Essentielle Test- & Messgeräte für ein professionelles Heimlabor

Für einige von uns mag die Heimarbeit eine verlängerte Realität über 2020 hinaus sein. Sie brauchen die richtigen Werkzeuge, um Ihre Ziele zu erreichen.

Eine der Realitäten von 2021 ist, dass viele Ingenieure immer noch zu Hause festsitzen, mit all den coolen Gadgets und Gizmos, die im Büro Staub sammeln. 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 brauchen die richtigen Werkzeuge, um Ihre Ziele zu erreichen.

Die Logistik des Mitnehmens von Test- und Messgeräten nach Hause

Viele Kindergärtnerinnen, die ihre Klasse dazu angeleitet haben, Makkaroni-Skulpturen zu erstellen, werden Ihnen sagen: "Es gibt nur so viel Mist, den man mit Mist machen kann." Das gilt auch für Werkzeuge und Testgeräte. Wenn Sie nicht zur Arbeit gehen können, müssen entweder Sie oder Ihr Arbeitgeber den Geldbeutel öffnen, um die Arbeit zu Ihnen nach Hause zu bringen.

Wenn Ihr Arbeitgeber ein Stipendium für die Geräte bereitstellt, sollten Sie diese behalten und steuerlich abschreiben können. Aber egal wie die Geräte in Ihr Zuhause gelangen, Sie sollten Versicherungsoptionen prüfen; Hausratversicherungen sind vielleicht nicht begeistert, ein 50.000 $ Oszilloskop zu ersetzen, das Sie von der Arbeit mit nach Hause gebracht haben.

Für elektrische Engineering-Testgeräte empfehle ich die "Einmal kaufen, einmal weinen"-Philosophie. Zahlen Sie für Qualitätswerkzeuge, die ein Jahrzehnt oder länger halten. Alternativ, wenn Ihr Unternehmen einen weniger strengen Entwicklungszyklus hat, nutzen Sie eine der vielen Testgerät-Vermietfirmen, um Geräte nur für die Zeit zu mieten, die Sie sie brauchen.

Oszilloskope

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

Daher bin ich etwas konservativer damit, als ich wahrscheinlich sein sollte, und seit es ein neues Kind im Haus gibt, verbringt es den größten Teil seines Lebens in einem feuerfesten Safe, wo es mir wenig bis gar keinen Nutzen bringt.

Welche Bandbreite brauchen Sie?

Ihr Oszilloskop und Ihre Sonde haben möglicherweise nicht die ausreichende Bandbreite, um jedes Signal da draußen zu messen. Zum Beispiel kann sogar ein 1 GS/s Oszilloskop wie das MDO3104 einen 40 ps Anstiegszeit-Ausgang aus einem GaN-Schaltelement nicht wirklich erfassen.

 

 

Diese Erfassung eines GaN-Schalters hat einen angegebenen Anstiegszeit von 40 ps, aber das Oszilloskop sagt, es sei näher an 280 ps. Aber stimmt das? Lassen Sie uns die Bandbreite herunterdrehen und sehen, wie das Signal aussieht. Bei 250 MHz Bandbreite sieht es wie ein völlig 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 liegt jenseits der Fähigkeiten des Oszilloskops und der Sonden, und mein Chef muss mir ein neues Spielzeug kaufen.

Als sehr, sehr allgemeine Faustregel: Teilen Sie Ihre schnellste Komponenten-Anstiegszeit durch 0,6, um Ihre benötigte Bandbreite zu bestimmen (ich habe Schritte über Harmonische-Diskussion übersprungen und nur einen winzigen Sicherheitsmarge eingefügt).

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 adoptiert habe. Es kann nicht einmal mit meinen schnellsten Pulsen mithalten, und Werkzeuge sind dazu da, benutzt zu werden. Aber ich benutze es, wenn sorgfältige Messung, Protokollanalyse oder Spektrumanalyse erforderlich sind, und es dient seinem Zweck gut.

Vor einem Jahr war es über meinem Arbeitstisch an einer schwenkbaren VESA-Halterung montiert. Und es wird dorthin zurückkehren, wenn es keine Sorge mehr gibt, dass ein Kind an einem Testleiter zerrt, der über den Schreibtischrand gefallen ist.

 

MDO3104 Oszilloskop. Bild mit freundlicher Genehmigung von Tektronix

 

Einfache, kostengünstige Oszilloskope können den Job erledigen

Glücklicherweise sind die meisten der Board-Design-Fehler oder Lötfehler, die ich mache, dumme – eine Lötbrücke bei Handbestückung, oder vielleicht habe ich den falschen Footprint für einen IC. Ich habe noch nicht die Kapazität einer I2C-Leitung falsch berechnet, und es gibt keine Chance, dass ich je einen UART-Tx-Treiber an einen UART-Tx-Treiber auf einem anderen IC angeschlossen habe, und jeder, der sagt, ich hätte das getan und das Board ruiniert, ist ein verdammter Lügner!

So können 60% meiner Debugging-Bedürfnisse durch das einfachste Oszilloskop erfüllt werden. Für Board-Bring-Up brauche ich nur zu wissen, ob es Logic Low oder Logic High gibt, eine ungefähre Spannung, oder ob eine Datenleitung tatsächlich Daten führt. Für diese Zwecke kann meist das billigste Oszilloskop ausreichen. Wenn das Troubleshooting eskaliert zu "lass uns ein paar Pakete dekodieren", kommen die großen Werkzeuge zum Einsatz.

Ich habe die kleine Größe und Nützlichkeit der Taschenoszilloskope schätzen gelernt. 2-Kanal-Versionen laufen um 100 $ und 4-Kanal-Versionen um 200 $.

 

 

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

 

Diese Geräte sind klein, tragbar und sehr limitiert in dem, was sie tun können. Sie ergänzen ein voll ausgestattetes Oszilloskop – sie ersetzen es nicht. Das sind keine Logikanalysatoren, und sie haben keine Protokollanalyse-Fähigkeiten.

Aber das Schöne ist, dass ich aufgrund des Preises keine Bedenken habe, dieses auf meinem Schreibtisch liegen zu lassen oder es in die Garage mitzunehmen, um meine CNC-Maschinen zu troubleshooten. Sein letzter Job war die Bestimmung, ob der Output am BNC-Port einer Überwachungskamera digital oder analog war. Das gab mir die Idee, es könnte 3G-SDI sein.

Ein Warnwort zu Taschen-T&M-Geräten

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

Diese Geräte sind schwieriger zu bedienen und werden massenhaft offshore gefälscht. Sie haben auch eine klobige Benutzeroberfläche, an die man sich gewöhnen muss, und einen begrenzten Betriebsfrequenzbereich. Und ich kann mir nicht vorstellen, dass sie allzu sorgfältig kalibriert sind.

Vektornetzwerkanalysator

Es gibt taschengroße Vektornetzwerkanalysatoren. Das bedeutet, sie können Amplitude und Phase eines Signals erfassen. Der Frequenzbereich beginnt meist bei 10 kHz und reicht bis etwa 1–1,5 GHz.

Ich habe einen für Amateurfunk-Antennenprojekte, nutze ihn aber nicht regelmäßig für arbeitsbezogene 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 mit ihnen in einer Produktionsumgebung haben, hinterlassen Sie bitte einen Kommentar unten.

 

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

 

Sie könnten stattdessen den DG8SAQ VNWA 3SE vollautomatischen 2-Port-Vektornetzwerkanalysator in Betracht ziehen. Dieses Gerät steckt direkt in Ihren Computer und kann für Zeitbereichsanalyse, Kabel-Fehlererkennung und Netzwerk-Matching verwendet werden. Es hat auch hohe Stabilität und hohen Dynamikbereich. Der Betriebsfrequenzbereich reicht von 1 kHz bis 1,3 GHz, was mehrere ISM-Bänder abdeckt.

 

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

 

Dies ist ein S11-Plot des Stehwellenverhältnisses (rot), dB Verlust (blau) und Impedanz (grün). Die Plots zeigen, dass diese bestimmte Antenne auf 453 MHz abgestimmt ist, aber über den Bereich 445–455 MHz adäquat performen sollte.

 

Leider erfordert der Aufstieg auf 3 GHz maximale Frequenz ein ernsthaftes Stück Kit und wird erfordern, dass Sie Ihr Auto verkaufen, um es sich leisten zu können. Auf 53 GHz zu kommen erfordert, dass Sie eine Niere oder Ihr erstgeborenes Kind verkaufen. Persönlich empfehle ich das Kind, da Sie keine weitere Niere machen können.

Multimeter

Das Multimeter, das Sie wählen, hängt stark von der Art der Arbeit ab, die Sie tun. Das Präzisionsniveau, die Anzahl der Funktionen und Datenlogging, unter vielen anderen Features, sind alles Optionen, die Ihnen zur Verfügung stehen. Aber Sie sollten auch wissen, dass das Multimeter nicht mehr einfach Widerstand/Kapazität/Spannung bedeutet.

Multimeter gibt es mit eingebauten Infrarotkameras! FLIR und Fluke haben beide Modelle zur Auswahl.

 

FLIRs industrielles Imaging-Multimeter, das DM285. Bild mit freundlicher Genehmigung von FLIR

 

Die Auflösung der IR-Kamera ist vielleicht nicht so gut wie eine eigenständige IR-Kamera, und das Multimeter hat vielleicht Spezifikationen, die es nicht direkt für Mikroelektronik-Arbeit eignen. Aber wenn Sie mit Netzspannungs-Geräten arbeiten, kann ein überzeugendes Argument gemacht werden, dies zu Ihrem Werkzeugkasten hinzuzufügen.

Wenn Sie die IR-Kamera für die Inspektion von Elektronikschaltungen nutzen wollen, sollten Sie ein anderes Modell mit höherer Auflösung wählen. Eine gute Faustregel ist, dass die minimale Breite des Bauteils, das Sie inspizieren möchten, 3 Pixel breit sein sollte.

Alternativ könnten Sie ein Tischmultimeter wählen, das größere Präzision ermöglicht.

 

Das SDM3045X 4 1/2 Ziffern Dual-Display Digitalmultimeter. Bild mit freundlicher Genehmigung von Siglent Technologies

 

Etwas, das man im Hinterkopf behalten sollte: Diese Geräte, sorgfältig verwendet, halten sehr lange. Ich habe immer noch das gleiche tragbare und Tischmultimeter, das ich vor über zwei Jahrzehnten bei RadioShack gekauft habe, und sie funktionieren heute genauso gut wie neu – was bedeutet, ich kann Batteriespannungen prüfen und andere grundlegende Troubleshooting-Aufgaben durchführen.

Erwägen Sie, in etwas zu investieren, das Sie sehr lange behalten wollen.

Investieren Sie in langlebige T&M-Geräte

Wenn Sie troubleshooten oder neue Designs hochfahren müssen, brauchen Sie Testgeräte. Es ist nicht billig und jemand muss dafür bezahlen. Also ist Ihr neuer Job, Ihren Chef davon zu überzeugen, dass Sie all diese Werkzeuge brauchen, um Ihre Arbeit zu machen. Das kann schwierig sein, aber ich habe eine einfache Lösung: sagen Sie einfach Ihrem Chef, dass ich gesagt habe, es sei okay.