Si vous êtes un ingénieur en matériel embarqué spécialisé dans la conception de produits, alors vous devez savoir l’importance de comprendre la consommation d’énergie de chaque partie de votre circuit afin de valider et optimiser votre circuit. Le Kit de profilage de puissance II de Nordic est un outil indispensable pour valider et optimiser les performances de votre système embarqué. En plus de cela, il vous aide également à choisir la batterie ou le système de stockage d’énergie, et le kit PPK2 peut vous donner toutes les informations nécessaires à ce sujet. Cet appareil peut mesurer avec précision la consommation d’énergie de vos prototypes embarqués, même ceux utilisant de très faibles quantités de courant.
Dans cet article, je vais vous parler des spécifications, des fonctionnalités et des fonctionnalités de cette carte, et je vais également vous montrer comment la connecter et l’utiliser pour mesurer la puissance de votre système embarqué. Je parlerai également brièvement de sa comparaison avec d’autres produits similaires sur le marché. Alors, sans plus tarder, plongeons-nous plus en détail dans ce produit.
Le Kit de profilage de puissance II de Nordic Semiconductor (PPK2) est un outil abordable et flexible qui offre aux ingénieurs la capacité de mesurer un courant aussi faible que 200 nano ampères jusqu’à 1 ampère, avec une résolution allant jusqu’à 100 nA pour les courants plus faibles. Une caractéristique spéciale de cet appareil est qu’il possède à la fois le mode source mètre et le mode ampèremètre. En mode source, le PPK2 agit comme une source capable de fournir une tension dans la plage de 0,8 V à 5 V avec un courant maximum de 1 ampère, c’est-à-dire qu’il peut agir comme une alimentation de 5 W. Cette fonctionnalité lui permet de fonctionner comme un système autonome pour analyser la consommation d’énergie de votre système.
En plus du courant instantané, il est capable de mesurer la consommation moyenne de courant sur une période de temps donnée.
La société propose également une application appelée logiciel nRF Connect pour le connecter à votre PC, ce qui facilite l’analyse et l’exportation des données pour le post-traitement.
- Tension d’alimentation variable de 0,8 V à 5,0 V
- Mesure du courant jusqu’à 1 A
- Modes source mètre et ampèremètre
- Haute résolution, jusqu’à 0,2 µA
- Passage automatique à 5 plages de mesure différentes pour une efficacité accrue et une meilleure résolution.
- Échantillonnage à 100 000 échantillons/seconde
- Port numérique à 8 broches pour le suivi numérique
- Affichage de la mesure du courant en temps réel
- Application pour PC dotée d’une interface utilisateur conviviale et riche en fonctionnalités.
- Communication par USB, permettant une simple intégration à d’autres applications
- Application pour PC pour l’analyse des mesures
- Exportation des données de mesure pour une analyse ultérieure
Que contient la boîte ?
L’appareil est livré dans une simple boîte en carton avec des graphiques minimes. La première chose que vous obtenez dans la boîte est le PPK2 placé à l’intérieur d’un sac antistatique. En plus de cela, vous obtenez un câble de port logique à 10 broches et un câble de mesure de courant à 4 broches.
- Carte Power Profiler Kit II
- Câble de port logique à 10 broches
- Câble de mesure de courant à 4 broches
Passons au PPK II
La carte comporte 2 connecteurs USB femelles sur le dessus, 1 pour transférer l’alimentation ainsi que les données, tandis que l’autre connecteur est uniquement destiné à l’alimentation. Connexion USB pour fournir une alimentation supplémentaire au PPK2. Nécessaire uniquement en mode Source Meter (> 400 mA).
Il y a un interrupteur marche/arrêt situé au centre de la carte.
En bas de la carte, nous avons un connecteur de fil dupont à 10 broches et dans l’autre coin, nous avons un connecteur dupont à 4 broches.
Le connecteur mâle à 4 broches est utilisé pour alimenter la carte et fournir une alimentation en sortie depuis la carte. Donc, lorsque vous utilisez la carte en mode source, vous devez lui fournir une alimentation externe et les 2 premières broches fonctionneront comme une entrée pour votre PPK2, tandis que les 2 broches suivantes fonctionneront comme une sortie fournissant l’alimentation à votre système embarqué.
De l’autre côté de la carte, il y a un autre jeu de 10 broches marqué comme port logique. Il contient 8 broches numériques ainsi que les broches Vcc et terre. Le PPK2 est capable de mesurer simultanément les entrées numériques de 8 canaux différents. Il offre une fonctionnalité d’analyseur logique de basse gamme.
Description du connecteur :
GND – Connexion à la masse pour le DUT.
VOUT – Sortie de tension positive pour le DUT.
VIN – Entrée d’alimentation externe. Utilisée uniquement en mode ampèremètre.
GND – Connexion à la masse pour le DUT.
USB DATA/POWER – Connexion USB pour l’alimentation et la communication avec le PPK2.
USB POWER ONLY – Connexion USB pour fournir une alimentation supplémentaire au PPK2. Nécessaire uniquement en mode Source Meter (> 400 mA).
LOGIC PORT
VCC – VCC du DUT
GND – GND du DUT
D0–D7 – Broches d’entrée numériques
Comment utiliser le port logique ?
Vous pouvez utiliser votre PPK2 comme un analyseur logique de basse gamme. Supposons que vous ayez conçu un système simple capable de mesurer la température, l’humidité et la pression atmosphérique, vous pouvez connecter 1 broche numérique depuis l’analyseur logique à votre microcontrôleur et tirer les io gpio à haut ou bas (selon votre code) pour faire fonctionner chaque capteur séparément et mesurer la consommation de courant dans chaque cas. Cette méthode peut vous aider à optimiser votre système ainsi qu’à calculer votre système de stockage d’énergie.
Comment le PPK2 mesure-t-il le courant ?
Le kit de profilage de puissance II dispose d’un convertisseur analogique-numérique (CAN) pour mesurer la chute de tension à travers une série de résistances de mesure fixes, la chute de tension est calculée par la loi d’Ohm. Le cœur du système est la puce système nRF52840 de Nordic. Il utilise la classe de périphérique de communication USB (CDC) et le modèle de contrôle abstrait (ACM), qui sont pris en charge par tous les principaux systèmes d’exploitation, ce qui le rend utilisable sans installation de pilote supplémentaire. Il dispose d’un circuit de commutation automatique capable de changer automatiquement entre 5 plages de mesure différentes pour fournir une sortie très précise. Le schéma en blocs du PPKII est montré ci-dessous.
Installation de l’application Power Profiler
Pour commencer à utiliser votre appareil, vous devez installer l’application Power Profiler sur votre PC et pour ce faire, suivez les étapes mentionnées ci-dessous.
Installez l’application nRF Connect pour PC en la téléchargeant depuis le site Web de l’entreprise.
Ouvrez l’application et recherchez l’application Power Profiler dans la liste, ou vous pouvez également cliquer sur la barre de recherche, taper Power Profiler et cliquer sur Installer.
Actuellement, vous pouvez ouvrir l’application et connecter votre PPK2 pour commencer à analyser la consommation d’énergie.
Chaque fois qu’une nouvelle mise à jour est disponible, un bouton de mise à jour devient disponible juste à côté, cliquez dessus et votre application sera mise à jour vers la nouvelle version.
Comment connecter votre logiciel nRF Connect à votre PC ?
Vous avez besoin d’un câble USB pour alimenter la carte et la connecter à l’ordinateur pour l’enregistrement et l’affichage des données. Vous devez installer le logiciel nRF Connect que vous pouvez télécharger à partir du site Web de Nordic. Ce logiciel peut être utilisé sous Windows, MacOS ainsi que sous Linux.
Mode de mesure du PPK II
Le PPK II dispose de 2 modes de mesure, le mode Source Mètre et le mode Ampèremètre. Pour sélectionner un mode, vous devez utiliser l’application. Plus de détails sur les deux modes sont donnés ci-dessous.
La figure ci-dessous, tirée de la fiche technique officielle, montre comment connecter un appareil à notre PPK II. Sur la figure, le PPK II est utilisé avec un kit de développement nRF9160 en mode source mètre.
Mode Source Mètre :
Lorsque l’appareil est utilisé en mode Source Mètre, le PPK II fonctionne comme une alimentation, alimentant le dispositif en test (DUT). La tension de sortie peut être variée entre 0,8 V et 5 V et elle peut fournir un courant maximum de 1 ampère. Dans ce mode, la source d’alimentation USB doit fournir 50 mA pour le PPK2 en plus de la consommation de courant d’alimentation maximale du DUT.
Remarque: Si vous devez fournir plus de 600 mA d’énergie au DUT (Device Under Test), vous devez utiliser les deux ports USB simultanément.
Mode Ampèremètre :
Lorsque le PPK II fonctionne en mode Ampèremètre, il fonctionne tout comme un ampèremètre et mesure le courant, dans ce cas, le kit de profilage de puissance de Nordic ne fournit aucune énergie et le module à tester doit être alimenté par une source externe.
Le courant maximal du dispositif en test, dans les deux modes, est indiqué ci-dessous :
Résolution de mesure et précision :
La résolution nous indique la plus petite unité de courant que cet appareil est capable de mesurer. La résolution du PPK2 est donnée dans le tableau ci-dessous.
La précision joue un rôle essentiel dans tout équipement de mesure. Elle indique à l’utilisateur à quel point les valeurs affichées sont proches de la valeur réelle. La précision du PPK2 dans différentes plages est indiquée dans le tableau ci-dessous.
Mode de visualisation :
L’application Power Profiler dispose de 2 modes de visualisation : le mode enregistreur de données et le mode temps réel. Les deux modes fournissent une consommation d’énergie détaillée d’un appareil connecté.
Vue en temps réel :
Dans ce mode, le module fonctionne comme un oscilloscope, affichant les valeurs en temps réel de la consommation d’énergie.
Vue de l’enregistreur de données :
Ce mode est utilisé pour surveiller et analyser la consommation d’énergie sur une période de temps.
Contrôles avancés
Le logiciel vous permet d’activer quelques fonctionnalités supplémentaires telles que l’ajustement du gain pour les plages individuelles ou l’activation d’un filtre de pic, ces fonctionnalités peuvent être accessibles en ouvrant le panneau de contrôle avancé en cliquant sur Ctrl+ALT+Shift+A
Tester le PPK2
Pour tester le module, j’ai utilisé 2 NodeMCUs, l’un est un appareil neuf tandis que l’autre est un peu endommagé, ce qui provoque une légère génération de chaleur et donc une perte d’énergie. Nous allons connecter les deux appareils pour voir combien d’énergie le dispositif défectueux consomme.
Lorsqu’il est connecté à un NodeMCU neuf, il a consommé un courant moyen de 237 mA comme le montre l’image ci-dessous.
Lorsque nous avons connecté le NodeMCU endommagé, la consommation de courant moyen était d’environ 360 mA.
Comme prévu, le NodeMCU endommagé gaspillait environ 120 mA d’énergie sous forme de chaleur, ce qui représente une perte de 35 % d’énergie sous forme de chaleur.
Paramètres de fonctionnement :
Selon la fiche technique officielle de Nordic, la carte est destinée à une utilisation en intérieur. Les paramètres de fonctionnement de la carte sont répertoriés ci-dessous dans le tableau :
|
Élément |
Description |
|
Utilisation en intérieur ou extérieur |
Intérieur |
|
Altitude |
Jusqu’à 2000 m |
|
Température |
5-40 °C |
|
Humidité relative |
80 % maximum |
Outils de substitution
Il existe de nombreux outils de profilage de puissance CC disponibles sur le marché. La plupart des outils pour cette application coûtent plus de 500 dollars. Certains des outils de profilage de puissance les plus courants sont comparés dans le tableau ci-dessous :
|
Nom de l’appareil |
Coût |
Plage de tension |
Plage de courant |
|
Power Profiler Kit II |
89 $ |
0,8 – 5 V |
0 – 1 A |
|
Joulescope |
799 $ |
-1 – 15 V |
-1 – 3 A |
|
Otii |
699 $ |
0,55 – 4,55 V |
0 – 3 A |
|
BattLab |
99 $ |
1,2 – 4,5 V |
0 – 450 mA |
|
uCurrent Gold |
AU$ 89 (hors taxes) |
2,7 – 5,5 V |
0 – 1,25 A |
Conclusion
Le PPK2 est un excellent outil pour mesurer et analyser la puissance de votre système embarqué. Il offre une large plage de mesure avec une bonne résolution et une précision décente. L’appareil dispose de 2 modes et peut fonctionner comme une alimentation pour les applications à faible consommation. Pour un coût de 89 $, c’est un bon achat pour toute personne développant un appareil alimenté par batterie.
Retrouvez l’histoire de Raspberry Pi dans cette vidéo :
