Prüf- und Messausrüstung (T&M), die Sie für ein Heimlabor benötigen

Für einige von uns kann die Heimarbeit über 2020 hinaus eine erweiterte Realität sein. Sie benötigen die richtigen Werkzeuge, um Ihre Ziele zu erreichen.

Eine der Realitäten des Jahres 2021 ist, dass viele Ingenieure immer noch zu Hause mit all den coolen Gadgets und Spielereien festsitzen, die bei der Arbeit Staub ansammeln. Wie werden Sie in der neuen Welt, in der wir leben, produktiv bleiben? Wie viel Arbeit können Sie zu Hause erledigen? Das hängt von Ihren Projekten ab. Sie benötigen die richtigen Werkzeuge, um Ihre Ziele zu erreichen.

Die Logistik, Test- und Messgeräte nach Hause zu bringen

Viele Kindergärtnerinnen, die ihre Klasse angeleitet haben, Makkaroni-Skulpturen herzustellen, werden Ihnen sagen:„Man kann nur so viel Mist mit Mist machen.“ Das gilt auch für Werkzeuge und Prüfmittel. Wenn Sie nicht zur Arbeit gehen können, müssen entweder Sie oder Ihr Arbeitgeber Ihre Brieftaschen öffnen, um die Arbeit zu Ihnen nach Hause zu bringen.

Wenn Ihr Arbeitgeber für die Ausrüstung ein Stipendium gewährt, sollten Sie sie behalten und steuerlich abschreiben können. Aber wie auch immer die Geräte in Ihr Haus gelangen, Sie können nach Versicherungsoptionen suchen. Die Hausratversicherung ist möglicherweise nicht daran interessiert, ein Oszilloskop im Wert von 50.000 USD zu ersetzen, das Sie von der Arbeit mit nach Hause gebracht haben.

Für elektrotechnische Prüfmittel empfehle ich die Philosophie „Einmal kaufen, einmal weinen“. Bezahlen Sie für Qualitätswerkzeuge, die ein Jahrzehnt oder länger halten. Wenn Ihr Unternehmen einen weniger anstrengenden Entwicklungszyklus hat, können Sie alternativ einen der vielen Testgeräteverleiher nutzen, um die Geräte, die Sie benötigen, nur für die Zeit zu mieten, die Sie benötigen.

Oszilloskope

Ich arbeite bei Advanced Assembly, und mein Chef und ich haben jeweils einen Tektronix MDO3104 in unseren Heimwerkstätten. Diese Multifunktionsgeräte funktionieren als Oszilloskop, Spektrumanalysator, Funktionsgenerator, Multimeter und einige andere Dinge, die ich noch nicht herausgefunden habe. Bis vor kurzem war dieses Gerät deutlich mehr wert als mein Auto. Und das nur, weil ich ein neues Auto gekauft habe.

Daher gehe ich damit etwas konservativer um, als ich wahrscheinlich sein sollte, und da es ein neues Kind im Heim gibt, verbringt es die meiste Zeit seines Lebens eingesperrt in einem feuerfesten Safe, wo es mir wenig bis gar nicht nützt.

Welche Bandbreite benötigen Sie?

Ihr Oszilloskop und Ihr Tastkopf haben möglicherweise nicht die ausreichende Bandbreite, um jedes vorhandene Signal zu messen. Zum Beispiel kann selbst ein 1 GS/s Oszilloskop wie das MDO3104 eine Anstiegszeit von 40 ps, ​​die von einem GaN-Schaltelement kommt, nicht wirklich erfassen.

Diese Erfassung eines GaN-Schalters hat eine angegebene Anstiegszeit von 40 ps, ​​aber der Umfang sagt, dass sie näher bei 280 ps liegt. Aber ist es? Lassen Sie uns die Bandbreite herunterdrehen und sehen, wie das Signal aussieht. Bei 250 MHz Bandbreite sieht es wie ein ganz anderes Signal aus und das Oszilloskop hat eine Anstiegszeit von 750 ps.

Was messe ich hier wirklich? Das einzige, was ich mit einiger Sicherheit weiß, ist, dass dies ein schnelles Signal ist. Es übersteigt den Umfang und die Fähigkeiten der Sonden, und mein Chef muss mir ein neues Spielzeug kaufen.

Als sehr, sehr allgemeine Faustregel gilt:Teilen Sie Ihre schnellste Komponentenanstiegszeit in 0,6, um Ihre benötigte Bandbreite zu bestimmen (ich habe die Schritte zu den Diskussionsoberwellen übersprungen und nur einen winzigen Sicherheitsabstand berücksichtigt).

Zum Beispiel:

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

Ich habe keine Ahnung, warum ich dieses Gerät als meine heilige Kuh angenommen habe. Es kann nicht einmal mit meinen schnellsten Pulsen mithalten, und Werkzeuge sind dazu gedacht, verwendet zu werden. Aber ich benutze es, wenn sorgfältige Messungen, Protokollanalysen oder Spektrumanalysen erforderlich sind und es erfüllt seinen Zweck gut.

Vor einem Jahr wurde es über meiner Werkbank auf einer gelenkigen VESA-Halterung montiert. Und es wird wieder dorthin zurückkehren, wenn es keine Sorgen mehr gibt, dass ein Kind an einer Messleitung zerrt, die über die Schreibtischkante gefallen ist.

MDO3104 Oszilloskop. Bild mit freundlicher Genehmigung von Tektronix

Einfache, kostengünstige Oszilloskope können die Arbeit erledigen

Glücklicherweise sind die meisten Fehler beim Leiterplattendesign oder beim Löten, die ich mache, dumm – eine Lötbrücke während der Handmontage oder vielleicht habe ich den falschen Footprint für einen IC. Ich habe die Kapazität einer I2C-Leitung noch nicht falsch berechnet, und es besteht keine Chance, dass ich einen UART-Tx-Treiber an einen UART-Tx-Treiber auf einem anderen IC angeschlossen habe, und jeder, der sagt, dass ich es getan und das Board ruiniert habe, ist a verdammter Lügner!

60 % meiner Debugging-Anforderungen können also mit dem einfachsten Oszilloskop gedeckt werden. Für das Board-Bring-Up muss ich nur wissen, ob es logisch niedrig oder logisch hoch ist, eine ungefähre Spannung oder ob eine Datenleitung tatsächlich Daten enthält. Für diese Zwecke reichen normalerweise die billigsten Oszilloskope. Wenn die Fehlerbehebung eskaliert zu "lass uns einige Pakete decodieren", kommen die großen Jungs-Tools heraus.

Ich habe die geringe Größe und Nützlichkeit der Taschenoszilloskope zu schätzen gelernt. 2-Kanal-Versionen kosten etwa 100 US-Dollar und 4-Kanal-Versionen etwa 200 US-Dollar.

Das 4-Kanal-Handheld-Digitaloszilloskop DSO213. Bild mit freundlicher Genehmigung von SainSmart

Diese Geräte sind klein, tragbar und in ihren Möglichkeiten sehr eingeschränkt. Sie ergänzen ein vollwertiges Oszilloskop – sie ersetzen es nicht. Dies sind keine Logikanalysatoren und sie haben keine Protokollanalysefunktionen.

Aber das Schöne ist, dass ich aufgrund des Preises keine Bedenken habe, dies auf meinem Desktop zu lassen oder in die Werkstatt zu bringen, um Fehler an meinen CNC-Maschinen zu beheben. Seine neueste Aufgabe bestand darin, zu bestimmen, ob die Ausgabe am BNC-Anschluss einer Überwachungskamera digital oder analog war. Das brachte mich auf die Idee, dass es 3G-SDI sein könnte.

Ein Wort der Warnung zu Pocket-Messgeräten

Nachdem Sie sich in die Taschenoszilloskope verliebt haben, ist es wahrscheinlich verlockend, alle Testgeräte im Taschenformat im Internet zu finden und in den Warenkorb zu legen. Aber ich ermutige Sie, nicht zu wild zu werden.

Diese Geräte sind schwieriger zu verwenden und werden massenhaft vor der Küste gefälscht. Außerdem haben sie eine gewöhnungsbedürftige, klobige Benutzeroberfläche und einen eingeschränkten Betriebsfrequenzbereich. Und ich kann mir auch nicht vorstellen, dass die so sorgfältig kalibriert sind.

Vektor-Netzwerkanalysator

Es gibt Vektor-Netzwerkanalysatoren im Taschenformat. Das heißt, sie sind in der Lage, die Amplitude und die Phase eines Signals zu erfassen. Der Frequenzbereich beginnt in der Regel bei 10 kHz und erreicht Spitzenwerte bei 1–1,5 GHz.

Ich habe eine für Amateurfunkantennenprojekte, benutze sie aber nicht regelmäßig für berufsbezogene Aufgaben. Ich weiß nicht, wie effektiv oder genau sie bei der Erfassung von S-Parametern sind, aber ich bin sicher, dass die Antwort enttäuschend ist. Wenn Sie Erfahrung damit in einer Produktionsumgebung haben, hinterlassen Sie bitte unten einen Kommentar.

Der SeeSii Vektor-Netzwerkanalysator (10 kHz–1,5 GHz). Bild mit freundlicher Genehmigung von SeeSii und Amazon

Sie könnten stattdessen den vollautomatischen 2-Port-Vektor-Netzwerkanalysator DG8SAQ VNWA 3SE in Betracht ziehen. Dieses Gerät wird direkt an Ihren Computer angeschlossen und kann für Zeitbereichsanalysen, Kabelfehlererkennung und Netzwerkabgleich verwendet werden. Es hat auch eine hohe Stabilität und einen hohen Dynamikbereich. Die Betriebsfrequenz reicht von 1 kHz bis 1,3 GHz, was mehrere ISM-Bänder abdeckt.

Der DG8SAQ VNWA 3 von SDR-Kits, ein kostengünstiger 1,3-GHz-VNA. Bild mit freundlicher Genehmigung von SDR Kits

Dies ist ein S11-Diagramm des Stehwellenverhältnisses (rot), des dB-Verlusts (blau) und der Impedanz (grün). Die Diagramme zeigen, dass diese spezielle Antenne auf 453 MHz abgestimmt ist, aber im Bereich von 445–455 MHz eine angemessene Leistung erbringen sollte.

Leider erfordert der Wechsel auf eine maximale Frequenz von 3 GHz einen ernsthaften Teil des Kits und erfordert, dass Sie Ihr Auto verkaufen, um es sich leisten zu können. Um auf 53 GHz zu wechseln, müssen Sie eine Niere oder Ihr Erstgeborenes verkaufen. Persönlich empfehle ich das Kind, da Sie keine weitere Niere herstellen können.

Multimeter

Für welches Multimeter Sie sich entscheiden, hängt stark von der Art Ihrer Arbeit ab. Die Genauigkeit, die Anzahl der Funktionen und die Datenprotokollierung sowie viele andere Funktionen stehen Ihnen zur Verfügung. Sie sollten aber auch wissen, dass das Multimeter nicht mehr nur Widerstand/Kapazität/Spannung bedeutet.

Es gibt Multimeter mit integrierten Infrarotkameras! FLIR und Fluke haben beide Modelle zur Auswahl.

Das industrielle Bildverarbeitungsmultimeter von FLIR, das DM285. Bild mit freundlicher Genehmigung von FLIR

Die Auflösung der IR-Kamera ist möglicherweise nicht so gut wie die einer eigenständigen IR-Kamera, und das Multimeter hat möglicherweise Spezifikationen, die es nicht direkt für die Mikroelektronik eignen. Wenn Sie jedoch mit Geräten auf Netzspannungsebene arbeiten, kann ein überzeugendes Argument vorgebracht werden, dies in Ihren Werkzeugkasten aufzunehmen.

Wenn Sie die IR-Kamera zur Inspektion von elektronischen Schaltungen verwenden möchten, sollten Sie ein anderes Modell mit höherer Auflösung wählen. Als Faustregel gilt, dass die Mindestbreite der zu prüfenden Komponente 3 Pixel betragen sollte.

Alternativ können Sie ein Tischmultimeter verwenden, das eine höhere Präzision bietet.

Das 4 1/2-stellige Digitalmultimeter SDM3045X mit zwei Displays. Bild mit freundlicher Genehmigung von Siglent Technologies

Beachten Sie, dass diese Geräte bei sorgfältiger Anwendung sehr lange halten. Ich habe immer noch die gleichen tragbaren Multimeter und Tischmultimeter, die ich vor über zwei Jahrzehnten bei RadioShack gekauft habe, und sie funktionieren auch heute noch genauso gut wie zu ihrer Neuzeit – das heißt, ich kann Batteriespannungen überprüfen und andere grundlegende Fehlerbehebungen durchführen.

Ziehen Sie in Erwägung, in etwas zu investieren, das Sie sehr lange behalten möchten.

Investieren Sie in langlebige Messtechnik

Wenn Sie Fehler beheben oder neue Designs einführen müssen, benötigen Sie Testgeräte. Es ist nicht billig und jemand muss es bezahlen. Ihre neue Aufgabe besteht also darin, Ihren Chef davon zu überzeugen, dass Sie all diese Werkzeuge für Ihre Arbeit benötigen. Das kann schwierig sein, aber ich habe eine einfache Lösung:Sagen Sie Ihrem Chef einfach, dass ich sagte, es sei in Ordnung.