3. 功耗测量方法与工具

在 nRF 系列低功耗设计中，功耗测量不是“测一次电池电压”那么简单。BLE 连接间隔、广播事件、休眠电流、DC/DC 与 LDO 模式切换，都会让电流在微安到几十毫安之间快速跳变。若只用万用表读一个平均值，很容易把 3 µA 的 System OFF 电流和 1.8 µA 的漏电流混为一谈，也无法判断峰值是否触发 BOD 或拉低纽扣电池电压。因此，本节围绕四类手段展开：Nordic Power Profiler Kit（PPK/PPK2）、电流探头配示波器、源表（SMU）测量，以及平均电流与峰值电流的捕获与判读。

一、先明确测量对象：平均电流与峰值电流不是一回事

平均电流决定续航，峰值电流决定电源能否撑住。以 nRF52832 为例，广播事件中射频发射瞬间可达约 5～8 mA，若用 CR2032 纽扣电池供电，其内阻和瞬态响应会在峰值处产生压降；而平均电流可能只有几十微安。计算续航时用平均电流，检查复位、掉电、BOD 时用峰值电流。测量前先定义参照：电流从 VDD 流入芯片为正，GND 回路为返回路径；所有探头方向、分流电阻两端极性必须统一，否则平均电流符号会出错。

二、Nordic Power Profiler Kit：最贴合 nRF 的测量工具

PPK2 是 Nordic 官方推荐的功耗测量工具，可输出 0.8～3.6 V 可调电源，并以约 100 ksps 采样电流，动态范围从亚微安到 1 A。典型接法：PPK2 的 VOUT 接目标板 VDD，GND 共地，目标板不再由 USB 或电池供电。在 nRF Connect for Desktop 的 Power Profiler 应用中，可设置采样率、触发方式和测量时长。

实操时建议先做一次“静态基线”测量：目标板烧录进入 System OFF 的固件，PPK2 供电 3.0 V，采样 10 s，观察电流是否稳定在 1～3 µA 量级。若读到几十微安，优先检查未使用的 GPIO 是否悬空、外部上拉是否漏电、调试接口是否仍使能。随后再测广播事件：设置触发为“电流上升沿超过 1 mA”，捕获一次广播周期，读取峰值和平均电流。PPK2 的优点是能同时看到 µA 级睡眠底噪和 mA 级射频尖峰，适合验证连接间隔、广播间隔和 DC/DC 配置对功耗的影响。

三、电流探头 + 示波器：看瞬态细节

当需要观察上电冲击、DC/DC 切换振铃或射频包络时，PPK2 的采样率可能不够。此时可用电流探头（如 TCP0030A 或小电流互感器）夹住 VDD 走线，配合示波器观察。注意电流探头有带宽和量程限制：测 µA 级睡眠电流时，探头底噪可能淹没信号，因此更适合看 mA 级峰值。若用分流电阻法，可在 VDD 路径串入 10 Ω 电阻，用差分探头测其压降，再按 I=V/R 换算。10 Ω 在 6 mA 时压降为 60 mV，对 3 V 供电影响约 2%，可接受；但若峰值达 15 mA，压降 150 mV，需评估是否影响芯片工作。

四、源表测量：精确但慢

源表（SMU，如 Keithley 2400 系列）可同时供电和测电流，精度高、量程宽，适合测 System OFF 漏电流、静态偏置电流。其缺点是采样率低，通常只有几十到几百 Hz，无法捕获射频峰值。因此源表适合做“慢速精确基线”，PPK2 适合做“快速动态波形”，两者互补。实操中可先用源表在 3.0 V 下测 60 s 平均电流，确认睡眠底噪；再用 PPK2 捕获广播事件，确认峰值和事件平均电流。

五、平均电流与峰值电流的捕获要点

平均电流的捕获要覆盖完整工作周期。例如连接间隔 100 ms、每次连接事件持续 3 ms，则至少采集 1 s，让平均窗口包含多个事件。PPK2 软件会直接给出窗口内平均值，但要注意触发位置：若触发在事件中间，窗口可能截断，导致平均值偏低。峰值捕获则要设置合适触发阈值，如 1 mA 上升沿，并开启峰值保持功能。若峰值出现毛刺，可适当增加采样率或使用示波器高带宽通道复核。

六、一个可复用的测量记录示例

表中数据为教学示例，实际值随固件、天线匹配和供电电压变化。测量时建议固定供电电压、固定温度、固定固件版本，并记录采样率和触发设置，否则不同批次数据无法比较。只有把平均电流和峰值电流分开捕获、分开判读，才能既算准续航，又保证系统在瞬态下不复位、不掉电。