功耗是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用當(dāng)中非常關(guān)鍵的因素，在開(kāi)發(fā)的早期都會(huì)對(duì)功耗進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試。那么，如何使用ST提供的工具對(duì)動(dòng)態(tài)功耗進(jìn)行測(cè)量呢？針對(duì)BLE應(yīng)用應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行低功耗的設(shè)計(jì)呢？本篇跟大家一起聊聊該話題。

測(cè)量工具

在本文中使用CubeMonitor-Power + Power Shield的組合工具對(duì)STM32Nucleo開(kāi)發(fā)板的動(dòng)態(tài)功耗進(jìn)行測(cè)量。

CubeMonitor-Power是ST提供的上位機(jī)軟件，主要幫助用戶動(dòng)態(tài)的測(cè)量功耗。用戶可以設(shè)定采樣頻率，采樣時(shí)間，輸入電壓等。其界面如下：

X-NUCLEO-LPM01A是ST提供的一塊功耗測(cè)量的評(píng)估板，它可以配合CubeMonitor-Power上位機(jī)軟件，對(duì)目標(biāo)板的動(dòng)態(tài)功耗進(jìn)行測(cè)量，方便開(kāi)發(fā)者對(duì)功耗進(jìn)行評(píng)估。

其特性如下：可編程電壓源范圍：1.8v~3.3v

靜態(tài)測(cè)量：

電流范圍：1nA~200mA

動(dòng)態(tài)測(cè)量：

電流范圍：100nA~50mA

100KHz帶寬，3.2Msps采樣率

功耗測(cè)量范圍：180nW~165mW

X-NUCLEO-LPM01A與STM32WB Nucleo板的連接如下所示，完成連接后就可以通過(guò)上位機(jī)控制和測(cè)量Nucleo的功耗了。

不同低功耗模式的區(qū)別主要如下：

低功耗模式喚醒源喚醒后系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)鐘影響

Sleep中斷/事件與進(jìn)入前一樣CPU時(shí)鐘關(guān)閉，對(duì)其他時(shí)鐘或模擬時(shí)鐘源無(wú)影響

LPRUN清除LPR位與進(jìn)入前一樣無(wú)

LPSLEEP中斷/事件與進(jìn)入前一樣CPU時(shí)鐘關(guān)閉，對(duì)其他時(shí)鐘或模擬時(shí)鐘源無(wú)影響

Stop0/Stop1/Stop2任意EXTI，特定外設(shè)事件

STOPWUCK=1，HSI16STOPWUCK=0，MSI

所有時(shí)鐘關(guān)閉，除了LSI和LSE

StandbyWKUP引腳，RTC事件，LSECSS，NRST引腳復(fù)位，IWDG重置HSI16

ShutdownWKUP引腳，RTC事件， NRST引腳復(fù)位MSI 4MHz所有時(shí)鐘關(guān)閉，除了LSE

STM32WB支持的低功耗模式非常多，首先需要根據(jù)應(yīng)用情況選擇一個(gè)適合的低功耗模式，能保持BLE連接的低功耗模式主要有Sleep和STOP，

SMPS

LDO是一種線性電源，它的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電流紋波比較低，但電源效率偏低。

SMPS是一種開(kāi)關(guān)電源，它的優(yōu)勢(shì)在于電源效率高，損耗小，但由于頻率較高會(huì)對(duì)周?chē)O(shè)備造成一定的干擾，需要注意。

通過(guò)修改Nucleo板子上的SB31可以控制LDO還是SMPS供電：SB31打開(kāi)：SMPS打開(kāi)SB31關(guān)閉：SMPS關(guān)閉軟件側(cè)，打開(kāi)SMPS，修改app_conf.h代碼如下：

#define CFG_USE_SMPS 1

關(guān)閉SMPS，使用LDO，修改app_conf.h代碼：#define CFG_USE_SMPS 0

從以上圖片可以看出，使用SMPS無(wú)論是平均電流還是低功耗狀態(tài)下的電流都要更小，所以應(yīng)當(dāng)盡可能使用SMPS。

廣播參數(shù)

使用BLE_HeartRate Demo不需要做任何修改就可以測(cè)試不同的廣播參數(shù)，該demo默認(rèn)會(huì)先進(jìn)行一段時(shí)間快速?gòu)V播，然后再進(jìn)入慢速?gòu)V播。

廣播間隔不同，平均功耗不同。

左側(cè)圖片的廣播間隔為80ms~100ms，平均電流為282.914 uA。右側(cè)圖片的廣播間隔為1s~2.5s，平均電流為16.443 uA。

可以看出廣播間隔的長(zhǎng)短對(duì)功耗影響很大，所以在設(shè)計(jì)BLE應(yīng)用的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)考慮適當(dāng)降低廣播間隔。

為了保證盡快被對(duì)方設(shè)備發(fā)現(xiàn)，可以如ST 心率Demo中的做法類似，首先先進(jìn)入一段時(shí)間的快速?gòu)V播，然后使用慢速?gòu)V播，這樣既可以保證開(kāi)機(jī)時(shí)被發(fā)現(xiàn)的速度，又可以降低平均功耗。

連接參數(shù)

測(cè)試修改連接參數(shù)，可以使用ST提供的P2P Demo。注意：只有主機(jī)才能修改連接參數(shù)。

通過(guò)Button SW2按鍵，切換并測(cè)試不同的連接參數(shù)，代碼修改如下圖：打開(kāi)Button SW2的中斷：

關(guān)閉trace后，可以使能低功耗：

連接dongle后，按下Button后，切換不同的連接參數(shù)：

由于BLE在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，也會(huì)發(fā)送空包，所以降低連接間隔，可以降低平均功耗。

如圖所示，左邊是使用125ms連接間隔測(cè)試的結(jié)果，右邊是使用1250ms連接間隔的測(cè)試結(jié)果，左邊比右邊的平均電流要高近 140uA。所以在應(yīng)用中可以根據(jù)具體的應(yīng)用使用合適的連接間隔來(lái)降低平均功耗。

總結(jié)

本文介紹了使用STM32WB設(shè)計(jì)BLE應(yīng)用時(shí)，影響功耗的各方面的內(nèi)容。低功耗設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用時(shí)長(zhǎng)，往往是優(yōu)秀產(chǎn)品的必備要素，需要認(rèn)真掌握。

責(zé)任編輯：haq