TD-SCDMA 终端耗电性能测试浅析
2010-12-20 14:02:47
来源：半导体器件应用网
随着 TD-SCDMA 社会化业务测试和试商用的正式启动，TD-SCDMA 终端将逐步被更多的普通用户使用。TD-SCDMA 终端支持的业务更加丰富，用户对 TD-SCDMA 通信服务质量的期望也越高，相应地对终端耗电性能也将提出更高的要求。
TD-SCDMA 终端除支持基本的语音、短信以外，还支持高速数据下载和视频电话等丰富的多媒体应用，因此增加了复杂的物理层数字信号处理和高层协议栈软件处理。这大大增加了终端省电的处理难度，对 TD-SCDMA 终端设计提出了挑战。
TD-SCDMA 终端的耗电性能测试是终端入网测试的一个重要测试内容。本文将对耗电性能测试的方法以及终端如何省电展开论述。
TD-SCDMA 终端耗电测试内容和指标要求
为了促进 TD-SCDMA 终端耗电性能的指标优化、进一步提升用户感受，在 TD-SCDMA 终端相关行业标准中明确规定了耗电性能的指标要求和测试方法。
衡量终端整机耗电性能的主要指标有待机时间和通话时间。其中，通话时间可以根据业务类型细分为语音通话时间、可视电话通话时间、FTP 上传/下载时间、流媒体业务时间等。根据行业标准要求，TD-SCDMA 终端入网测试要求的耗电测试项目是待机时间、通话时间以及可视电话通话时间。
待机时间指终端（电池电量充满）保持空闲状态直至电量耗尽关机的持续时间。
通话时间指终端（电池电量充满）保持某种业务通话状态直至电量耗尽关机的持续时间。
需要注意的是，TD-SCDMA 终端耗电性能指标中提出的仅仅是最低要求，希望终端的耗电性能优于这个最低要求。另外，因为双模双待机终端的 TD-SCDMA 和 GSM 两个模式能够同时工作，待机电流相对单模终端会有所提高，所以待机指标要求相对降低。对于双待机终端，在进行 TD-SCDMA 模式的耗电性能测试时要求 GSM 模式一直处于待机状态。
TD-SCDMA 终端耗电性能测试方法
待机时间和通话时间的测试方法有两种：直接测量和间接测量。
直接测量即直接记录终端维持在空闲状态或通话状态的持续时间。直接测量方法简单，对测试仪表要求较低，测试结果直观，能够反映终端整机（包括电池）的耗电性能，缺点是不便深入分析，且耗时耗力。
间接测量是分别测量终端待机耗电电流和通话时耗电电流，然后根据终端电池的容量折算出待机时间和通话时间。间接测量方法的关键在于要保证电流测量的精度和准确度，故间接测量对测试仪表精确度要求较高，优点是省时高效，并可以排除终端电池性能的影响，能从耗电电流大小和电流质量来反映终端的耗电性能，有利于深入分析不同终端耗电性能差异的原因。通信行业标准采用间接测量的方法。
间接测量方法也有两种：电流计方式和感应电阻方式。
(1)电流计方式
电流计方式的测试连接如图 1 所示。
终端装配上相应的假电池，通过恒压直流电源提供所需的标称工作电压，由具备求平均值功能的电流计来测量终端的耗电电流，电流计的测量精度要在 100μA 以上。通常较为精密的恒压直流电源本身就具备精确测量输出电流的功能，因此若使用这类恒压直流电源则可以不需要使用电流计，直接从直流电源上读取电流数值。
在这种方式的耗电性能测试系统中，直流电源必须在整个测试中尽量准确地模拟手机电池的性能，包括电压、电流、内阻等。所以直流电源要求频带宽，具有超快速瞬态负载电流响应，能减少瞬间大电流时的压降，同时要求输出阻抗可编程，能模拟电池真实阻抗。另外，必须通过直流电源的反馈端进行电压补偿，以保证电压源的输出电压保持为电池的标称电压。
还有一点非常重要，为了减小测量不确定度，供电电缆以及测试夹具等的阻抗必须尽量小，以保证测试结果的准确性。
在行标中要求测量 30min 内的平均待机电流，15min 内的平均通话电流。为了满足测试时长的要求，通常需要用 PC 机远端控制直流电源，通过程序控制来实现长时间电流采集和记录。
(2)感应电阻方式
感应电阻方式的测试连接如图 2 所示。
此种方式是通过测量感应电阻两端的电压，换算出平均待机电流和平均通话电流，测量设备可以是采用示波器或者高速数据采集卡等，要求采样率至少 5 万次/秒，噪声基底小于最低的 ADC 步进。待机电流测量分辨率至少0.1mA，通话电流测量分辨率至少 0.5mA。待机电流测量用的感应电阻的要求是，阻值 0.5ohm 的高精密金属膜电阻器，精度不小于 0.1%，功率不小于 0.5W。通话电流测量用的感应电阻的要求是，阻值 0.1ohm 的高精密金属膜电阻器精度不小于 0.1%，功率不小于 2W。另外，推荐使用带有感应线的电阻，否则需要精确地测量电阻值，并考虑连接线缆的阻抗。
这种测试方法，要求用标配电池给终端供电，并且电池的制造期限不应超过 3 个月。将标配电池装入终端，终端处于关机状态，使用标配充电器，并按照终端用户手册中说明的充电方法，对终端进行充分地充电。充电完成后，从终端中取出电池，等待 1 个小时后，将标配电池重新装入终端，电池正极与感应电阻相连，电池负极与终端负极相连，电阻的另一端与终端正极相连。
这种方式同样要求测量 30min 内的平均待机电流，15min 内的平均通话电流。为了满足测试时长的要求，通常也需要用 PC 机远端控制测量设备，通过程序控制来实现长时间电流采集和记录。
在这两种测试方式中，耗电性能测试时网络环境的选择非常重要。测试环境分为单小区环境和多小区环境。在单小区环境下测试，因为没有邻小区，终端不进行邻小区测量，小区重选，故功耗较低，但是不能真实反应终端在实际网络中的耗电情况。在多小区环境下，终端需要进行邻小区测量和上报，可以更好地模拟出终端在实际网络中的使用情况，耗电测试结果更接近用户使用过程中的耗电性能表现。所以，终端耗电测试的网络环境需要在多小区环境下进行。我国行标中采用的就是多小区测试环境。对于 TD-SCDMA 网络环境，要求至少4个邻小区，服务小区 PCCPCHRSCP为-80dBm，DRX 周期为 1.28s，对于双模终端测试需要的 GSM 网络环境是至少 1 个邻小区，Paginginterval 为 5 个 multiframes。
TD-SCDMA 终端除支持基本的语音、短信以外，还支持高速数据下载和视频电话等丰富的多媒体应用，因此增加了复杂的物理层数字信号处理和高层协议栈软件处理。这大大增加了终端省电的处理难度，对 TD-SCDMA 终端设计提出了挑战。
TD-SCDMA 终端的耗电性能测试是终端入网测试的一个重要测试内容。本文将对耗电性能测试的方法以及终端如何省电展开论述。
TD-SCDMA 终端耗电测试内容和指标要求
为了促进 TD-SCDMA 终端耗电性能的指标优化、进一步提升用户感受，在 TD-SCDMA 终端相关行业标准中明确规定了耗电性能的指标要求和测试方法。
衡量终端整机耗电性能的主要指标有待机时间和通话时间。其中，通话时间可以根据业务类型细分为语音通话时间、可视电话通话时间、FTP 上传/下载时间、流媒体业务时间等。根据行业标准要求，TD-SCDMA 终端入网测试要求的耗电测试项目是待机时间、通话时间以及可视电话通话时间。
待机时间指终端（电池电量充满）保持空闲状态直至电量耗尽关机的持续时间。
通话时间指终端（电池电量充满）保持某种业务通话状态直至电量耗尽关机的持续时间。
需要注意的是，TD-SCDMA 终端耗电性能指标中提出的仅仅是最低要求，希望终端的耗电性能优于这个最低要求。另外，因为双模双待机终端的 TD-SCDMA 和 GSM 两个模式能够同时工作，待机电流相对单模终端会有所提高，所以待机指标要求相对降低。对于双待机终端，在进行 TD-SCDMA 模式的耗电性能测试时要求 GSM 模式一直处于待机状态。
TD-SCDMA 终端耗电性能测试方法
待机时间和通话时间的测试方法有两种：直接测量和间接测量。
直接测量即直接记录终端维持在空闲状态或通话状态的持续时间。直接测量方法简单，对测试仪表要求较低，测试结果直观，能够反映终端整机（包括电池）的耗电性能，缺点是不便深入分析，且耗时耗力。
间接测量是分别测量终端待机耗电电流和通话时耗电电流，然后根据终端电池的容量折算出待机时间和通话时间。间接测量方法的关键在于要保证电流测量的精度和准确度，故间接测量对测试仪表精确度要求较高，优点是省时高效，并可以排除终端电池性能的影响，能从耗电电流大小和电流质量来反映终端的耗电性能，有利于深入分析不同终端耗电性能差异的原因。通信行业标准采用间接测量的方法。
间接测量方法也有两种：电流计方式和感应电阻方式。
(1)电流计方式
电流计方式的测试连接如图 1 所示。
终端装配上相应的假电池，通过恒压直流电源提供所需的标称工作电压，由具备求平均值功能的电流计来测量终端的耗电电流，电流计的测量精度要在 100μA 以上。通常较为精密的恒压直流电源本身就具备精确测量输出电流的功能，因此若使用这类恒压直流电源则可以不需要使用电流计，直接从直流电源上读取电流数值。
在这种方式的耗电性能测试系统中，直流电源必须在整个测试中尽量准确地模拟手机电池的性能，包括电压、电流、内阻等。所以直流电源要求频带宽，具有超快速瞬态负载电流响应，能减少瞬间大电流时的压降，同时要求输出阻抗可编程，能模拟电池真实阻抗。另外，必须通过直流电源的反馈端进行电压补偿，以保证电压源的输出电压保持为电池的标称电压。
还有一点非常重要，为了减小测量不确定度，供电电缆以及测试夹具等的阻抗必须尽量小，以保证测试结果的准确性。
在行标中要求测量 30min 内的平均待机电流，15min 内的平均通话电流。为了满足测试时长的要求，通常需要用 PC 机远端控制直流电源，通过程序控制来实现长时间电流采集和记录。
(2)感应电阻方式
感应电阻方式的测试连接如图 2 所示。
此种方式是通过测量感应电阻两端的电压，换算出平均待机电流和平均通话电流，测量设备可以是采用示波器或者高速数据采集卡等，要求采样率至少 5 万次/秒，噪声基底小于最低的 ADC 步进。待机电流测量分辨率至少0.1mA，通话电流测量分辨率至少 0.5mA。待机电流测量用的感应电阻的要求是，阻值 0.5ohm 的高精密金属膜电阻器，精度不小于 0.1%，功率不小于 0.5W。通话电流测量用的感应电阻的要求是，阻值 0.1ohm 的高精密金属膜电阻器精度不小于 0.1%，功率不小于 2W。另外，推荐使用带有感应线的电阻，否则需要精确地测量电阻值，并考虑连接线缆的阻抗。
这种测试方法，要求用标配电池给终端供电，并且电池的制造期限不应超过 3 个月。将标配电池装入终端，终端处于关机状态，使用标配充电器，并按照终端用户手册中说明的充电方法，对终端进行充分地充电。充电完成后，从终端中取出电池，等待 1 个小时后，将标配电池重新装入终端，电池正极与感应电阻相连，电池负极与终端负极相连，电阻的另一端与终端正极相连。
这种方式同样要求测量 30min 内的平均待机电流，15min 内的平均通话电流。为了满足测试时长的要求，通常也需要用 PC 机远端控制测量设备，通过程序控制来实现长时间电流采集和记录。
在这两种测试方式中，耗电性能测试时网络环境的选择非常重要。测试环境分为单小区环境和多小区环境。在单小区环境下测试，因为没有邻小区，终端不进行邻小区测量，小区重选，故功耗较低，但是不能真实反应终端在实际网络中的耗电情况。在多小区环境下，终端需要进行邻小区测量和上报，可以更好地模拟出终端在实际网络中的使用情况，耗电测试结果更接近用户使用过程中的耗电性能表现。所以，终端耗电测试的网络环境需要在多小区环境下进行。我国行标中采用的就是多小区测试环境。对于 TD-SCDMA 网络环境，要求至少4个邻小区，服务小区 PCCPCHRSCP为-80dBm，DRX 周期为 1.28s，对于双模终端测试需要的 GSM 网络环境是至少 1 个邻小区，Paginginterval 为 5 个 multiframes。
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