WiFi目前已經發展為一種非常普遍的技術，也是物聯網（IoT）互聯的主要方式。然而WiFi面臨的主要問題是對于功耗的要求非常嚴格，Imagination推出的Ensigma 'Whipser' 低功耗WiFi IP橫空出世，能夠為物聯網和其他電池操作的設備提供完美的超低功耗解決方案。本篇文章我們與大家分享使用'Whisper' WiFi IP核來定制化芯片并且測量實際的功耗，測量系統功耗能夠幫助我們確定最終產品的電池壽命。

測試環境搭建

我們的測量環境使用的是泰克科技（Techtronix）TDS 784D示波器和TCP202電流探針，對于低電流的測量我們使用的是一個數字萬用表（Metrix MX56）。處于互連待機模式下電流的測量是將待測設備（DUT）與TP-Link AC750路由器連接，所有的電流測量都是經過通道1（Channel 1）,通道模式處于混合模式（802.11 b/g/n），頻率帶寬20MHz，不啟用加密。該測試環境既可以用于活躍狀態（發送和接收）也可用于非活躍狀態（睡眠模式）下的功耗測量。

圖1：搭建測試環境和測量儀器

電源域分區

'Whisper' 無線電處理單元（RPU）具有多個電源分區，面向不同的功能模塊提供電源，同時還設計了睡眠控制器，盡可能在最短的時間內為每一個電源分區提供電源，同時在最短的時間內切斷電源。電源分區主要包括以下幾個：3.3V用于功放（PA），1.6V用于射頻信號（RF）,1.1V用于數字模塊。我們分別對每個電源分區進行的功耗測量。

圖2：'Whisper'無線電處理單元（RPU）的電源分區設計

圖3：'Whisper'無線電處理單元（RPU）睡眠控制器設計

3.3V功放（PA）模塊的功耗

功放模塊的功耗測量分為兩類：最高輸出功率（最低數據速率）和最低輸出功率（最高數據速率），如下圖所示。從圖片中我們可以看出發射輸出功率在10.5dBm時的電流值為98mA，相應地功率在17.5dBm時的電流為136mA。功放模塊是發射通路的主要功耗，'Whisper'架構主要就是降低每個模塊（包括功放）的功耗。

圖4：802.11n MCS7信號@10.5dBm的傳輸過程

圖5：802.11b 1Mbps信號@17.5dBm的傳輸過程

1.8V射頻（RF）模塊功耗

射頻模塊的功耗分別測量了發射通路和接收通路，如下圖所示。從圖中我們可以看出，接收鏈路的功耗電流是29mA，發射鏈路的功耗電流是59mA，接收功耗是互連待機狀態下功耗的關鍵參數，'Whisper' IP核對于接收鏈路的功耗進行了具體的優化。

圖6：802.11 n MCS7信號的接收

圖7:802.11 n MCS7信號的發射

1.1V電源分區的功耗

數字化分區同樣也測量了發射和接收鏈路的功耗情況，如下方圖片所示。在這種模式下，接收鏈路的電流為16mA,發射鏈路的電流為13mA。通過基帶的創新算法和門功率的控制的結合對數字化分區的功耗進行了全面的優化。

圖8：802.11n MCS7信號的接收與發送

當前狀態下的功耗總結

對于物聯網（IoT）設備來說功耗的關鍵指標就是接收狀態下的功耗，詳情如下方表格所示。在活躍模式下'Whisper'內核接收功耗為64mW，通過對大部分類似設備的測試以及數據統計，可以公平的指出在大多數情況下'Whisper'內核的接收功耗表現更好——在大部分情況下約為50%。

表1：功耗數據統計

應用能耗計算實例：對于間歇性工作狀態的設備比如煙霧警報傳感器，該設備會在每隔一段時間就會激活與服務器（或接入點）進行數據通信。主要涉及兩種工作狀態：靜態功耗（睡眠模式）和激活功耗（這個狀態下RF收發器的各個子模塊都需要消耗功率并且接收數據）。

這個場景下互連待機狀態下功耗計算如下：

功耗 = 29mA*33ms + 0.5mA*(304-33)ms = 1.1mC
在一小時內，如果這個設備每隔兩分鐘激活一次（一小時也就是30次），那么總的功耗計算就是 = 1.1 * 30mAs。
對于一個電池容量為1000mAH的電源來講，那么它的壽命為 = (1000 mAh/33(mAs))/24 小時 = 12.45 年

總結

通過上文的測試分析，Ensigma 'Whisper'低功耗WiFi IP核消耗的功率大約是相似設備功耗的一半，是物聯網應用理想的解決方案，具有低成本、低功耗和可靠的性能等關鍵特性。