近年來、物聯網的應用領域越來越廣泛，涉及智能家居、交通、生產、農業、能源、環境監測、醫療監護等。據統計，2018年物聯網終端數突破100億，并預計2020年將達到300億。

然而，盡管物聯網連接終端數已經如此巨大，且保持高速增長，物聯網的發展依然面臨諸多的約束和挑戰，如：

物聯網應用場景和價值定位不清晰

安全及隱私的顧慮

商用運用模式不確定

核心技術及標準混亂、兼容性差

譬如，通信標準和地址分配是物聯網設備的關鍵因素，如無線標準就有Bluetooth，NFC，Lora，SigFox,NB-IoT, LTE-Advanced等。

如上圖所示，從覆蓋范圍、功耗、數據速率、成本、延時、網絡成熟度等，對蜂窩網絡3G/4G/5G 、局域網ZigBee、以及LPWAN三種無線標準進行了比較。

可以看出，以NB-IoT、Lora、SigFox為代表的LPWAN （LowPower Wide AreaNetwork）標準，結合物聯網應用特征——長工作壽命，甚至某些應用要求10年、20年，優先考慮設備的低功耗。

同時保持覆蓋范圍大，單個設備成本低、對數據速率要求低的特點，成為眾多的物聯網應用的首先方案。

值得提醒的是，物聯網由于設備數量巨大、且分散在廣泛的區域，對設備的可靠性、穩定性要求更高，否則可能造成企業無法承擔的維護或召回成本。

接下來我們就重點討論NB-IoT/Lora的電流特征和低功耗測量及特征分析！

請大家先想想看，NB-IoT/Lora為什么能做到大的覆蓋范圍，卻可以做到低功耗？

沒錯，因為覆蓋范圍大，NB-IoT的峰值功耗其實與4G/5G蜂窩網絡并沒有太大差別。而是設計了一種稱之為PSM(PowerSavingMode)省電模式——NB-IoT設備只有在需要數據傳輸時才喚醒，其余的時間進入PSM模式（改模式比常規的手機待機功耗還要低很多），而PSM模式兩次喚醒時間最大可達300小時。

從耗電特征看，在PSM的NB-IoT設備僅僅消耗微安級（uA）的電流，但數據傳輸時高達數百毫安（100mA）。工程師如何才能夠精確測量IoT設備的動態電流：

覆蓋從100mA到uA的動態電流范圍，如設定100mA量程，要測量uA電流顯示為 100.000mA

NB-IoT設備的電流不是靜態直流電流，因此對測試采樣速率和帶寬有較高要求

NB-IoT設備從工作狀態至PSM狀態，往往持續較長時間

快速定位NB-IoT設備在各種狀態、或異常狀態的電流特征

最常用的電流測量設備有數字萬用表和示波器，它們電流測量原理如下圖所示：

電磁感應——通常用于大電流測量場合，如能源、電源、電力系統安培（A）級電流測量，很難分辨和測量IoT設備的mA、uA電流。

歐姆定律——線路中串聯取樣電阻，并測量取樣電阻上的電壓計算出線路電流I= V / Rshunt

*務必注意，電流測量精度取決于電壓測量精度 及 取樣電阻的精度:

電壓測量分辨率不變，被測電流越小，取樣電阻阻值Rshunt要求越大；

保持取樣電阻Rshunt不變，被測電流越小，電壓測量分辨率要求越高。

數字萬用表采用的就是歐姆定律電流測量方法，以下為某知名品牌的71/2DMM的規格。是否可用該DMM測量NB-IoT的耗電呢？

指標解讀為：

1、71/2 的分辨率是在大于1個PLC（電網周期，50Hz交流電為20mS）積分時間達到的，在0.005PLC（10uS）的積分時間時，只有 31/2 的分辨率。

2、電流量程與取樣電阻有關，即電流量程越小，取樣電阻越大，最小10uA量程時，取樣電阻高達1000Ω。

歐姆定律方法時，串聯到回路的取樣電阻Rshunt可能對電路造成潛在的影響，而且很難準確的評估影響大小。如評估以下DUT（MPU處理器）時，需要考慮以下因素的影響：

取樣電阻限制了電路的峰值電流

電源或電池的輸出阻抗的影響

線路中等效寄生電容和電阻的影響

如下圖展示了取樣電阻大小與峰值電流測量的影響，取樣電阻越小，測量到的峰值電流越大。

CX3300器件電流波形分析儀，高達16比特分辨率、1GSa/s采樣率、200MHz帶寬、配合獨特的低噪聲電壓和電流探頭，低至400nV電壓本底噪聲和150pA電流本底噪聲。

除了上述優異的硬件性能指標，CX3300器件電流波形分析儀使用是德科技高端示波器平臺，Windows10操作系統，觸摸屏操控、各種標準的觸發和測量功能，易于使用。

針對電流波形的分析，還為工程師提供了包括“一鍵功耗提取”、任意位置放大、區域游標測量等便捷、高效測量和分析功能。

接下來給大家分享CX3300實測和分析NB-IoT和Lora模塊耗電特征過程及結果，供大家參考！

CX3300捕獲NB-IoT模塊從開機->注網->數據傳輸->休眠->PSM模式完整過程波形如下：

該NB-IoT模塊從開機到進入PSM模式完整的過程持續近70秒，CX3300最大存儲深度為256MSa,工程師設定了3Msa/s的采樣率，以盡量避免錯失任何細節。

通過波形分析，該NB-IoT模塊最大電流越300mA,PSM模式下電流僅僅17uA，我們使用了CX3300獨特的CX1102A雙量程電流探頭，可實現100dB的動態電流測量。

使用CX3300“一鍵功耗提取”功能，自動按照電流波形特征，進行狀態區分，并測量出各狀態的電流大小、持續時間、區間內的最大、最小值等。

并可將提取的“耗電特征”波形及數值保存到XPS文件中。

Lora模塊的分析過程與上述NB-IoT類似，但結合Lora波形，通過放大觀察到更多細節！

Lora模塊從開機->數據傳輸->休眠->數據采集過程的波形如下，

研發工程師對CX3300的“任意區域放大”印象深刻——在保持完整的波形同時，放大局部關鍵位置波形，并進行測量和分析。

通過對數據傳輸模式的波形分析，測量到89.3KHz，平均值70mA，峰峰值28.5mA的電流特征信號。同時在脈沖前后分別觀察到Pre-Tx,和Post-Tx信號。

再對休眠模式及數據采集模式進行波形放大，同樣觀察到周期為969.8ms，持續時間19.46ms的電流特征信號。該過程平均電力u9.72uA,但峰值高達30mA。

可以預見，物聯網終端即將迎來爆發式的增長，且功耗依然是工程師面臨的最大挑戰。因此，全面測量和分析設備在各種狀態下的電流特征，并精細優化，提升產品競爭力至關重要！

CX3300器件電流波形分析儀，兼具優異的動態、噪聲和高效、便捷的分析功能，必將大大提升物聯網芯片、模塊、終端研發、驗證、調試的效率和精準性。