关于ZVC功耗测试解决方案的分析和介绍
1. 引言
在当今iot的时代，移动通信iot产品电池需要待机10年，电源的功耗测试就变得越来越重要，比如，规范对于超低功耗的iot产品的功能有了新的定义，在r12和r13版本中，标准定义了psm和edrx两个功能，尽可能的来降低iot产品的功耗。而且现在随着智能手机的各种app应用，也要求在手机节电方面进行各种新功能的功耗测试。针对这些功耗测试的需求，r&s公司给出了zvc功耗测试解决方案：zvc+cmw500+cmwrun自动化功耗测试解决方案。（如图1）
图1
2. r&srt-zvc02/r&srt-zvc04双通道/四通道 功耗探测盒子
最新的耗电测试规范不仅要求测试电流，还要求测试电压，包括以高采样速率计算瞬间功率。这种测试用例要求被测件必须工作在实际场景之中，就需要用电池或者usb真实供电，不能采用假电替代。zvc的高精度和全功能等特点，正是解决这种测试用例的不二之选。下面就来看一下zvc的工作原理：（如图2）
从图中我们可以看出zvc每个通道从上到下分别有两路对待测信号进行采样，上面一路是我们对电压信号进行采样，下面一路是我们对电流信号进行采样。这两路的adc采样器分别达到了18 bit位。从而保证了每路信号5msample/s的高采样速率。电压v和电流i的采样信号分别以5msample/s的速率进行乘法器运算，从而可以得到我们所需要的瞬时功率信号p，这三个采样信号分别作为input输入到接下来的arithmetics数学运算器里面进行数学运算，从而得到我们所需要的电压，电流和功率的测试结果，这些测试结果包括min，max，average和rms值。之后，将这些测试结果通过decimation抽样平均后以最高50ksample/s的速率通过usb3.0总线传输给安装在本地电脑的cmwrun软件，进行图形化显示。
图2: internal view of the r&srt-zvc02/r&srt-zvc04 showing data process
下图是zvc的详细技术指标：（如图3）
图3
下图是zvc的两种型号：zvc02和zvc04（如图4）
图4: r&srt-zvc02 和r&srt-zvc04
3. r&s cmw500 综合测试仪
cmw500作为业界无线综合测试仪的标杆已经被广大用户们所使用。cmw500以其操作简单灵活，使用稳定，多功能于一身的特点被广大用户们所喜爱。从图5中我们可以看出，cmw500所支持的无线通信制式已经涵盖了所有的无线通信标准。其中包括cellular部分的2g，3g，4g标准；还包括non cellular部分的wlan和蓝牙标准（其中wlan可以支持到11ac，蓝牙可以支持到ble5.0）；还有今年很热的新技术标准nb-iot和emtc；以及数据应用层的语音volte和数据流量的测试。
有了这些功能的支持，我们就可以构建被测件和cmw500之间的各种测试环境，从而进行相应测试环境下的功耗测试。比如，我们可以通过cmw500模拟一个lte的小区，通过cmw500对被测试数据卡进行上行功率的控制，在各个不同的手机发射功率点进行耗电测试。这个过程中对cmw500 lte小区的配置以及zvc的配置，我们都可以通过cmwrun这款自动化测试软件来完成。
图5
4. r&s cmwrun
cmwrun是一款自动化测试软件，他需要安装在本地电脑，要求至少在1.8.8版本及以上，安装过程中需要勾选r&s rt-zvc选项，如图6中红框部分。cmwrun进行功耗测试的选件是kt051，这个选件可以帮助我们通过cmwrun收集到从zvc处测试得到的电压值，电流值以及计算出的瞬时功率值，并将这些测试结果通过时间轴的形式显示出来。在测试序列的编辑中，我们可以指定信令触发事件，比如lte attached, connected, idle state or ims registration, 当信令事件被触发后，测量将会以更多的采样数据，更精细的测试结果显示，帮助工程师们更为深入具体的分析测试结果。
cmwrun同样准许zvc进行真实场景的耗电测试，比如被测试件可以用正常的工作方式进行供电：电池供电（不是假电），usb线供电或者是ac adapter交流转换器供电等。
同样因为zvc的多通道，可以通过cmwrun监测各个通道的耗电情况，这样就可以监测被测试件板级各个组件的独立耗电情况，比如zvc的通道1可以监测板子的射频部分耗电，通道2可以监测板子处理器的耗电，通道3可以监测整块板子的耗电等等。这样，工程师们通过对测试结果的对比分析，就可以进行有目的的降低功耗改进了。
图6
cmwrun通过网口或者gpib的控制方式与cmw500进行通信，通过usb3.0数据线与zvc进行通信，被测件lte数据卡通过一个usb adapter（r&s演示用设备，方便zvc电压表与电流表接线），lte数据卡通过usb正常供电，因为cmw500自带usb接口，所以方便起见，直接将供电usb线接到cmw500自带u口上面。这样，耗电测试的环境setup完成。如图7所示。
图7
接下来要通过cmwrun编辑测试序列，自动化控制cmw500和zvc进行功耗测试了。图8中包含两个测试序列，左边序列是lte信令测试环境配置序列，控制cmw500配置lte数据卡不同的发射功率点：0dbm，10dbm和23dbm；右边是控制zvc的功耗测试序列，详细的配置参数可以同过双击此序列打开，如图9，这个序列是通过左边lte配置序列黑框中的测试步骤调用执行的。lte测试序列执行之时，也在并行的调用功耗测试序列，从而对lte数据卡3个不同发射功率点的功耗进行测试。已到达功耗测试的目的。
图8：r&s cmwrun cmw-kt051 controlling r&s cmw500 + r&s rt-zvcxx: power consumption monitoring with signaling event markers – key parts of report with signaling event marker from lte reconfiguration and increasing the ul power.
图9
图10就是cmwrun自动化功耗测试的结果。横轴是电压，电流和功率单位，纵轴是时间单位。从上到下的4条红线分别是channel reconfig，ul power=0dbm，10dbm和23dbm的信令事件触发标记点。触发之后，采样点也从原来的100ms采样一个点变成了10ms一个，数据变得更为精细。并且测试报告中会给出每两个触发事件之间功耗测试结果的平均值，最大值和最小值，方便工程师们对测试结果总结和分析。从测试报告中我们可以明显的看出，随着lte数据卡上行发射功率的增加，电源功耗也有明显增加的迹象，这些都属于功耗的正常行为。这里就不再详细分析了。
图10：r&s cmwrun cmw-kt051 power consumption monitor with signaling event in detail
5. 结束语
r&s zvc+cmw500+cmwrun自动化功耗测试解决方案已经逐步走进市场，为广大用户所熟知并接受。r&s公司也将继续致力于无线测试解决方案的研发与推广。和广大无线通讯领域用户一起前进，再创佳绩。
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图1
2. r&srt-zvc02/r&srt-zvc04双通道/四通道 功耗探测盒子
最新的耗电测试规范不仅要求测试电流，还要求测试电压，包括以高采样速率计算瞬间功率。这种测试用例要求被测件必须工作在实际场景之中，就需要用电池或者usb真实供电，不能采用假电替代。zvc的高精度和全功能等特点，正是解决这种测试用例的不二之选。下面就来看一下zvc的工作原理：（如图2）
从图中我们可以看出zvc每个通道从上到下分别有两路对待测信号进行采样，上面一路是我们对电压信号进行采样，下面一路是我们对电流信号进行采样。这两路的adc采样器分别达到了18 bit位。从而保证了每路信号5msample/s的高采样速率。电压v和电流i的采样信号分别以5msample/s的速率进行乘法器运算，从而可以得到我们所需要的瞬时功率信号p，这三个采样信号分别作为input输入到接下来的arithmetics数学运算器里面进行数学运算，从而得到我们所需要的电压，电流和功率的测试结果，这些测试结果包括min，max，average和rms值。之后，将这些测试结果通过decimation抽样平均后以最高50ksample/s的速率通过usb3.0总线传输给安装在本地电脑的cmwrun软件，进行图形化显示。
图2: internal view of the r&srt-zvc02/r&srt-zvc04 showing data process
下图是zvc的详细技术指标：（如图3）
图3
下图是zvc的两种型号：zvc02和zvc04（如图4）
图4: r&srt-zvc02 和r&srt-zvc04
3. r&s cmw500 综合测试仪
cmw500作为业界无线综合测试仪的标杆已经被广大用户们所使用。cmw500以其操作简单灵活，使用稳定，多功能于一身的特点被广大用户们所喜爱。从图5中我们可以看出，cmw500所支持的无线通信制式已经涵盖了所有的无线通信标准。其中包括cellular部分的2g，3g，4g标准；还包括non cellular部分的wlan和蓝牙标准（其中wlan可以支持到11ac，蓝牙可以支持到ble5.0）；还有今年很热的新技术标准nb-iot和emtc；以及数据应用层的语音volte和数据流量的测试。
有了这些功能的支持，我们就可以构建被测件和cmw500之间的各种测试环境，从而进行相应测试环境下的功耗测试。比如，我们可以通过cmw500模拟一个lte的小区，通过cmw500对被测试数据卡进行上行功率的控制，在各个不同的手机发射功率点进行耗电测试。这个过程中对cmw500 lte小区的配置以及zvc的配置，我们都可以通过cmwrun这款自动化测试软件来完成。
图5
4. r&s cmwrun
cmwrun是一款自动化测试软件，他需要安装在本地电脑，要求至少在1.8.8版本及以上，安装过程中需要勾选r&s rt-zvc选项，如图6中红框部分。cmwrun进行功耗测试的选件是kt051，这个选件可以帮助我们通过cmwrun收集到从zvc处测试得到的电压值，电流值以及计算出的瞬时功率值，并将这些测试结果通过时间轴的形式显示出来。在测试序列的编辑中，我们可以指定信令触发事件，比如lte attached, connected, idle state or ims registration, 当信令事件被触发后，测量将会以更多的采样数据，更精细的测试结果显示，帮助工程师们更为深入具体的分析测试结果。
cmwrun同样准许zvc进行真实场景的耗电测试，比如被测试件可以用正常的工作方式进行供电：电池供电（不是假电），usb线供电或者是ac adapter交流转换器供电等。
同样因为zvc的多通道，可以通过cmwrun监测各个通道的耗电情况，这样就可以监测被测试件板级各个组件的独立耗电情况，比如zvc的通道1可以监测板子的射频部分耗电，通道2可以监测板子处理器的耗电，通道3可以监测整块板子的耗电等等。这样，工程师们通过对测试结果的对比分析，就可以进行有目的的降低功耗改进了。
图6
cmwrun通过网口或者gpib的控制方式与cmw500进行通信，通过usb3.0数据线与zvc进行通信，被测件lte数据卡通过一个usb adapter（r&s演示用设备，方便zvc电压表与电流表接线），lte数据卡通过usb正常供电，因为cmw500自带usb接口，所以方便起见，直接将供电usb线接到cmw500自带u口上面。这样，耗电测试的环境setup完成。如图7所示。
图7
接下来要通过cmwrun编辑测试序列，自动化控制cmw500和zvc进行功耗测试了。图8中包含两个测试序列，左边序列是lte信令测试环境配置序列，控制cmw500配置lte数据卡不同的发射功率点：0dbm，10dbm和23dbm；右边是控制zvc的功耗测试序列，详细的配置参数可以同过双击此序列打开，如图9，这个序列是通过左边lte配置序列黑框中的测试步骤调用执行的。lte测试序列执行之时，也在并行的调用功耗测试序列，从而对lte数据卡3个不同发射功率点的功耗进行测试。已到达功耗测试的目的。
图8：r&s cmwrun cmw-kt051 controlling r&s cmw500 + r&s rt-zvcxx: power consumption monitoring with signaling event markers – key parts of report with signaling event marker from lte reconfiguration and increasing the ul power.
图9
图10就是cmwrun自动化功耗测试的结果。横轴是电压，电流和功率单位，纵轴是时间单位。从上到下的4条红线分别是channel reconfig，ul power=0dbm，10dbm和23dbm的信令事件触发标记点。触发之后，采样点也从原来的100ms采样一个点变成了10ms一个，数据变得更为精细。并且测试报告中会给出每两个触发事件之间功耗测试结果的平均值，最大值和最小值，方便工程师们对测试结果总结和分析。从测试报告中我们可以明显的看出，随着lte数据卡上行发射功率的增加，电源功耗也有明显增加的迹象，这些都属于功耗的正常行为。这里就不再详细分析了。
图10：r&s cmwrun cmw-kt051 power consumption monitor with signaling event in detail
5. 结束语
r&s zvc+cmw500+cmwrun自动化功耗测试解决方案已经逐步走进市场，为广大用户所熟知并接受。r&s公司也将继续致力于无线测试解决方案的研发与推广。和广大无线通讯领域用户一起前进，再创佳绩。
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