Power Profiler KitでBLEの消費電力を測定する

# 記事の概要
Nordic社のPower Profiler Kitを使用してBLE通信の消費電力を測定します。

# Power Profiler Kitとは何か
Power Profiler KitはNoridicが販売している消費電力測定用の治具です。
Nordicの販売している開発キットだけではなく、自作のボードや市販の開発モジュールにも使用できます。

- Nordicの製品案内
    - https://www.nordicsemi.com/Software-and-tools/Development-Kits/Power-Profiler-Kit
- 製品概要
    - http://inks-ad.com/nordic/wp-content/uploads/2018/07/Power_Profiler_Kit_J.pdf
- ユーザーマニュアル
    - https://infocenter.nordicsemi.com/pdf/PPK_User_Guide_v2.4.pdf
    - [NordicのPower Profiler Kitのマニュアル](https://infocenter.nordicsemi.com/topic/ug_ppk/UG/ppk/PPK_user_guide_Intro.html)

# 開発ボードに対して使用する方法

## SB40のジャンパカット

消費電力測定時は、USBコネクタはPower Profiler Kitへ給電するので、nRF52840-DKに給電するSB40ジャンパ中央の導線を削ります。
<img width="50%" alt="IMG_2121.png" src="https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/c36c5eb6-4f68-daa9-e3b4-7e0363b9038e.jpeg">

この加工をするとUSB接続時にnRF52840-DKへ給電されなくなるので、加工後にnRF52840-DKを単体で使用する場合には、ジャンパピンで接続してください。
<img width="50%" alt="IMG_2125.png" src="https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/76596bd7-444a-acd2-fffc-ed49ec82bcc0.jpeg">

電源経路の詳細は以下のマニュアルをご覧ください。
[Measuring current](https://infocenter.nordicsemi.com/topic/ug_nrf52840_dk/UG/nrf52840_DK/hw_measure_current.html)

![SB40.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/2cd0e176-c138-3b34-47f2-4e68fc54ae41.png)

以下も参考になります。
[How use to Power Profiler Kit and nrf52840](https://devzone.nordicsemi.com/f/nordic-q-a/60378/how-use-to-power-profiler-kit-and-nrf52840/)



## プログラムの書き込み
まずあらかじめnRF52840-DKにソフトデバイスとアプリケーションを書き込んでください。
もし既にSB40を削っているのでしたら、ジャンパピンで接続してください。

## Power Profiler Kitとの接続
Power Profiler kitをnRF52840-DKに接続します。

![PowerProfile4.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/2dfb7727-74ed-ccb0-a6d3-40dc35dabc53.png)

Power Profiler kitのDUT SelectスイッチはDKに設定し、Power SelectスイッチもDKに設定します。
また中央のCOMスイッチをDKに設定します。（針やピンセットなどでスイッチを動かせます）

給電用のUSBコネクタはnRF52840-DK側に接続し、電源スイッチをONにします。

![IMG_2127.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/f8be9eb0-a3c8-529e-1c39-32d8b95ae672.jpeg)

## Power Profilerによる測定
nRF Connectを起動し、Power ProfilerのOpenをクリックします。

<img width="60%" alt="PowerProfile1.png" src="https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/1f8c9bd5-ae6a-2cf4-9031-591587c22f75.png">

Select deviceでボードを選択します。この時に接続する相手はPower Profiler kitのnRF52832になります。
接続に成功後、Startをクリックすれば消費電力の測定が開始します。

![PowerProfile2.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/affcda33-8846-97f0-b438-9ab96082f3bb.png)

ですが、この開発ボードは技適を通過していないので、電波を発生させてはいけません。
実際の測定画面の見方は次節以降に解説します。

# 外部機器に対して使用する方法

外部機器に対して使用する場合、J-Linkとの接続が必要になります。
DKボードがある場合は、DKボードのJ-Linkチップを使用します。
DKボードを使わない場合は、別途J-Linkを用意しないといけません。

J-Linkには以下の種類があります。

- [J-LINK BASE](https://www.digikey.jp/product-detail/ja/segger-microcontroller-systems/8-08-00-J-LINK-BASE/899-1004-ND/2175882)
- [J-LINK EDU](https://www.digikey.jp/product-detail/ja/segger-microcontroller-systems/8-08-90-J-LINK-EDU/899-1008-ND/2263130)
- [J-Link LITE](https://www.digikey.jp/products/ja?keywords=EKSKBNZWB)
    - これはEVALUATIONボードのEKSKBNZWBなどとセットで販売しているものになります。 単独での購入はできません。
- [J-LINK EDU MINI](https://www.digikey.jp/product-detail/ja/segger-microcontroller-systems/8-08-91-J-LINK-EDU-MINI/899-1061-ND/7387472)


## DKボードを使わない場合
DKボードを使わない場合の配線は以下の通りです。

![PowerProfile5.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/d6deb3fb-aa1a-c5f3-ed79-d1a051f19b4e.png)

Power Profiler kitのExternal DUTピンの＋と―を外部機器のVCC（2.7V～3.3V）とGNDに接続します。

給電用のUSBコネクタはPower Profiler kit側に接続します。
外部機器にはPower Profiler kitから給電するので、外部機器には電源は不要になります。

Power Profiler kitのDUT SelectスイッチはExternalに設定し、Power SelectスイッチはRegに設定します。
また中央のCOMスイッチをEXTに設定します。

またPower Profiler kitのDebug InにJ-Linkを接続します。

![IMG_2129.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/8ba0bc3e-31bf-db0a-cfb4-1f856651b8c4.jpeg)


DKボードの場合と同じように、nRF Connectを起動し、Power ProfilerのOpenをクリックします。

Select deviceでJ-Linkと接続して、Startをクリックします。

![PowerProfile7.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/a13841e6-d851-28e2-7269-24204eb367ce.png)

すると、以下のように消費電力が表示されます。
山になっているところが、アドバタイジングパケットを発信して、電力を消費しているところです。

この外部機器はGPSなどと接続しているので、アドバタイジングパケットを発信していない時も、待機電力 約7mAを消費していることも分かります。

![PowerProfile8.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/b40f9c34-c921-ce58-b5ee-0b44be8f2f7c.png)

トリガーを設定すれば、瞬間的な消費電力も測定できます。

![PowerProfile9.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/6630b5d8-1783-a0f4-8d8a-fa5ba4cbf47e.png)


## DKボードを使う場合
DKボードを使う場合の配線は以下の通りです。

![PowerProfile6.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/34784c91-38fd-73b3-f014-23a8c5191daf.png)

Power Profiler kitのExternal DUTピンの＋と―を外部機器のVCC（2.7V～3.3V）とGNDに接続します。

給電用のUSBコネクタはnRF52840-DK側に接続し、電源スイッチをONにします。
外部機器にはPower Profiler kitから給電するので、外部機器には電源は不要になります。

Power Profiler kitのDUT SelectスイッチはExternalに設定し、Power SelectスイッチはRegに設定します。
また中央のCOMスイッチをDKに設定します。


測定方法はDKボードを使わない場合と同じです。
![IMG_2130.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/150620/1d7495d1-20a9-3316-c3cd-4fe4646a8420.jpeg)


# 参考
消費電力の測定方法については、以下もご参照ください。

[Using the Power Profiling Kit to measure Current Draw on an External Device](https://devzone.nordicsemi.com/nordic/nordic-blog/b/blog/posts/using-the-power-profiling-kit-to-measure-current-draw-on-an-external-device)