Контрольно-измерительное оборудование, которое вам понадобится для домашней лаборатории

Для некоторых из нас работа на дому может стать расширенной реальностью после 2020 года. Вам потребуются соответствующие инструменты для достижения ваших целей.

Одна из реалий 2021 года заключается в том, что многие инженеры по-прежнему застряли дома со всеми крутыми гаджетами и штуковинами, которые собирают пыль на работе. Как вы будете оставаться продуктивными в новом мире, в котором мы живем? Сколько работы вы можете делать дома? Это будет зависеть от ваших проектов. Вам понадобятся подходящие инструменты для достижения ваших целей.

Логистика доставки испытательного и измерительного оборудования на главную

Многие воспитатели детских садов, которые вели свой класс по созданию макаронных скульптур, скажут вам:«Из этого дерьма можно сделать столько дерьма». То же самое и с инструментами и испытательным оборудованием. Если вы не можете пойти на работу, вам или вашему работодателю придется пополнить свои бумажники, чтобы принести вам работу домой.

Если ваш работодатель выплачивает стипендию за оборудование, вы сможете оставить его себе и списать с налогов. Но как бы оборудование ни попадало в ваш дом, вы можете изучить варианты страхования; Страхование домовладельцев может не заинтересовать замену осциллографа стоимостью 50 000 долларов, который вы принесли домой с работы.

Для электротехнического испытательного оборудования я рекомендую философию «Купи один раз, плачь один раз». Платите за качественные инструменты, которые прослужат десять и более лет. В качестве альтернативы, если у вашей компании менее напряженный цикл разработки, воспользуйтесь преимуществами одной из многих компаний по аренде испытательного оборудования, чтобы арендовать необходимое вам оборудование только на то время, которое вам нужно.

Осциллографы

Я работаю в Advanced Assembly, и у меня и у моего начальника есть Tektronix MDO3104 в наших домашних мастерских. Эти многофункциональные устройства работают как осциллограф, анализатор спектра, генератор функций, мультиметр и еще несколько вещей, которые я еще не понял. До недавнего времени этот аппарат стоил существенно дороже моей машины. И это только потому, что я купил новую машину.

Следовательно, я немного более консервативен с ним, чем мне следовало бы быть, и, поскольку в доме появился новый ребенок, он проводит большую часть своей жизни запертым в огнеупорном сейфе, где от него мало пользы.

Какая пропускная способность вам нужна?

Ваш осциллограф и пробник могут не иметь достаточной полосы пропускания для измерения каждого сигнала, который есть. Например, даже осциллограф с частотой 1 Гвыб / с, такой как MDO3104, не может реально зафиксировать время нарастания 40 пс, исходящее от переключающего элемента на основе GaN.

Этот захват GaN-переключателя имеет заявленное время нарастания 40 пс, но осциллограф показывает, что оно ближе к 280 пс. Но так ли это? Давайте уменьшим полосу пропускания и посмотрим, как выглядит сигнал. При полосе пропускания 250 МГц это выглядит как совершенно другой сигнал, а время нарастания осциллографа составляет 750 пс.

Итак, что я на самом деле здесь измеряю? Единственное, что я знаю с некоторой долей уверенности, - это то, что это быстрый сигнал. Это выходит за рамки возможностей и возможностей зондов, и моему начальнику нужно купить мне новую игрушку.

В качестве очень, очень общего практического правила разделите самое быстрое время нарастания компонента на 0,6, чтобы определить необходимую полосу пропускания (я пропустил этапы обсуждения гармоник и просто добавил крошечный запас прочности).

Например:

$$ \ text {Scope BW} \ frac {0.6} {40 \; \ text {ps}} =15 \; \ text {ГГц} $$

Понятия не имею, почему я принял это устройство как свою священную корову. Он даже не успевает за моими самыми быстрыми импульсами, а инструменты предназначены для использования. Но я использую его, когда требуются тщательные измерения, анализ протокола или спектральный анализ, и он хорошо выполняет свою задачу.

Год назад он был установлен над моим рабочим столом на шарнирном креплении VESA. И он вернется туда снова, когда больше не будет беспокойства о том, что ребенок тянет испытательный провод, упавший с края стола.

Осциллограф MDO3104. Изображение предоставлено Tektronix

Простые недорогие осциллографы справятся со своей задачей

К счастью, большинство ошибок в конструкции платы или пайки, которые я совершаю, являются глупыми:перемычка припаяна во время ручной сборки, или, возможно, у меня неправильная посадка для ИС. Я еще не просчитал емкость линии I2C, и нет никаких шансов, что я подключил драйвер UART Tx к драйверу UART Tx на другой микросхеме, и любой, кто говорит, что я сделал это и испортил плату, является проклятый лжец!

Таким образом, 60% моих потребностей в отладке можно удовлетворить с помощью самых простых осциллографов. Для поднятия платы мне просто нужно знать, есть ли низкий логический уровень или высокий логический уровень, приблизительное напряжение или действительно ли на линии данных есть данные. Для этих целей обычно годится самый дешевый из осциллографов. Когда устранение неполадок перерастает в «давайте расшифруем несколько пакетов», появляются новые инструменты.

Я оценил малый размер и удобство карманных осциллографов. Двухканальные версии стоят около 100 долларов, а четырехканальные - около 200 долларов.

4-канальный портативный мини-цифровой осциллограф DSO213. Изображение предоставлено SainSmart

Эти устройства небольшие, портативные и имеют очень ограниченные возможности. Они дополняют полноценный осциллограф, а не заменяют его. Это не логические анализаторы, и у них нет возможностей анализа протоколов.

Но приятно то, что из-за цены я без колебаний оставляю это на рабочем столе или отправляюсь в гараж для устранения неполадок в моих станках с ЧПУ. Его последней задачей в жизни было определение того, является ли вывод на порт BNC камеры видеонаблюдения цифровым или аналоговым. Это натолкнуло меня на мысль, что это может быть 3G-SDI.

Предупреждение о карманном контрольно-измерительном оборудовании

После того, как вы влюбитесь в карманные осциллографы, у вас наверняка возникнет соблазн найти в Интернете все карманное испытательное оборудование и добавить его в корзину. Но я призываю вас не слишком сильно увлекаться.

Эти устройства сложнее использовать, и их массово подделывают в море. У них также есть неуклюжий пользовательский интерфейс, к которому нужно привыкнуть, и ограниченный диапазон рабочих частот. И я не могу представить, чтобы они были откалиброваны так тщательно.

Векторный анализатор цепей

Доступны карманные векторные анализаторы цепей. Это означает, что они могут регистрировать амплитуду и фазу сигнала. Частотный диапазон обычно начинается с 10 кГц и достигает пика около 1–1,5 ГГц.

У меня есть одна для проектов любительских радиоантенн, но я не использую ее регулярно для рабочих задач. Я не знаю, насколько они эффективны или точны при регистрации s-параметров, но уверен, что ответ разочаровывает. Если у вас есть опыт работы с ними в производственной среде, оставьте комментарий ниже.

Векторный анализатор цепей SeeSii (10 кГц – 1,5 ГГц). Изображение любезно предоставлено SeeSii и Amazon

Вместо этого вы можете рассмотреть полностью автоматический двухпортовый векторный анализатор цепей DG8SAQ VNWA 3SE. Это устройство подключается прямо к вашему компьютеру и может использоваться для анализа во временной области, обнаружения неисправностей кабеля и согласования сети. Также он обладает высокой стабильностью и широким динамическим диапазоном. Рабочая частота составляет от 1 кГц до 1,3 ГГц, что охватывает несколько диапазонов ISM.

Комплект SDR DG8SAQ VNWA 3, недорогой векторный анализатор цепей 1,3 ГГц. Изображение предоставлено SDR Kits

Это график S11 отношения стоячей волны (красный), дБ потерь (синий) и импеданса (зеленый). Графики показывают, что эта антенна настроена на 453 МГц, но должна адекватно работать в диапазоне 445–455 МГц.

К сожалению, переход на максимальную частоту до 3 ГГц требует серьезного оборудования и требует, чтобы вы продали свой автомобиль, чтобы позволить себе это. Для перехода на частоту 53 ГГц необходимо продать почку или своего первенца. Лично я рекомендую ребенку, так как вы не можете создать еще одну почку.

Мультиметр

Выбранный вами мультиметр во многом зависит от типа выполняемой вами работы. Уровень точности, количество функций и регистрация данных, среди многих других функций - все это варианты, доступные вам. Но вы также должны знать, что мультиметр больше не означает просто сопротивление / емкость / напряжение.

Мультиметры существуют со встроенными инфракрасными камерами! У FLIR и Fluke есть модели на выбор.

Промышленный мультиметр FLIR DM285. Изображение предоставлено FLIR

Разрешение ИК-камеры может быть не таким хорошим, как у автономной ИК-камеры, а мультиметр может иметь технические характеристики, которые не позволяют использовать его напрямую для работы с микроэлектроникой. Но если вы работаете с устройствами линейного напряжения, можно привести веский аргумент, чтобы добавить это в свой инструментарий.

Если вы собираетесь использовать ИК-камеру для проверки электронных схем, вам следует выбрать другую модель с более высоким разрешением. Хорошее практическое правило состоит в том, что минимальная ширина проверяемого компонента должна составлять 3 пикселя.

В качестве альтернативы вы можете использовать настольный мультиметр, который обеспечивает большую точность.

Цифровой мультиметр SDM3045X с 4 1/2 цифрами с двумя дисплеями. Изображение любезно предоставлено Siglent Technologies

Следует иметь в виду, что при осторожном использовании эти устройства служат очень долго. У меня все еще есть те же портативные и настольные мультиметры, которые я приобрел у RadioShack более двух десятилетий назад, и они по-прежнему работают так же хорошо, как и тогда, когда были новыми, то есть я могу проверять напряжение батареи и выполнять другие основные действия по устранению неполадок.

Подумайте о том, чтобы инвестировать в то, что вы планируете хранить очень долго.

Инвестируйте в долговечное контрольно-измерительное оборудование

Если вам нужно устранять неполадки или предлагать новые конструкции, вам понадобится испытательное оборудование. Это недешево, и за это нужно платить. Итак, ваша новая задача - убедить начальника в том, что вам нужны все эти инструменты для выполнения вашей работы. Это может быть сложно, но у меня есть простое решение:просто сообщите своему боссу, что я сказал, что все в порядке.