Matter over Thread用オンライン・パワー・プロファイラー

バッテリー駆動のMatter over Thread製品にとって、消費電力を早期に推定することは極めて重要です。ハードウェアやPower Profiler Kit IIを接続する前に、NordicのMatter over Thread用オンライン・パワー・プロファイラー（OPP）を使用することで、ブラウザ上で設計の選択肢を検討し、それらが消費電流や総電荷量に与える影響を即座に確認できます。このツールはNordic SoCで測定されたデータを使用して消費電力をモデル化しているため、テストベンチをセットアップすることなく、ポーリング、ICDタイミング、レポートパターンを評価できます。

本トピックでは、OPPの機能、その有用性、インターフェースの構成について説明し、デバイスに合わせて応用できる実践的なステップ・バイ・ステップの例を紹介します。

オンライン・パワー・プロファイラーの機能

OPPは、SoC、電圧、動作時間、およびICD関連の動作に基づいて、Matter over Threadデバイスの平均電流と消費電荷量をシミュレーションします。総消費電荷量、平均電流、スリープ電流、平均ポール電荷量をレポートし、電流対時間のグラフを描画するため、応答性とバッテリー寿命のトレードオフを検討できます。結果は測定値ではなく推定値ですが、このモデルは通常、リファレンスデバイスの測定値に対して約5%以内の誤差に収まり、標準的な個体差の範囲内となっています。

なぜオンライン・パワー・プロファイラーを使用するのか？

開発の初期段階では、ポーリング間隔やレポートの頻度、製品をSITにするかLITにするかなど、電力に関する多くの決定事項がまだ確定していません。OPPを使用すれば、これらのパラメータを調整して平均電流と総電荷量への影響を即座に確認できるため、デバイスの動作を形作るアーキテクチャ設計フェーズに最適です。また、平均電流とシミュレーション期間を組み合わせることで、迅速なバッテリー寿命の推定（例：CR2032対単4電池）が可能になり、ラボでの測定を行う前に設計が目標寿命を満たしているかどうかを検証するのに役立ちます。さらに、このツールにはnRF52、nRF53、nRF54シリーズのNordic SoCが含まれているため、同一条件下でスリープ電流やポーリングコストを簡単に比較でき、ハードウェア選定の判断材料となります。

オンライン・パワー・プロファイラーの仕組み

インターフェースは、Matter ICDの動作に密接に対応したパネルで構成されています。設定を調整すると、結果パネルがリアルタイムで更新されます。

全般設定

シミュレーションに使用するチップ、電圧、動作時間を選択します。これらの入力によって電気的なベースラインと、ツールが電荷量を集計し電流を平均化する時間軸が定義されます。

Matter ICD設定

デューティサイクルを左右する通信動作を設定します。

動作モード（SITまたはLIT）
スローポーリングおよびファストポーリングの間隔
アイドルモード持続時間、アクティブモード持続時間、アクティブモードしきい値

これらのパラメータは、Intermittently Connected Devices (ICD)のICDコンセプトを反映しており、数値をいくつか変更するだけでSITまたはLITのプロファイルをシミュレーションできます。

結果と可視化

パラメータを調整すると、結果に以下が表示されます。

動作時間における総消費電荷量
平均消費電流とスリープ電流
平均データポール電荷量
ポール、レポート、スリープ領域を強調した電流対時間グラフ

これらの結果を合わせることで、選択した設定がデバイスのデューティサイクルや全体的なエネルギープロファイルにどのように影響するかを明確に把握でき、低電力構成の評価と微調整が容易になります。

設定のインポート／エクスポート

「エクスポート」を使用して設定を保存し、「インポート」を使用して再読み込みやチームメンバーとの共有が可能です。これは、バリエーションの評価や、ファームウェア変更前のベースラインの記録に便利です。

ステップ・バイ・ステップの例：LITセンサーの電力推定

この例では、煙感知器や環境センサーなどの典型的なLong Idle Time（LIT）Matterセンサーの消費電力を推定する方法を示します。

1. オンライン・パワー・プロファイラーを開く

Matter over Thread用Online Power Profilerに移動： https://devzone.nordicsemi.com/power/w/opp/16/online-power-profiler-for-matter-over-thread

2. SoCと電圧を選択する

例：

チップ: nRF54L15
電圧: 3.0 V

3. ICDの動作を設定する

LITセンサーに典型的な動作を設定します。

スローポーリング間隔：900秒
ファストポーリング間隔：200 ms
アクティブモード持続時間：300 ms
アイドルモード持続時間：900秒
アクティブモードしきい値：5秒

これらのパラメータは、デバイスがほとんどの時間スリープし、レポート時のみウェイクアップするLITの動作を反映しています。

4. 動作時間を設定する

簡易的な比較には60分、実地での1日を模倣するには24時間を使用します。平均電流は、より長い期間においても代表的な値として維持されます。

5. 結果を確認する

総消費電荷量、平均電流、および電流グラフを確認します。平均電流が目標値を超えている場合は、スローポーリング間隔を長くする、アクティブモード持続時間やアクティブモードしきい値を短くする、あるいはアイドルモード持続時間を長くするなどのパラメータ調整を行い、再度シミュレーションを実行して影響を確認してください。

可視化の理解

電流対時間グラフでは、色によってデバイスの動作を区別しています。

緑色のスパイクは、アイドルモードのポーリングを表します。
青色のスパイクは、レポート、ファストポール、コマンド処理などのアクティブモードの動作を表します。

以下はSIT構成の例で、緑色と青色の両方のスパイクがはっきりと現れています。

多くのLIT構成では、アイドルモードの活動がグラフの大部分を占め、通常はほとんどが緑色で、たまに青色のスパイクが見える程度になります。先ほどのLITの例では、スローポーリング間隔がアイドルモード持続時間と一致しているため、両者が完全に重なり、グラフには主に青色のアクティブモードイベントが表示されています。

また、任意のスパイクにカーソルを合わせると、以下を説明するツールチップが表示されます。