[发明专利]用于PCIe设备的大范围功率量测装置

说明书

本发明涉及一种用于PCIe设备的大范围功率量测装置，该装置包括一微控制单元、一量测电流单元、一切换器单元及作为来源端与输出端的两组PCIe汇流端口，令该装置可用来源端及输出端的PCIe汇流端口分别连接一测试主机及一待测设备，藉此，供量测该PCIe待测设备于不同电源状态下的功率，尤其可在省电模式下的超小电流及效能模式下大电流的大范围进行量测，以确保该PCIe设备的工作正确性。

技术领域

本发明隶属一种功率量测技术领域，具体而言是指一种用于PCIe设备的大范围功率量测装置。

背景技术

电子产品都消耗功率，消耗功率愈低，使用越久。因此，陆续产生许多的省电规格，例如快速外部连接(peripheral component interconnect express:PCIe)的主动状态电源管理。若不传送数据，则进入省电模式，以保留电力来增加使用时间。举例而言，非挥发性内存储存设备(non-volatile memory express:NVMe)是优化且高效的可扩充的主机控制器界面。NVMe的概念是通过PCIe总线来提供直连处理器的传输回路，其最大优点是提供超低延迟与高带宽的存取。NVMe还有自动功耗管理状态切换和动态能耗管理功能。举例而言，设备闲置50ms后从PowerState 0切换到PowerState 1。继续闲置，在500ms后，进入PowerState2(功耗更低)。切换时会有短暂延迟。因此，NVMe在功耗管理上拥有较大优势，这一点对移动装置来说尤其重要，可显著增加续航能力。

所有电子产品都有输入电压规格，在规定的输入电压范围才能保证工作正确性。故以PCIe的NVMe设备为例，该设备的电源规格为+3.3V，电压范围为±9％。所以，最高电压不可超过3.597V，最低电压不可低于3.003V。若超过此范围，则可能有异常现象。同时，PCIe的电源规格定义工作电流最大为3A，且PCIe的NVMe设备最低的省电模式可到数uW，对应uA。因此，须有效量测PCIe的NVMe设备于不同状态规格的电源功耗，尤其是在大范围(省电模式的超小电流及运作模式的大电流)进行量测，使在设计中可准确验证PCIe的NVMe设备于高效能的电源状态或省电模式的功耗，以确保其工作的正确性。

常见的量测技术有二。其一是串接压降量测方式。电流会在整个回路上的所有电阻器产生压降。于是，量测受测装置(device under test:DUT)的电阻器的电压值。然后，用模拟数字转换器(analog to digital converter:ADC)把模拟电压值转化成数字信号，并传送至主机界面并呈现出来。其缺点是量测范围和精准度无法平衡，因为量测时是在线路上串联一个微电阻，若电阻过大或电流过大，则产生的压降越大，使待测物的电阻器的电压过低而超出规格，导致待测物工作异常。举例而言，用1Ω且电流范围约1A的电阻器，量测时电压源端DUT最多会减少1V。若电源的电压为3.3V，则因量测而进入待测物的电压会变成3.3V-1V＝2.3V，以PCIe的电源标准而言小于3.003V。亦即，待测物的电压小于规定工作电压。举例而言，用0.1Ω且电流范围约10mA的电阻器，量测时电压落在1mV，量测电压小会使ADC在取样时因ADC刻度的范围而无法量测变化。

其二是用霍尔效应的线性电流传感器。电流通过载体时产生对应的磁场，以磁场的变化反转回微小电压来呈现通过的电流大小，并转化成可读取量化的线性数值，如电流勾表。但一般的电流规格都非常的大且分辨率低，属于大电流的量测。磁场变化大才可被量测，所以常见的规格落在180到50mV/A，也就是说约1A的电流通过会产生约50到180mV。若须量测1mA等级，则量测电压须是0.05到0.18mV。刻度的变化非常小，所以一般霍尔传感器的产品都用于大电流低解析的量测，量测到mA等级已经非常困难。

换言之，现有的技术无法进行大范围(包含省电模式的超小电流及高效能模式的大电流)，尤其是量测PCIe的NVMe设备于不同状态规格的电源功耗。如何解决前述问题，是业界的重要课题，也是本发明所探讨者。