Essentiële Test & Meetapparatuur voor een Professionele Thuislab

Voor sommigen van ons kan thuiswerken een uitgebreide realiteit zijn na 2020. Je hebt de juiste tools nodig om je doelen te bereiken.

Een van de realiteiten van 2021 is dat veel ingenieurs nog steeds thuis zitten met alle coole gadgets en gizmos die stof aan het zetten zijn op het werk. Hoe blijf je productief in de nieuwe wereld waarin we leven? Hoeveel werk kun je thuis doen? Dat hangt af van je projecten. Je hebt de juiste tools nodig om je doelen te bereiken.

De Logistiek van Test- en Meetapparatuur Thuis Halen

Veel kleuterjufjes die hun klas hebben geleid om macaroni-beeldhouwwerken te maken zullen je vertellen, "Er is maar zoveel prut je kunt maken met prut." Dat geldt ook voor tools en testapparatuur. Als je niet naar je werk kunt, moet óf jij óf je werkgever de portemonnee openen om het werk naar je toe te brengen.

Als je werkgever een stipendium voor de apparatuur biedt, zou je het moeten kunnen houden en afschrijven op je belasting.  Maar hoe de apparatuur ook je huis binnenkomt, je zou verzekeringsopties kunnen onderzoeken; huizenverzekeringen zijn misschien niet enthousiast over het vervangen van een $50.000 oscilloscoop die je van je werk meenam.

Voor elektrotechnische testapparatuur raad ik de "Koop een keer, huil een keer" filosofie aan. Betaal voor kwaliteitstools die een decennium of langer meegaan. Als alternatief, als je bedrijf een minder zware ontwikkelcyclus heeft, profiteer dan van een van de vele testapparatuur verhuurbedrijven om de apparatuur te huren die je nodig hebt voor slechts de tijd die je het nodig hebt.

Oscilloscopen

Ik werk bij Advanced Assembly, en mijn baas en ik hebben elk een Tektronix MDO3104 in onze thuisonderhouden. Deze multifunctionele apparaten functioneren als oscilloscoop, spectrumanalyzer, functiegenerator, multimeter, en een paar andere dingen die ik nog niet uitgevonden heb. Tot onlangs was dit apparaat aanzienlijk meer waard dan mijn auto.  En dat is alleen omdat ik een nieuwe auto kocht.

Daarom ben ik een beetje meer voorzichtig met het apparaat dan ik misschien zou moeten, en omdat er een nieuw kind in het huis is, doorbrengt het het grootste deel van zijn leven gesloten in een brandbestande kluis waar het me weinig tot geen goed doet.

Welke Bandbreedte Heb Je Nodig?

Je scoop en meetstaf hebben misschien niet voldoende bandbreedte om elk signaal te meten dat er buiten is. Bijvoorbeeld, zelfs een 1 GS/s oscilloscoop zoals de MDO3104 kan een 40 ps rijtijd van een GaN-schakelelement niet echt vastleggen.

Deze opname van een GaN-schakelaar heeft een aangegeven rijtijd van 40 ps, maar de scoop zegt dat het dichter bij 280 ps ligt. Maar is het dat? Laten we de bandbreedte verlagen en kijken wat het signaal eruitziet. Bij 250 MHz bandbreedte ziet het eruit als een volledig ander signaal, en de scoop heeft een rijtijd van 750 ps.

Wat meet ik eigenlijk hier? Het enige wat ik met enige mate van zekerheid weet is dat dit een snel signaal is. Het is buiten de mogelijkheden van de scoop en meetstaven, en mijn baas moet me een nieuwe speelgoed kopen.

Als een heel, heel algemene rule of thumb, deel je snelste component rijtijd door 0.6 om je benodigde bandbreedte te bepalen (ik slaat stappen over over harmonischen en voeg alleen een kleine veiligheidsmarge toe).

Bijvoorbeeld:

$$\text{Scoop BW}\frac{0.6}{40\;\text{ps}}=15\;\text{GHz}$$

Ik heb geen idee waarom ik dit apparaat als mijn heilige koe heb aangenomen. Het kan niet eens mijn snelste pulsen bijbenen, en tools zijn bedoeld om gebruikt te worden. Maar ik gebruik het wel wanneer zorgvuldige meting, protocolanalyse, of spectrumanalyse vereist zijn en het dient zijn doel goed.

Een jaar geleden was het gemonteerd boven mijn werkbank op een articulerende VESA-mount. En het zal er weer terugkeren wanneer er geen zorgen meer zijn over een kind dat aan een testlead trekt die over de rand van het bureau is gevallen.

MDO3104 oscilloscoop. Image used courtesy of Tektronix

Eenvoudige, Goedkope Oscilloscopen Kunnen het Werk Doen

Gelukkig zijn de meeste van mijn bordontwerpfouten of solderfouten domme – een soldeerbrug tijdens handmatige assembly, of misschien heb ik de verkeerde footprint voor een IC. Ik heb nog niet de capaciteit van een I2C-lijn miscalculeerd, en er is geen kans, ooit, dat ik een UART Tx-driver aan een UART Tx-driver op een andere IC heb aangesloten, en iedereen die zegt dat ik dat deed en het bord ruinig is, is een verdachte lul!

Dus 60% van mijn debugbehoeftes kunnen vervuld worden door de simpelste oscilloscopen. Voor board bring-up, hoef ik alleen te weten of er logic low of logic high is, een benaderende spanning, of een datalijn daadwerkelijk data op zich heeft. Voor die doeleinden kan de goedkoopste oscilloscoop meestal volstaan. Als troubleshooting escaalt naar "laten we enkele pakketten decoderen," komen de grote tools tevoorschijn.

Ik ben gaan appreciëren de kleine grootte en bruikbaarheid van zakoscilloscopen. 2-kanaals versies lopen rond de $100 en 4-kanaals versies rond de $200.

De DSO213 4-kanaals handheld mini digitale oscilloscoop. Image used courtesy of SainSmart

Deze apparaten zijn klein, draagbaar, en zeer beperkt in wat ze kunnen doen. Ze supplementeren een volledig-uitgeruste oscilloscoop – ze vervangen het niet. Dit zijn geen logicanalyzers, en ze hebben geen protocolanalyse-mogelijkheden.

Maar het leuke is dat door de prijs ik geen kwal heb om dit rond mijn bureau te laten liggen of het naar de garage te nemen om mijn CNC-machines te troubleshooten. De laatste klus was bepalen of de uitgang op de BNC-poort van een beveiligingscamera digitaal of analog was. Dat gaf me het idee dat het 3G-SDI zou kunnen zijn.

Een Waarschuwing over Zak T&M Apparatuur

Naarmate je verliefd wordt op de zakoscilloscopen, is het waarschijnlijk verleidelijk om alle zak-grootte testapparatuur op het internet te vinden en aan je winkelmandje toe te voegen. Maar ik moedig je aan om niet te wild gaan.

Deze apparaten zijn moeilijker te gebruiken en zijn massaal namaak van offshore. Ze hebben ook een klonterige gebruikersinterface waar je aan moet wennen en hebben een beperkt werkingsfrequentiebereik. En ik kan me niet voorstellen dat ze zo zorgvuldig gecalibreerd zijn.

Vector Network Analyzer

Er zijn zak-grootte vector network analyzers beschikbaar. Dat betekent dat ze in staat zijn de amplitude en de fase van een signaal vast te leggen. Het frequentiebereik begint meestal bij 10 kHz en piekt rond 1–1.5 GHz.

Ik heb er een voor amateur radio antenneprojecten maar gebruik het niet regelmatig voor werkgerelateerde taken. Ik weet niet hoe effectief of accuraat ze zijn bij het vastleggen van s-parameters, maar ik ben er zeker van dat het antwoord teleurstellend is. Als je ervaring hebt met ze in een productieomgeving, laat dan hieronder een reactie achter.

De SeeSii vector network analyzer (10 kHz–1.5 GHz). Image used courtesy of SeeSii and Amazon

Je kunt overwegen de DG8SAQ VNWA 3SE volledig-automatische, 2-poort vector network analyzer. Dit apparaat plugt rechtstreeks in je computer en kan gebruikt worden voor time-domain analyse, kabel foutdetectie, en netwerk matching. Het heeft ook hoge stabiliteit en hoge dynamische bereik. De werkingfrequentie is van 1 kHz tot 1.3 GHz, wat diverse ISM-banden dekt.

SDR Kits' DG8SAQ VNWA 3, een low-cost 1.3 GHz VNA. Image used courtesy of SDR Kits

Dit is een S11 plot van standing wave ratio (rood), dB verlies (blauw), en impedantie (groen). De plots duiden aan dat deze specifieke antenne getund is voor 453 MHz, maar adequaat zou moeten presteren over het bereik van 445–455 MHz.

Helaas, omhoog gaan naar 3 GHz maximum frequentie vereist een serieus stuk kit en vereist dat je je auto verkoopt om het te betalen. Om naar 53 GHz te gaan vereist dat je een nier of je eerste kind verkoopt. Persoonlijk raad ik het kind aan aangezien je geen nieuwe nier kunt maken.

Multimeter

De multimeter die je kiest hangt sterk af van het type werk dat je doet. Het precisieniveau, het aantal functies, en data logging, onder veel andere features zijn alle opties beschikbaar voor je. Maar je moet ook weten dat de multimeter niet meer simpelweg weerstand/capaciteit/spanning betekent.

Multimeters bestaan met ingebouwde infrarode camera's! FLIR en Fluke hebben beide modellen beschikbaar om te kiezen.

FLIR's industriële imaging multimeter, de DM285. Image used courtesy of FLIR

De resolutie van de IR-camera is misschien niet zo goed als een standalone IR-camera, en de multimeter heeft misschien specificaties die het niet direct lenen voor microelektronica-werk. Maar als je werkt met netspanningsapparaten, kan een overtuigend argument gemaakt worden om dit aan je toolkit toe te voegen.

Als je van plan bent de IR-camera te gebruiken voor het inspecteren van elektronische schakelingen, moet je een ander model kiezen met hogere resolutie. Een goede rule of thumb is dat de minimum breedte van het component dat je wilt inspecteren 3 pixels breed moet zijn.

Als alternatief kun je gaan voor een benchtop multimeter die capabel is van grotere precisie.

De SDM3045X 4 1/2 digits dual-display digitale multimeter. Image used courtesy of Siglent Technologies

Etwas om in gedachten te houden is dat deze apparaten, zorgvuldig gebruikt, heel lang mee gaan. Ik heb nog steeds dezelfde draagbare en benchtop multimeters die ik meer dan twee decennia geleden bij RadioShack kocht, en ze werken vandaag nog net zo goed als toen ze nieuw waren – wat betekent dat ik batterijspanningen kan checken en andere basis troubleshooting kan doen.

Overweeg te investeren in iets dat je van plan bent heel lang te houden.

Investeer in Langdurige T&M Apparatuur  

Als je moet troubleshooten of nieuwe ontwerpen opbrengen, heb je testapparatuur nodig. Het is niet goedkoop en iemand moet ervoor betalen. Dus je nieuwe baan is om je baas te overtuigen dat je al deze tools nodig hebt om je werk te doen. Dat kan moeilijk zijn, maar ik heb een eenvoudige oplossing: laat gewoon je baas weten dat ik zei dat het oké was.