本帖最后由 stormno1 于 2011-6-27 09:46 编辑
我们的测试设备和测试方法
最简单的方法，就是通过在电源的各路电缆中串入分流器（一种阻值很小的电阻器）来测量电流大小，但是这种想法马上就被抛弃了。因为大电流级别的分流器不仅个头相当大，而且其压降为几十毫伏，这对于电源里的+3.3V这一路来说确实大了点。值得庆幸的是，Allegro微系统公司生产了非常优秀的基于霍尔效应的线性电流传感器，这种传感器能够将其传导通路中电流产生的磁场转化为输出电压，同时具有以下优点：
*当测试电流通过其传导通路时，传导通路的内阻不超过1.2毫欧。这样的话，即使测试电流高达30安培，压降也只有36毫伏。 *该传感器具有线性特征，输出电压与测试电流成正比关系，这样就不必涉及到复杂的算法。
*该传感器的传导通路和感应部分是电气绝缘的，因此它们可以用来测量不同电压回路中的电流，无需同步。
*该传感器采用紧凑的SOIC8封装，仅有5毫米大小。
*该传感器可以直接与模数转换器的输入端相连，无需电压等级匹配，也无需电流解耦。
我们选用了Allegro公司的30安培级别的电流传感器ACS713-30T。由于它的输出电压和测试电流直接成正比，因此测量出输出电压以后，再乘以一个适当的系数，就可以知道电流的大小了。输出电压可以通过万用表来测量，之所以没有采用，是因为它很不方便，而且标准型的万用表响应速度也不够快。再有，为了同时测量各路电流，可能需要多个万用表。这样一来，整个测试过程将是一项繁重的体力劳动，显然很不合适，因此我们决定自己制作一套完整的数据采集系统。
为了将传感器的输出电压模拟信号转变为数字信号以便读取，我们选用了Atmel公司的8-bit微控制器ATmega168。利用它的8通道10-bit模数转换器，我们一共连接了8个电流传感器。从图中可以看到，除了ATmega168微控制器和8个ACS713传感器以外，还有一个相对大一点的芯片FTDI FT232RL。它是一个USB接口控制器，测试过程中的数据就是通过它和记录电脑的USB接口相连的。只要你愿意，你甚至可以使用正在进行功耗测试的电脑来记录它自身的功耗数据，并没有任何使用上的限制。但假如你想从按下电源开关那一瞬间就开始记录的话，这时就需要另一台电脑来帮忙。 这块采集卡小巧方便，大小约为80毫米x100毫米，正好可以安装在一个电源上，而电源又可以放在一个标准的ATX机箱里面。上图照片为采集卡安装在PC Power & Cooling公司的Turbo-Cool 1KW-SR 1000瓦电源上。
这个数据采集系统在使用前必须首先经过校准。方法是让一个已知大小的电流流经每一个测试通道，然后该电流和ACS713传感器输出电压之间的比例系数就可以被确定下来。由此产生的8个通道的比例系数都被存储在ATmega168微控制器的ROM里面，并且绑定到这张采集卡上。这张卡随时可以重新校准，向ROM中写入新的系数。
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图中横坐标为时间（单位：0.1秒），纵坐标为电流（单位：安培） 我们为这张采集卡开发了一套专用程序，它能够以实时模式获取每个通道的测量数据。这套程序可以自动记录各个通道电流的瞬时值、最大值、最小值、平均值，还可以自动计算出具有相同电压的测试通道的电流总和，以及整台电脑功耗的瞬时值、最大值、最小值、平均值。
顺便说明一点：分别测量各路电流的最大功耗，再把它们加起来得到总的最大功耗，这样做是不对的，因为各路峰值电流有可能是在不同时刻出现的。比如对于硬盘来说，在按下开机按钮后5秒钟主轴马达启动时，+12V达到3安培的峰值电流，而显卡则在FurMark测试开始后其+12V才达到10安培的峰值电流。这是否意味着系统中+12V总的最大电流消耗就是13安培呢？显然不是。因此这套程序采用的是计算系统每时每刻的瞬时功耗，然后再从中选出最大值，得到最大功耗。
在这套程序中，你可以为8个测试通道分别选择不同的名字和颜色，所有的测量结果都以图表的形式显示出来，可以保存为图片格式，也可以保存为文本格式。采样频率设定为每秒钟10次，虽然采样次数可以继续增加，但是那样做并没有必要，因为数据量太大并且测量结果也没有什么变化。需要说明的是，这套系统并没有去测试实际的电压值，它在计算功率的时候，是通过假定+12V/+5V/+3.3V各路电压都是理想的12.0V/5.0V/3.3V来完成的。在本次测试中，主板+12V和硬盘+12V所消耗的电流被放在一起。以后测试显卡功耗的时候，我们会把主板上PCI Express显卡插槽所消耗的电流单独拿出来测量。
现在我们有了一个连接方便、使用简单、用途广泛并且足够精确的功耗分析系统，既可以用来测试“系统整体功耗”，又可以用来分析某一具体部件的功耗。下面我们就来展示一下这套系统的威力，用它来测量5套不同配置的电脑，包括从低端的“办公打字机”到顶级的“专用游戏机”。
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发表于 2011-6-17 17:55
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