一種功耗測試裝置的製作方法
2023-05-19 09:00:16
專利名稱：一種功耗測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子設備功耗測試領域，尤其涉及一種功耗測試裝置。
背景技術：
目前對電子產品節能的要求越來越高，各生產廠商一般都有嚴格的功耗測量方法 及規定，許多產品已在顯著位置標明產品的功耗。然而，對於計算機來說，一臺計算機整體 的功耗很容易測量出來，如果要使整個計算機的功耗降低，必須知道計算機內的每一個設 備的功耗，主板是計算機中不可缺少的組成部分，有必要對主板的功耗進行單獨測試；因 此，電子設備生產商在產品開發過程中需要一種基本的測試設備來測量計算機主板或其他 板卡的功耗，從而幫助開發人員進行改進設計。現有的功耗測試板是根據電阻串聯分壓原理，將電阻單元串聯在板卡各供電電壓 線路上，然後通過人工使用電壓表分別測量各供電電壓線路上各個電阻兩端的電壓，採用 人工計算板卡供電電壓消耗的功耗，相加後得到板卡總功耗。這種方式需要人工使用萬用表測量板卡各供電電壓線路上的每一個電阻的電壓， 由於對該電壓的精度要求比較高(毫伏級)，因此對萬用表的精度要求比較高，而高精度的 萬用表價格昂貴，因此導致測試成本高；同時由於人工參與測量容易造成人為失誤以及板 卡焊接造成的誤差，使得測試結果並不精確；此外，還需要記錄並計算板卡各測量電壓的功 耗及板卡的總功耗，不方便，人力成本高。同時，因計算機主板的取電方式種類較多，現有功 耗測試板的輸入、輸出接口的組合方式不能滿足所有板卡取電組合方式的需求，對一些板 卡不能夠進行功耗測量。
發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種功耗測試裝置，旨在解決現有的功耗測試板需 要人工參與導致誤差大、成本高、測量結果不精確的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種功耗測試裝置，所述功耗測試裝置包括採樣電路，其連接在供電電源的輸出電源線與待測裝置的電源輸入端之間，採集 並輸出所述供電電源的輸出電源線輸出的模擬電壓信號；濾波電路，其第一輸入端連接至所述採樣電路的輸出端，將所述採樣電路輸出的 模擬電壓信號濾波後輸出；放大電路，其輸入端連接至所述濾波電路的輸出端，將所述濾波後的模擬電壓信 號放大後輸出；以及單片機，其第一輸入端連接至所述放大電路的輸出端，對所述放大電路的輸出進 行模數轉換以及編程運算後由所述單片機的第一輸出端輸出待測裝置的功耗值。其中，所述採樣電路包括串接在所述供電電源的輸出電源線與待測裝置的電源 輸入端之間的電阻單元，所述電阻單元包括多個並聯的電阻。其中，所述電阻為毫歐級電阻。
其中，所述功耗測試裝置還包括顯示電路，連接至所述單片機的第一輸出端，將 所述單片機的第一輸出端輸出的待測裝置的功耗值顯示出來。其中，所述功耗測試裝置還包括電源轉換模塊，其輸入端連接至所述供電電源的 輸出電源線，所述電源轉換模塊的輸出端分別連接至所述單片機的電源端以及所述放大電 路的電源端，將所述供電電源的輸出電源線輸出的模擬電壓信號轉換為供電電壓信號並給 所述單片機以及所述放大電路供電。其中，所述供電電源包括多路輸出電源線，每路輸出電源線上串接一個電阻單元， 每個電阻單元包括多個並聯的電阻。其中，所述功耗測試裝置還包括選通電路，其輸入端連接至所述採樣電路的輸出 端，所述選通電路的輸出端連接至所述濾波電路的輸入端，所述選通電路的控制端連接至 所述單片機的第二輸出端，根據所述單片機的第二輸出端輸出的控制信號對所述供電電源 輸出的多路電源進行選通組合。其中，所述選通電路進一步包括多路選通繼電器；其中每路選通繼電器的輸入 端與所述一個電阻單元連接，每路選通繼電器的輸出端與所述濾波電路的輸入端連接，每 路選通繼電器的控制端與所述單片機的第二輸出端連接；以及按鍵電路；其輸出端連接至 所述單片機的第二輸入端，根據所述按鍵電路的輸入端輸入的電源組合信號由所述單片機 的第二輸出端輸出控制信號並控制所述多路選通繼電器對所述供電電源輸出的多路電源 進行選通組合。其中，所述多路輸出電源線包括4PIN CPU電源線、8PIN CPU電源線、20PIN ATX電 源線、24PIN ATX電源線、4PIN電源線和AT電源線。其中，所述功耗測試裝置還包括校驗電路，其連接至所述濾波電路的第二輸入 端，用於對系統誤差進行校驗。本發明實施例提供的功耗測試裝置通過採樣電路對供電電源的輸出進行採樣，對 採樣的信號進行濾波、放大處理後經單片機進行模數轉換以及編程運算後輸出電源的功耗 值；從而代替了現有的人工測量方式，減少了誤差，提高了精度，節約了成本；同時採用選 通電路對不同的電源組合進行選通輸出，可以滿足所有板卡的取電方式。
圖1是本發明實施例提供的功耗測試裝置與供電電源以及待測裝置之間的邏輯 結構示意圖；圖2是本發明實施例提供的功耗測試裝置的模塊結構圖；圖3是本發明實施例提供的用於測量計算機主板功耗的功耗測試裝置的模塊結 構圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。本發明實施例提供的功耗測試裝置通過採樣電路對供電電源的輸出進行採樣，對
4採樣的信號進行濾波、放大處理後經單片機進行模數轉換以及編程運算後輸出電源的功耗 值；從而代替了現有的人工方式，減少了誤差，提高了精度，節約了成本。圖1示出了本發明實施例提供的功耗測試裝置2與供電電源1以及待測裝置3之 間的邏輯結構，為了便於說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下。功耗測試裝置2的輸入端連接至供電電源1的輸出電源線，功耗測試裝置2的輸 出端連接至待側裝置3的電源輸入端；供電電源1輸出的電源電壓經過功耗測試裝置2後 提供給待側裝置3供電；其中，待測裝置3可以為計算機主板，通過功耗測試裝置2可以測 量計算機主板的功耗。在本發明實施例中，功耗測試裝置2的模塊結構如圖2所示，為了便於說明，僅示 出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下。功耗測試裝置2包括採樣電路21、濾波電路23、放大電路24以及單片機25 ；其 中採樣電路21連接在供電電源1的輸出電源線與待測裝置3的電源輸入端之間，採樣電路 21採集並輸出供電電源1的輸出電源線輸出的模擬電壓信號；濾波電路23的第一輸入端 連接至採樣電路21的輸出端，將採樣電路21輸出的模擬電壓信號濾波後輸出；放大電路 24的輸入端連接至濾波電路23的輸出端，將濾波後的模擬電壓信號放大後輸出；單片機25 的第一輸入端連接至放大電路24的輸出端，對放大電路24的輸出進行模數轉換以及編程 運算後由單片機25的第一輸出端輸出待測裝置3的功耗值。作為本發明的一個實施例，採樣電路21包括串接在供電電源1的輸出電源線與 待測裝置3的電源輸入端之間的電阻單元，該電阻單元包括多個並聯的電阻；其中，電阻為 毫歐級電阻。在本發明實施例中，功耗測試裝置2還包括顯示電路26，連接至單片機25的第 一輸出端，將單片機25的第一輸出端輸出的待測裝置3的功耗值顯示出來。作為本發明的 一個實施例，顯示電路26可以為LED顯示器，單片機25第一輸出端輸出的待測裝置3的功 耗值可以通過4位(精確到小數點後一位)的LED顯示器顯示。在本發明實施例中，功耗測試裝置2還包括電源轉換模塊27，其輸入端連接至供 電電源1的輸出電源線，電源轉換模塊27的輸出端分別連接至單片機25的電源端以及放 大電路24的電源端，將供電電源1的輸出電源線輸出的模擬電壓信號轉換為供電電壓信號 並給單片機25以及放大電路24供電。在本發明實施例中，功耗測試裝置2還包括校驗電路28，連接至濾波電路23的 第二輸入端，校驗電路28用於對系統誤差進行校驗，校驗後的系統誤差分別經濾波電路23 濾波、放大電路24放大後輸入給單片機25，單片機25在編程運算計算板卡的電壓消耗功率 時會將系統誤差考慮進去，從而提高了測量精度。在本發明實施例中，供電電源1包括多路輸出電源線，每路輸出電源線上串接一 個電阻單元，每個電阻單元包括多個並聯的電阻。其中，多路輸出電源線包括4PIN CPU電 源線、8PIN CPU電源線、20PIN ATX電源線、24PIN ATX電源線、4PIN電源線和AT電源線。在本發明實施例中，功耗測試裝置2還包括選通電路22，其輸入端連接至採樣電 路21的輸出端，選通電路22的輸出端連接至濾波電路23的輸入端，選通電路22的控制端 連接至單片機25的第二輸出端，根據單片機25的第二輸出端輸出的控制信號對供電電源 1輸出的多路電源進行選通組合。
作為本發明的一個實施例，選通電路22進一步包括多路選通繼電器221以及按 鍵電路222;其中每路選通繼電器的輸入端與一個電阻單元連接，每路選通繼電器的輸出 端與濾波電路23的輸入端連接，每路選通繼電器的控制端與單片機25的第二輸出端連接； 按鍵電路222的輸出端連接至單片機25的第二輸入端，根據按鍵電路222的輸入端輸入的 電源組合信號，由單片機25的第二輸出端輸出控制信號並控制多路選通繼電器221對供電 電源1輸出的多路電源進行選通組合。為了更進一步說明本發明實施例提供的功耗測試裝置，圖3示出了本發明實施例 提供的用於測量計算機主板功耗的功耗測試裝置的模塊結構，為了便於說明，僅示出了與 本發明實施例相關的部分，詳述如下。在本發明實施例中，根據計算機主板最常用的取電方式，功耗測試裝置可以提供 多種電源接口 比如4PIN CPU電源接口、8PIN CPU電源接口、20PINATX接口、24PIN ATX電 源接口、4PIN電源接口、AT電源接口等等；因此也可以設計多種電源組合方式比如20PIN ATX 電源、AT 電源、20PIN ATX+4PINCPU 電源或 24PIN ATX 接口 +8PIN CPU 接口 +4PIN CPU 接口 ；每一種電源組合方式均可以通過在功耗測試裝置2中的按鍵電路222上分別對應設 置一個按鍵，可以根據計算機主板的實際取電方式，通過不同的按鍵來實現準確偵測。在供電電源1輸出的每一路電源線與待測裝置3的電源輸入端之間串接一個電阻 單元，每個電阻單元包括多個並聯的電阻。例如在供電電源1輸出的4PIN CPU電源接口 與待測裝置3的4PIN CPU板卡電源線之間串接一個由四個阻值為毫歐姆級的電阻並聯組 成的電阻單元；在供電電源1輸出的8PIN CPU電源接口與待測裝置3的SPIN CPU板卡電 源線之間串接一個由四個阻值為毫歐姆級的電阻並聯組成的電阻單元；在供電電源1輸出 的24PIN ATX電源接口(兼容20PIN ATX電源接口 )與待測裝置3的24PIN ATX板卡電源 線(兼容20PIN ATX板卡電源線)之間串接一個由兩個阻值為毫歐姆級的電阻並聯組成的 電阻單元；在供電電源1輸出的AT電源接口與待測裝置3的AT板卡電源線之間串接一個 由三個阻值為毫歐姆級的電阻並聯組成的電阻單元；在供電電源1輸出的4PIN電源接口與 待測裝置3的4PIN板卡電源線之間串接一個由三個阻值為毫歐姆級的電阻並聯組成的電 阻單元。在本發明實施例中，根據電阻串聯分壓原理，使用阻值極小的電阻單元串聯在計 算機主板的各供電電壓(3. 3V、5V或12V)線路上，電阻單元進行分壓(一般是毫伏級)，由 於電阻單元是由多個毫歐姆級的電阻並聯，因此電阻單元對計算機主板電源電壓的影響可 以忽略不計。作為本發明的一個實施例，功耗測試裝置2主要是針對各電源接口的+3. 3V、 +5V和+12V電壓進行測量，因此在各電源接口的+3. 3V、+5V和+12V線路上放置電阻單元， 電源接口的其他信號為點對點連接；此時電阻單元兩端電壓壓差為毫伏級，測量時將電阻 單元兩端各端的電壓引出。在本發明實施例中，電阻單元兩端的電壓信號經過多路選通繼電器221進行選通 後輸出到濾波電路23。其中，多路選通繼電器221包括4PIN CPU+12V選通繼電器，8PIN CPU+12V選通繼電器，24PIN ATX電源、AT電源、4PIN電源+5V選通繼電器，24PIN ATX電源、 AT電源、4PIN電源+12V選通繼電器，24PIN ATX電源+3. 3V選通繼電器。作為本發明的一 個實施例，可以根據實際需要通過按鍵電路222選擇不同的電源組合，由不同的選通繼電 器選通輸出給濾波電路23，這樣可以滿足所有板卡的取電方式。
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在本發明實施例中，濾波電路23對多路選通繼電器221選通輸出的模擬電壓信號 進行濾波處理後，由放大電路24將濾波後的模擬電壓信號放大後輸出。作為本發明的一個 實施例，放大電路24可以採用0PP777差分運算放大器，通過該0PP777差分運算放大器可 以將濾波後的模擬電壓信號放大50倍，即將毫伏級的電壓信號放大到0-2. 5V之間。在本發明實施例中，0PP777差分運算放大器為單向供電。由於連接在+12V電源 接口的電阻單元的兩端的電壓在12V範圍內，如果0PP777差分運算放大器採用+12V電源 供電，那麼0PP777差分運算放大器就不能工作，因此測量+12V電源需要提供更大的工作電 壓，就需要另外設計供電電路，這樣設計成本太高。因此，本發明實施例提供的功耗測試裝 置中是採用電源轉換模塊27，通過電源轉換模塊27將+12V電源轉換為+5V電源給單片機 PCI16F877A以及0PP777差分運算放大器供電，將電阻單元兩端中電壓低的一端通過短路 焊盤方式與0PP777差分運算放大器的地端相連，由於+12V電壓的地和0PP777差分運算放 大器的地是隔離的，那麼電阻單元兩端中的一端相對於0PP777差分運算放大器是地端，而 另一端電壓值為電阻單元的壓差，從而消除了共模電壓。在本發明實施例中，放大電路24輸出的模擬電壓信號被單片機25的模擬量採集 埠採集，經過模數轉換和編程運算後可以計算出該計算機主板的電壓消耗的功率，具體 的可以通過下述公式計算板卡消耗的功率(主板消耗功率=(電阻單元兩端電壓/放大 倍數/電阻)*測量電壓)。最後，再通過顯示電路26將計算機主板消耗的功率顯示出來。作為本發明的一個實施例，單片機25可以採用PIC16F877A單片機。在本發明實施例中，校驗電路28進一步包括PIC16F877A模擬參考電壓電路281 以及PIC16F877A模擬參考電壓選通繼電器282，其中，PIC16F877A模擬參考電壓電路281 的輸出端連接至PIC16F877A模擬參考電壓選通繼電器282的輸入端，PIC16F877A模擬參 考電壓選通繼電器282的輸出端連接至濾波電路23的第二輸入端；對系統誤差進行校驗後 分別經濾波電路23濾波、放大電路24放大後輸入給單片機25，單片機25在編程運算計算 機主板的電壓消耗功率時會將系統誤差考慮進去，從而提高了測量精度。本發明實施例提供的功耗測試裝置2不僅可以用於測量計算機主板的功耗，還可 以用於測量其他板卡的功耗。可以根據不同需求將電阻單元兩端引出的線接到其他功耗板 上相對應的電壓腳，另外，電阻單元中電阻的個數可以根據具體應用進行確定。本發明實施例提供的功耗測試裝置通過採樣電路對供電電源的輸出進行採樣，對 採樣的信號進行濾波、放大處理後經單片機進行模數轉換以及編程運算後輸出電源的功耗 值；從而代替了現有的人工測量方式，減少了誤差，提高了精度，節約了成本；同時採用選 通電路對不同的電源組合進行選通輸出，可以滿足所有板卡的取電方式。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種功耗測試裝置，其特徵在於，所述功耗測試裝置包括採樣電路，其連接在供電電源的輸出電源線與待測裝置的電源輸入端之間，採集並輸出所述供電電源的輸出電源線輸出的模擬電壓信號；濾波電路，其第一輸入端連接至所述採樣電路的輸出端，將所述採樣電路輸出的模擬電壓信號濾波後輸出；放大電路，其輸入端連接至所述濾波電路的輸出端，將濾波後的模擬電壓信號放大後輸出；以及單片機，其第一輸入端連接至所述放大電路的輸出端，對所述放大電路的輸出進行模數轉換以及編程運算後由所述單片機的第一輸出端輸出待測裝置的功耗值。
2.如權利要求1所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述採樣電路包括串接在所述供電電源的輸出電源線與待測裝置的電源輸入端之間的電阻單元，所述電 阻單元包括多個並聯的電阻。
3.如權利要求2所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述電阻為毫歐級電阻。
4.如權利要求1所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述功耗測試裝置還包括顯示電路，連接至所述單片機的第一輸出端，將所述單片機的第一輸出端輸出的待測 裝置的功耗值顯示出來。
5.如權利要求1所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述功耗測試裝置還包括電源轉換模塊，其輸入端連接至所述供電電源的輸出電源線，所述電源轉換模塊的輸 出端分別連接至所述單片機的電源端以及所述放大電路的電源端，將所述供電電源的輸出 電源線輸出的模擬電壓信號轉換為供電電壓信號並給所述單片機以及所述放大電路供電。
6.如權利要求1所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述供電電源包括多路輸出電源 線，每路輸出電源線上串接一個電阻單元，每個電阻單元包括多個並聯的電阻。
7.如權利要求6所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述功耗測試裝置還包括選通電路，其輸入端連接至所述採樣電路的輸出端，所述選通電路的輸出端連接至所 述濾波電路的輸入端，所述選通電路的控制端連接至所述單片機的第二輸出端，根據所述 單片機的第二輸出端輸出的控制信號對所述供電電源輸出的多路電源進行選通組合。
8.如權利要求7所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述選通電路進一步包括多路選通繼電器；其中每路選通繼電器的輸入端與所述一個電阻單元連接，每路選通 繼電器的輸出端與所述濾波電路的輸入端連接，每路選通繼電器的控制端與所述單片機的 第二輸出端連接；以及按鍵電路；其輸出端連接至所述單片機的第二輸入端，根據所述按鍵電路的輸入端輸 入的電源組合信號由所述單片機的第二輸出端輸出控制信號並控制所述多路選通繼電器 對所述供電電源輸出的多路電源進行選通組合。
9.如權利要求6所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述多路輸出電源線包括4PIN CPU電源線、8PIN CPU電源線、20PIN ATX電源線、24PIN ATX電源線、4PIN電源線和AT電源線。
10.如權利要求1所述的功耗測試裝置，其特徵在於，所述功耗測試裝置還包括校驗 電路，其連接至所述濾波電路的第二輸入端，用於對系統誤差進行校驗。
全文摘要
本發明適用於電子設備功耗測試領域，提供了一種功耗測試裝置；功耗測試裝置包括採樣電路、濾波電路、放大電路以及單片機，單片機的第一輸入端連接至放大電路的輸出端，對放大電路的輸出進行模數轉換以及編程運算後由單片機的第一輸出端輸出待測裝置的功耗值。本發明提供的功耗測試裝置通過採樣電路對供電電源的輸出進行採樣，對採樣的信號進行濾波、放大處理後經單片機進行模數轉換以及編程運算後輸出電源的功耗值；從而代替了現有的人工測量方式，減少了誤差，提高了精度，節約了成本；同時採用選通電路對不同的電源組合進行選通輸出，可以滿足所有板卡的取電方式。
文檔編號G06F11/22GK101930025SQ20091010810
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者劉光才, 方水波, 簡建 申請人:研祥智能科技股份有限公司