebedarf und die Dauer der verschiedenen Aktivitäten eines Geräts messen und erkennen, ob es sich in bestimmten Betriebszuständen anders verhält als erwartet.
Durch Analyse der erfassten und geloggten Betriebsstromprofile mithilfe von Software-Tools wie CCDF (Complementary Cumulative Distribution Function) gewinnt man neue Erkenntnisse. Die CCDF zeigt, wieviel Strom während eines bestimmten Prozentsatzes der Datenerfassungsdauer geflossen ist. Durch den Vergleich der CCDF-Grafiken aufeinanderfolgender Design-Iterationen können Entwickler die Auswirkungen der vorgenommenen Änderungen visualisieren und quantifizieren. Das ist vor allem dann hilfreich, wenn die Geräteleistung für längere Laufzeiten oder geringeren Energiebedarf optimiert werden sollen. Das CCDF-Tool kann auch dazu verwendet werden, die Auswirkungen von Hardware- und Firmware-Updates auf den Energieverbrauch des Gerätes zu dokumentieren. Bild 2 zeigt das Betriebsstromprofil von »Blip«, einem drahtlosen Blutdruckmessgerät von Blipcare (Bild 3), erfasst mit der DC-Leistungsanalyse von Keysight. Das Profil zeigt den detaillierten Zeitverlauf der dynamischen Stromaufnahme des Gerätes, beginnend mit dem Sleep-Zustand über den gesamten Messzyklus hinweg bis zum nächsten Sleep-Zustand. Die Bilder 4 und 5 zeigen das Energie-Aufnahmeprofil bzw. die CCDF des gleichen Messdatensatzes.
Fazit und Ausblick
Technologische Frtschritte eröffnen neue Möglichkeiten in den Bereichen Patientenüberwachung, Diagnostik und Therapie. Am Körper getragene medizinische Geräte und Healthcare-Produkte erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und die häusliche Gesundheitsversorgung entwickelt sich zunehmend zu einem wichtigen sekundären Versorgungssystem.
Energieeffiziente Geräte kommen sowohl den Anwendern als auch den Geräteherstellern zugute: Für Anwender verbessert sich die Lebensqualität und die Gesundheitsversorgung, Gerätehersteller erzielen Wettbewerbsvorteile durch zuverlässigere Produkte – die auch bei der Batterie halten, was sie versprechen.
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