對於行動裝置和物聯網裝置來說，電池的續航力表現將顯著影響使用體驗，甚至可能導致裝置無法滿足特定場域的需求。電池耗電分析有助於各式裝置業者了解產品的耗電情形，進而延長裝置運作時間。
電池耗電分析常用儀器/軟體
(承前文)以下將說明電池耗電分析常用的測試儀器和軟體，並以是德科技(Keysight Technologies)的解決方案進行舉例
二象限電源量測設備
二象限電源量測設備(Two-quadrant SMU)如Keysight N6781A(輸出功率達20W)和N6785A(輸出功率達80W)，均適用於電池耗電分析。「二象限」指量測設備可以供電與受電。
桌上型電源分析儀
Keysight N6705C等桌上型電源分析儀可準確量測待測元件的電流消耗並顯示其波形。為模擬各種真實的裝置狀態，使用者需要對SMU進行程序控制，以便開啟或關閉不同裝置子系統和子電路的電源。
適用於自動測試設備的電源系統
模組化系統電源供應器，例如N6700系列儀器，適用於執行量產測試所需的自動化測試設備。將電池耗電SMU模組插入電源供應器後，便可準確量測電池的耗電量。
電池模擬電源供應器
除了上述電源供應器和專用的SMU，電池模擬電源供應器如E36731A亦可進行電池耗電分析，其與SMU一樣為二象限裝置，專用於分析和模擬電池特性。
首先，此電池模擬電源供應器會藉由分析真實電池來建立電池模型。當與待測元件連結時，這些模型可模擬與真實電池相同的特性，並同時量測電流消耗和其他參數。
相較於SMU，這些裝置可以提供更大的功率，但其量測解析度和準確度較低。若裝置在極低電流下運作，且要求高準確度的結果，建議使用SMU進行量測。電池模擬電源供應器適用於在大電流下運作，且對準確度要求不高的裝置。
電池耗電分析軟體
功能強大的軟體也是電池耗電分析的重要關鍵。由於電池耗電是一種複雜的現象，需要透過複雜的資料分析，才能得出可靠的結論，進一步正確預測真實結果。
PathWave BenchVue進階電池測試與模擬軟體及進階電源控制與分析軟體可連接電源分析儀和系統電源供應器，以提供電池耗電分析功能，例如短期波形擷取、可長時間擷取波形的資料記錄器，以及互補累進分布函數(CCDF)，以對功耗進行統計分析。
支援電池耗電分析的整合式解決方案
整合上述儀器和軟體而打造出經過驗證和校驗的市售解決方案，有助於使用者進行電池耗電分析，例如X8712A即為物聯網電池續航力最佳化解決方案。
電池耗電分析實作解疑
電池耗電分析的基礎概念是，在電池模型的輔助下，透過電源供應器(例如N6705C+SMU、N6700+SMU或E36731A)模擬真實電池，並同時量測正執行各種模式、功能或內建軟體之待測元件的電流消耗情形。
圖2 無線通訊裝置之電池耗電分析的典型測試配置
以下說明使用先前介紹的儀器和軟體分析電池耗電的流程(圖3)：
- 將待測元件連接至電源供應器：電源供應器被配置在零負擔電流表模式下量測電流，可確保量測配置中的壓降不會影響待測元件的電池電壓。
- 配置測試參數：使用PathWave BenchVue等電池耗電分析軟體配置所需的測試參數，例如量測電流值的量測範圍和整合週期。
- 執行測試：使用BenchVue軟體啟動測試。該軟體可指示SMU模擬特定電池型號的供電和放電特性，並可進一步在指定的測試時間內，準確量測待測元件的電流消耗情況。
- 分析電池耗電資料：在記錄電池耗電資料以進行離線分析時，該軟體還可即時顯示電流波形。
圖3 電池耗電分析步驟
以下是針對電池耗電分析常見問題的解答：
從休眠模式快速切換到螢幕開啟模式時，將產生叢發性功耗(Bursty Power Consumption)，電流消耗將從奈安培(nA)激增到數百毫安培(mA)或低安培(A)，極寬的電流消耗範圍為無間斷量測帶來挑戰。N6781A和N6785A SMU可透過其無間斷量測範圍(Seamless Measurement Ranging)功能，涵蓋寬廣的動態範圍。
藉由在子系統或子電路層級進行基於事件的功率量測和電流量測，可以準確地找出效率低下的元件和軟體功能。此外，透過記錄數天或數週的長期資料，有助了解間歇或連續使用某些裝置功能，對整體電池續航力的影響。藉由長時間監控裝置，開發人員可找出導致高功耗的軟體功能或硬體元件。
進行電池耗電分析可協助物聯網及行動裝置製造商對電池表現進行優化，本文說明電源耗電分析的重要性，並介紹進行分析常採用的儀器和軟體，以及實際進行量測的流程和常見問題。諸如是德科技具備無間斷量測範圍和精密電池分析軟體等功能的高精密儀器，可提供優秀的電池耗電分析準確度，進而為行動、物聯網、醫療或穿戴式裝置的電池最佳化助一臂之力。
(本文作者為是德科技產品行銷經理)
電池耗電分析助攻續航力升級 量測儀器/實作流程全解析(1)
電池耗電分析助攻續航力升級 量測儀器/實作流程全解析(2)