Comment tester les équipements

58 MESURES 773 - MARS 2005 - www.mesures.com
S olutions
L’
énergie consommée et la durée de
charge des batteries sont des fac-
teurs qui deviennent de plus en
plus critiques dans le développe-
ment des matériels, modules et autres pro-
duits électroniques.Les téléphones mobiles
sont les produits les plus connus dans ce
domaine mais on peut aussi citer les prothèses
acoustiques,les pacemakers,les baladeurs,les
PDA,les modules Bluetooth,les capteurs Zig-
bee, les ordinateurs portables, etc.Tous sont
sensibles aux problèmes de consommation.
Au stade de la conception finale,de nombreux
facteurs sont pris en compte pour gérer la
consommation d’énergie et prévoir ainsi la
durée de vie de la batterie. L’analyse de la
conception, la simulation et la modélisation
sont des étapes extrêmement importantes,
mais au final la validation de la conception et
la confirmation des spécifications sont réalisées
en pratiquant des mesures physiques sur
l’équipement. A partir de là, quelles
sont les techniques les
mieux adaptées pour
mesurer la consomma-
tion des équipements
fonctionnant à basse
tension, avec des
charges variables ? Il
existe deux alterna-
tives : soit utiliser une
alimentation dotée de
fonctionnalités de
mesure intégrées, soit
faire appel à des ins-
truments séparés (ali-
mentation,appareils de
mesure). La première
solution est de loin la
meilleure :le câblage et
les connexions sont
simplifiés,on gagne de
la place au niveau du banc ou du rack. De
plus, du fait qu’il n’y a qu’un seul instru-
ment,la programmation est plus facile.Autre
avantage, l’unité en cours de test (Device
Under Test, DUT) peut aussi être protégée
plus facilement contre les surtensions en cas
d’erreur ou de défaut.Enfin,le coût est moins
élevé.
Déterminer les critères de test
La première étape consiste à déterminer les
critères de test. Si l’on veut déterminer la
durée de charge de la batterie,il est nécessaire
de mesurer avec précision la puissance
moyenne consommée sur un temps défini
et pendant la décroissance de la tension d’ali-
mentation de la batterie.S’il s’agit de simu-
ler une alimentation secteur capable de four-
nir la puissance nécessaire pour les pointes de
courant sans aucun affaiblissement, il est
nécessaire de disposer d’une alimentation à
bande passante suffisamment large pour
maintenir une tension de sortie correcte,
même dans le cas d’un appel de courant bru-
tal. Il faut aussi que le système soit capable
de mesurer le courant absorbé pendant cet-
te pointe de courant. Pour tester les perfor-
mances de l’équipement sous test au fur et à
mesure que la tension décroît au cours de la
décharge de la batterie, il faut aussi que
l’équipement de test soit capable de simuler
une chute de la tension d’alimentation tout
en synchronisant la mesure de courant et les
autres instruments afin d’étudier les perfor-
mances pendant la baisse de la tension.
Plusieurs régimes de courant
Une fois que l’analyse de l’équipement a été
effectuée, l’ingénieur de test doit alors avoir
une idée raisonnable du courant absorbé dans
les différentes conditions de fonctionnement.
Le courant de veille ou de pause (il peut y
avoir éventuellement plusieurs niveaux de
“pause”),l’amplitude des courants de poin-
te ou de rafale,la durée de ces rafales et leur
fréquence sont des critères très importants.
Il peut même s’avérer nécessaire de tester
l’équipement dans différentes conditions de
fonctionnement : par exemple, déterminer
le courant de veille ou de pause d’un télé-
phone mobile (quelques microampères) et
transmettre des pointes de courant de 1,6A.
Du fait que l’équipement testé sera utilisé
avec une batterie,la capacité à simuler étroi-
tement le comportement d’une batterie réel-
le et la surveillance du courant absorbé à par-
tir de celle-ci sont des points essentiels.Ceci
nécessite une alimentation disposant d’une
tension et d’une impédance de sortie
variables.Cette alimentation doit aussi offrir
une grande bande passante, capable de
répondre rapidement à des variations de
charge brusques dues aux rafales des proto-
coles de communication tels que TDMA et
GSM,avec une chute de tension et un temps
de récupération minimaux.
▼
Les téléphones mobiles, les PDA, les appareils photos et de nombreux appareils électroniques fonctionnant sur piles ou batterie pré-
sentent des conditions de fonctionnement très variées. La consommation varie dans de très larges proportions et elle doit s’accommo-
der de la décharge de la batterie, qui se traduit par une baisse de la tension et une augmentation de l’impédance de sortie. Le test de
ces appareils impose de simuler ces conditions de fonctionnement. La solution idéale consiste à utiliser une alimentation program-
mable multivoie dotée de fonctionnalités de mesure.
L’essentiel
Le test des appareils por-
tables impose de simuler
des conditions d’alimenta-
tions très particulières
Il s’agit en particulier de
simuler le fonctionnement
de la batterie, avec son
augmentation d’impédan-
ce en cas de décharge
Pour réaliser le test, il existe
des appareils intégrant à la
fois la fonction “alimenta-
tion” et une fonction de
mesure
Lorsque des performances
supérieures sont exigées, il
faut faire appel à un banc
de test plus classique,
constitué d’une alimenta-
tion et d’appareils de
mesure séparés
En utilisant des alimentations dotées de fonction de mesure de courant,les bancs
de test des appareils portables gagnent en simplicité d’utilisation et en encom-
brement.
INSTRUMENTATION ÉLECTRONIQUE
Comment tester les équipements
058_060_SOL 17/03/05 11:14 Page 58

59
MESURES 773 - MARS 2005 - www.mesures.com
S olutions
Lorsque les “chutes” de tension de l’ali-
mentation sont supérieures à celles pour les-
quelles le téléphone mobile a été prévu, le
dispositif interne de gestion de l’alimenta-
tion conclura que la batterie s’est totalement
déchargée et il commandera alors la mise
hors service de l’appareil.De même,la son-
nerie ou une surconsommation peut provo-
quer une distorsion de phase au niveau des
étages RF et des erreurs d’horloge, particu-
lièrement si le fonctionnement correspond à
un mode rafale TDMA ou GSM.Si on est sûr
que la batterie de l’appareil peut fournir le
courant nécessaire, il est alors possible de
calibrer correctement la sortie RF et on est
assuré qu’elle fournira la puissance maxi-
male prévue par les spécifications de l’appa-
reil.La capacité à simuler la résistance inter-
ne d’une batterie permet de tester le
téléphone dans des conditions d’une batte-
rie déchargée dans lesquelles la tension est
faible et où la résistance interne est maxi-
male.Les performances dans les conditions
les plus défavorables (charge de courant
maximale pour le plus fort courant absor-
bé) peuvent être ainsi vérifiées dans les cir-
constances les plus réalistes.
Enfin, l’alimentation utilisée pour les tests
doit être capable de fournir les courants de
pointe,de pause et de veille,et d’assurer une
mesure précise du courant moyen afin de
pouvoir prédire la durée de charge de la bat-
terie. Pour gagner beaucoup de temps au
niveau de l’exécution des tests, l’alimenta-
tion doit être intelligente,offrir la possibili-
té d’abaisser la tension de sortie pour simu-
ler la décharge,tout en réalisant les mesures
à chaque étape du test et en détectant auto-
matiquement les courants impulsionnels.
Plusieurs types d’alimentations
pour le test
Il existe sur le marché des alimentations qui
satisfont à toutes ces conditions. Elles sont
connues sous le nom de simulateurs de bat-
teries ou d’alimentations pour équipements
de communications. Celles-ci peuvent éga-
lement être utilisées pour tester des produits
tels que les appareils photos et les caméscopes
numériques,les assistants personnels (PDA),
les baladeurs et autres appareils susceptibles
de fréquents appels de courants en rafale et
de courte durée.
Certains équipements électroniques ont des
spécifications d’alimentation encore plus
sévères que celles d’un téléphone mobile.
Les appareils portables pré-
sentent des consommations
très variables en fonction de
l’utilisation (veille,marche,
pause),avec des pointes de
courant (dans le cas du
déclenchement d’une sonnerie
sur un mobile,par exemple).
De plus,leur batterie se
décharge,ce qui se traduit par
une augmentation de l’impé-
dance.Pour tester ce type
d’appareils,la simulation des
conditions d’alimentation
n’est pas une mince affaire…
alimentés par piles
058_060_SOL 17/03/05 11:14 Page 59

Les durées de charge de leur batterie s’ex-
priment en mois ou années plutôt qu’en
heures,ce qui implique que le courant absor-
bé moyen soit inférieur à 1 mA et que les
courants de pause ou de veille soient bien
inférieurs au microampère. Pour tester de
tels équipements,les alimentations avec pos-
sibilités de mesure telle que celles qui vien-
nent d’être évoquées se révèlent être insuffi-
santes.Il faut prévoir un appareil de mesure
de courant supplémentaire,capable de mesu-
rer des très faibles courants,tels qu’un picoam-
pèremètre ou un multimètre à hautes perfor-
mances.Il est aussi possible d’utiliser un type
d’appareil particulier, appelé SMU (Source
Measure Unit,tel que le Sourcemeter de Keith-
ley), qui présente une sensibilité très élevée,
tant au niveau de la mesure de courant que
de la programmation de la tension.Des fonc-
tionnalités de déclenchement évoluées per-
mettent de synchroniser les mesures avec
divers événements afin de pouvoir identifier
des appels de courants imprévisibles.Les SMU
sont utilisés dans un cycle faisant appel à un
ensemble générateur/retardateur/mesureur
avec lequel il est possible de déclencher sur
un changement de la sortie,puis de prendre
une ou plusieurs mesures après un certain
délai. La source de déclenchement peut être
externe,fournie par un autre instrument,un
PC ou une horloge interne. Ces déclenche-
ments peuvent aussi être activés aux différents
points du cycle de test pour contrôler d’autres
instruments. Il faut aussi que l’appareil soit
capable de prendre plusieurs milliers de points
de mesure sans intervention de l’ordinateur.
Ceci permet d’élaborer des systèmes de test
complexes avec un minimum d’efforts de
mise en œuvre tant pour la partie alimentation
quepour la partie mesure.
Le concept du SourceMeter a été étendu à
de multiples applications où on a besoin
d’alimentations multivoies beaucoup plus
sensibles que les alimentations convention-
nelles utilisées dans les équipements de test,
et même que les systèmes modulaires plus
sophistiqués et plus onéreux.
Solutions multi-instruments. Dans certaines
applications,les alimentations dotées de fonc-
tions de mesure de courant ne présentent pas
les performances suffisantes.Il faut alors envi-
sager de construire un banc en associant plu-
sieurs appareils individuels.Cette solution doit
être adoptée lorsque l’on a par exemple besoin
d’un oscilloscope avec une sonde de courant
à très large bande pour localiser des pointes de
courant très rapides ou lorsqu’il faut faire appel
à un picoampèremètre pour mesurer des cou-
rants de repos extrêmement bas.Il est impor-
tant d’utiliser des instruments avec déclenche-
ment externe afin que les lectures puissent être
prises à l’instant correct par rapport aux chan-
gements de modes de fonctionnement de
l’équipement sous test ou de la sortie “tension”
de l’alimentation.
Peter Lancaster
Ingénieur d’applications
Keithley Instruments
60 MESURES 773 - MARS 2005 - www.mesures.com
S olutions
Type Gamme Cadence Précision Gamme
d’instrument de mesure de mesure de mesure de prix
Multimètre mA-A Basse/Moyenne mA Basse
basse vitesse
Multimètre µA-A Moyenne µA Moyenne
vitesse moyenne
Multimètre nA-A Moyenne/Elevée nA Haute
vitesse élevée
Picoampèremètre pA-mA Moyenne pA Moyenne
Oscilloscope avec mA-A Très élevée mA Moyenne/Haute
sonde de courant
Fonctionnalités apportées par les instruments
dédiés à la mesure de courant
Pour simuler le comportement des
batteries,il est intéressant d’utili-
ser des appareils multi-fonctions.
C’est le cas de batteries ou des
alimentations dotées de fonctions
de mesures de courant.
Type Puissance Précision du Rapidité Rapidité Précision de Gamme
paramétrage de la réponse des mesures la mesure de prix
Laboratoire Moyenne mV Faible Faible ~10 mA Basse
ATE Moyenne mV Faible Faible < 100 mA Moyenne
(Testeur) Haute
Modulaire Moyenne/Haute mV Moyenne Moyenne < 100 µA Moyenne/Haute
(selon nombre de voies)
Simulateur Faible/Moyenne mV V-Haute Haute ~10 µA Moyenne
SourceMeter Faible/Moyenne uV Haute Moyenne-Haute ~1nA Moyenne-Haute
SourceMeter Faible mV Moyenne Moyenne- Haute ~1uA Basse-Moyenne
multivoie (selon nombre de voies)
Spécifications de différents types d’alimentations pour l’instrumentation
058_060_SOL 17/03/05 11:14 Page 60