一种用于动态功耗检测的采集装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于功耗检测技术领域，涉及功耗分析装置，尤其是一种用于动态功耗检测的采集装置及其使用方法，包括电源管理电路、信号调理电路、ADC、MCU、串口电路、USB接口电路和上位机，所述电源管理电路为分析仪整体的负载进行供电；信号调理电路采集待测电流并将采集的电流信号进行调理，信号调理电路的信号输出端连接ADC；ADC将信号进行放大,并将电信号转换为数字信号，其信号输出端连接MCU；MCU读取采样值，转换为电流值经串口电路或USB接口电路实时发送至上位机。

An acquisition device for dynamic power consumption detection and its application

【技术实现步骤摘要】
一种用于动态功耗检测的采集装置及其使用方法
本专利技术属于功耗检测
，涉及功耗分析装置，尤其是一种用于动态功耗检测的采集装置及其使用方法。
技术介绍
本专利主要针对热量表的功耗检测而开发，但是对类似的低功耗且功耗动态变化的仪表同样适用。由于该类设备主要使用电池进行供电，而电池的输出电压的基本恒定的，因此功耗一般使用工作电流来进行表征。从热量表的工作方式可以看出，热量表的功耗有以下三个主要特点：1.工作电流范围大，采集数据时的瞬时电流可以达到数百微安至数毫安，而待机状态的工作电流通常不超过10uA，最大值与最小值之间相差超过1000倍；2.时间跨度大，流量采集周期一般为数秒，温度采集周期相对要长一些，一般数十秒，而每次采集只有几十毫秒，想要观察热量表完整的工作电流变化情况，一方面需要足够的工作电流检测速率，另一方面需要足够的连续采集时间，因此对检测设备的存储深度有很高的要求；3.工作电流不断在采集状态和待机状态之间变化。目前各个企业和检测机构都会对热量表的整机微功耗进行检测，使用的主要是将各种检测设备串接到工作回路中来测量工作电流的方法。主要的检测设备有以下几种：1.使用示波器进行检测由于示波器的采集频率很高，因此采用这种方法可以检测出热量表功耗的动态变化过程的全部细节。但是因为采样频率高，所以示波器的存储深度一般较小，而热量表的测量采集周期可能达到数十秒，所以采用这种方法虽然能够看到动态变化细节，但是无法在较长的时间跨度上宏观的进行观察。另外，为了不影响电路板的正常工作，采样电阻一般阻值很小，而电路中的电流值一般也在mA或uA级，导致示波器采集的电压信号非常微弱，易受噪声干扰，检测精度难以满足要求。2.使用直流电源分析仪进行检测直流电源分析仪是电源测试的专业设备，具备测量精度高，采样频率高，数据存储量大的优点。以是德科技的N6705C为例，配合SMU模块，安培计精度高达0.025％+8nA，配合电脑软件支持示波器功能，采样频率200kHz，存储深度512kpts，数据记录仪测量间隔从20μs至60s可调，每个数据记录最多存储5亿个读数。但是，直流电源分析仪的价格十分昂贵，一般都超过10万元。3.使用电流钳进行检测电流钳可接示波器或电脑，信号采集结果表达形式灵活，可满足读数和采样周期频率的要求。而且采用这种方式，电流钳是套接在电路上的，不需要串联到电路中，对被测电路的影响相对较小。其缺点是使用电流钳更适合测量大电流，测量微小电流的精度难以满足要求。4.使用数字万用表进行检测目前使用较多的是61/2位数字万用表，以是德的34465A为例，其电流测量在10mA档精度指标可达±(0.007％读数+0.020％量程),最大读数速率5000读数/s，存储器50000读数/s。为0.010％+0.020uA，其非易失性数据记录仪可存储50000个读数。可以看出，数字多用表的测量精度很高，但是它更适合测量恒定电流，而对于动态变化的电流适应性不佳。因此，这种方式更适合制造企业，可以通过热量表内部程序控制，使热量表始终处于某种工作状态下(如持续进行流量测量)，再使用数字万用表精确测量瞬时功耗，对于检测机构则难以使用此种方式。综上所述，各种方式都有自己的利弊，示波器便于看到波形的发展趋势，其采样频率远远高于其他设备，然而其存储深度和测量精度欠佳；直流电源分析仪的采样频率与精度都表现最佳，但其价格高昂；使用电流钳可将对电路的影响降到最低，然而其测量精度欠佳；61/2位数字万用表则在精度上有优势，但动态性能不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电流采集范围大，在全范围内拥有高的采集精度，可以进行长时间连续采集，电流采集的采样速率高的用于动态功耗检测的功耗分析仪及其使用方法。本专利技术采取的技术方案是：一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：包括电源管理电路、信号调理电路、ADC、MCU、串口电路、USB接口电路和上位机，所述电源管理电路为分析仪整体的负载进行供电；信号调理电路采集待测电流并将采集的电流信号进行调理，信号调理电路的信号输出端连接ADC；ADC将信号进行放大,并将电信号转换为数字信号，，其信号输出端连接MCU；MCU读取采样值，转换为电流值经串口电路或USB接口电路实时发送至上位机。而且，所述电源管理电路包括锂离子电池充电和电源路径管理芯片，及锂电池保护芯片，外部220V交流电用于对锂电池进行充电，锂电池为分析仪整体负载进行供电，并提供DC5V和DC3.3V的电源。而且，所述信号调理电路包括在差分输入端设置的10mA自恢复保险丝GBX010，在采样电阻与ADC之间，采用2个1k电阻，2个33nF电容和1个100nF的电容组成RFI滤波器。而且，所述ADC通过ADC的可编程放大器将输入电压进行放大，放大后的电压值位于AD测量量程内,ADC以1KHz的速率采样并输出数据。而且，所述MCU采用LPC1754U17，LPC1754U17采用了Cortex-M3微处理器，该微控制器的外设组件包含128KB的Flash存储器、32KB的数据存储器。而且，所述串口电路，USB接口电路和上位机之间通过通讯隔离单元相连接，所述通信隔离单元采用磁耦芯片，用于将功耗分析仪和上位机的高电压形成磁耦隔离。本申请针对上述功耗分析仪提供一种使用方法。该使用方法包括采集数据和数据发送两个任务，数据采集任务在定时器中断中进行，数据发送在主程序中进行；所述数据发送任务包括如下步骤：步骤1：将MCU进行初始化；步骤2：检测1ms标志是否有效，若有效则执行通信任务，ADC超时定时累加；若无效则执行步骤3；步骤3：检测1s标志是否有效，若有效则对定时器清零；若无效则调整至待机状态；上述数据发送任务中的步骤2中包含数据采集任务，所述数据采集任务的程序包括两个buffer，一个用于保存采集数据，另一个用于串口发送buffer，两个buffer乒乓操作，每100个数据进行一次切换，所述数据采集任务包括如下步骤：步骤A：存储指正指向BUF1，发送指针指向BUF1，发送标志置0；步骤B：读取AD结果，最近1-20个AD原始值滑动滤波，降低工频干扰；步骤C：滤波结果转换为未校准电流；步骤D：对电流值进行零点和增益修正；步骤E：电流值存入要保存的数组；步骤F：检查存储个数是否达到100组，若未达到则执行步骤B；若达到则执行步骤G；步骤G：当前是否存储指针指向BUF1，若是则存储指针指向BUF2，发送指针指向BUF1，并执行步骤H；若否则则存储指针指向BUF1，发送指针指向BUF2，并执行步骤H；步骤H：将发送标志置为有效。本专利技术的优点和积极效果是：本功耗分析仪中，电源管理电路、信号调理电路、ADC、MCU、串口电路、USB接口电路和上位机形成一套检测装置，电流采集范围达到1uA～5mA，检测精度±0.2％rdg.+5dgt.；其存储深度仅受限于上位机电脑的存储空间，可以进行长时间连续采集；电流采集的采样速率高，可以复现电流变化的动态过程。本专利技术中，电源管理电路用于完成锂电池供电、锂电池充电以及电源路径的管理功能；信号调理电路用于提高采样信号的共模和差模抑制比，从而降低噪音对ADC采集的影响；ADC通过可编程增益放大器实现全部电流范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：包括电源管理电路、信号调理电路、ADC、MCU、串口电路、USB接口电路和上位机，所述电源管理电路为分析仪整体的负载进行供电；信号调理电路采集待测电流并将采集的电流信号进行调理，信号调理电路的信号输出端连接ADC；ADC将信号进行放大,并将电信号转换为数字信号，其信号输出端连接MCU；MCU读取采样值，转换为电流值经串口电路或USB接口电路实时发送至上位机。

【技术特征摘要】
1.一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：包括电源管理电路、信号调理电路、ADC、MCU、串口电路、USB接口电路和上位机，所述电源管理电路为分析仪整体的负载进行供电；信号调理电路采集待测电流并将采集的电流信号进行调理，信号调理电路的信号输出端连接ADC；ADC将信号进行放大,并将电信号转换为数字信号，其信号输出端连接MCU；MCU读取采样值，转换为电流值经串口电路或USB接口电路实时发送至上位机。2.根据权利要求1所述的一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：所述电源管理电路包括锂离子电池充电和电源路径管理芯片，及锂电池保护芯片，外部220V交流电用于对锂电池进行充电，锂电池为分析仪整体负载进行供电，并提供DC5V和DC3.3V的电源。3.根据权利要求1所述的一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：所述信号调理电路包括在差分输入端设置的10mA自恢复保险丝GBX010，在采样电阻与ADC之间，采用2个1k电阻，2个33nF电容和1个100nF的电容组成RFI滤波器。4.根据权利要求1所述的一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：所述ADC通过ADC的可编程放大器将输入电压进行放大，放大后的电压值位于AD测量量程内,ADC以1KHz的速率采样并输出数据。5.根据权利要求1所述的一种用于动态功耗检测的采集装置，其特征在于：所述MCU采用LPC1754U17，LPC1754U17采用了Cortex-M3微处理器，该微控制器的外设组件包含128KB的Flash存储器、32KB的数据存储器。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：施鑫，李毅堂，李坡，路遥，
申请(专利权)人：天津市计量监督检测科学研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12