Equipo de prueba y medición (T&M) que necesitará para un laboratorio doméstico

Para algunos de nosotros, el trabajo en casa puede ser una realidad extendida más allá de 2020. Necesitará las herramientas adecuadas para lograr sus objetivos.

Una de las realidades de 2021 es que muchos ingenieros todavía están atrapados en casa con todos los artilugios y artilugios geniales acumulando polvo en el trabajo. ¿Cómo seguirá siendo productivo en el nuevo mundo en el que vivimos? ¿Cuánto trabajo puedes hacer en casa? Eso dependerá de tus proyectos. Necesitará las herramientas adecuadas para lograr sus objetivos.

La logística de llevar a casa equipos de prueba y medición

Muchos maestros de jardín de infantes que han guiado a su clase a crear esculturas de macarrones te dirán:"No hay mucha basura que puedas hacer con basura". Eso también es cierto para las herramientas y los equipos de prueba. Si no puede ir a trabajar, usted o su empleador tendrán que abrir sus bolsillos para llevarse el trabajo a casa.

Si su empleador proporciona un estipendio por el equipo, debería poder conservarlo y depreciarlo en sus impuestos. Pero sin importar cómo ingrese el equipo a su hogar, puede investigar las opciones de seguro; Es posible que el seguro de vivienda no esté interesado en reemplazar un osciloscopio de $ 50,000 que trajo a casa del trabajo.

Para los equipos de prueba de ingeniería eléctrica, recomiendo la filosofía de “Compre una vez, llore una vez”. Pague por herramientas de calidad que durarán una década o más. Alternativamente, si su empresa tiene un ciclo de desarrollo menos extenuante, aproveche una de las muchas empresas de alquiler de equipos de prueba para alquilar el equipo que necesita solo por el tiempo que lo necesite.

Osciloscopios

Trabajo en Advanced Assembly, y mi jefe y yo tenemos un Tektronix MDO3104 en nuestros talleres domésticos. Estos dispositivos multifunción funcionan como osciloscopio, analizador de espectro, generador de funciones, multímetro y algunas otras cosas que aún no he descubierto. Hasta hace poco, este dispositivo valía mucho más que mi coche. Y eso es solo porque compré un auto nuevo.

En consecuencia, soy un poco más conservador con él de lo que probablemente debería ser, y dado que hay un nuevo niño en el hogar, pasa la mayor parte de su vida encerrado en una caja fuerte a prueba de fuego donde me sirve de poco o nada.

¿Qué ancho de banda necesita?

Es posible que su osciloscopio y sonda no tengan el ancho de banda adecuado para medir todas las señales que hay. Por ejemplo, incluso un osciloscopio de 1 GS / s como el MDO3104 realmente no puede capturar un tiempo de subida de 40 ps que sale de un elemento de conmutación de GaN.

Esta captura de un interruptor de GaN tiene un tiempo de subida establecido de 40 ps, ​​pero el osciloscopio dice que está más cerca de 280 ps. ¿Pero es? Reduzcamos el ancho de banda y veamos cómo se ve la señal. Con un ancho de banda de 250 MHz, parece una señal completamente diferente y el osciloscopio tiene un tiempo de subida de 750 ps.

Entonces, ¿qué estoy midiendo realmente aquí? Lo único que sé con cierta certeza es que se trata de una señal rápida. Está más allá del alcance y las capacidades de las sondas, y mi jefe necesita comprarme un juguete nuevo.

Como regla general muy, muy general, divida el tiempo de subida de su componente más rápido en 0,6 para determinar el ancho de banda necesario (omití los pasos sobre los armónicos de discusión y solo incluí un pequeño margen de seguridad).

Por ejemplo:

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

No tengo idea de por qué he adoptado este dispositivo como mi vaca sagrada. Ni siquiera puede seguir el ritmo de mis pulsos más rápidos y las herramientas están diseñadas para ser utilizadas. Pero lo uso cuando se requieren mediciones cuidadosas, análisis de protocolo o análisis de espectro y cumple bien su propósito.

Hace un año, estaba montado sobre mi mesa de trabajo en un soporte VESA articulado. Y volverá allí de nuevo cuando ya no exista la preocupación de que un niño tire de un cable de prueba que se haya caído por el borde del escritorio.

Osciloscopio MDO3104. Imagen utilizada por cortesía de Tektronix

Osciloscopios simples y de bajo costo pueden hacer el trabajo

Afortunadamente, la mayoría de los errores de diseño de la placa o los errores de soldadura que cometo son estúpidos:un puente de soldadura durante el ensamblaje manual, o tal vez tengo la huella incorrecta para un circuito integrado. Todavía no he calculado mal la capacitancia de una línea I2C, y nunca hay posibilidad de que haya conectado un controlador UART Tx a un controlador UART Tx en otro IC, y cualquiera que diga que lo hice y arruinó la placa es un maldito mentiroso!

De modo que el 60% de mis necesidades de depuración se pueden satisfacer con el osciloscopio más simple. Para activar la placa, solo necesito saber si hay lógica baja o lógica alta, un voltaje aproximado o si una línea de datos realmente tiene datos. Para esos fines, el osciloscopio más barato suele ser suficiente. Cuando la resolución de problemas aumenta a "decodifiquemos algunos paquetes", aparecen las herramientas más importantes.

He llegado a apreciar el pequeño tamaño y la utilidad de los osciloscopios de bolsillo. Las versiones de 2 canales cuestan alrededor de $ 100 y las versiones de 4 canales alrededor de $ 200.

El mini osciloscopio digital portátil de 4 canales DSO213. Imagen utilizada por cortesía de SainSmart

Estos dispositivos son pequeños, portátiles y muy limitados en lo que pueden hacer. Complementan un osciloscopio con todas las funciones, no lo reemplazan. Estos no son analizadores lógicos y no tienen capacidades de análisis de protocolo.

Pero lo bueno es que debido al precio, no tengo reparos en dejar esto en mi escritorio o llevarlo al garaje para solucionar problemas de mis máquinas CNC. Su último trabajo en la vida fue determinar si la salida en el puerto BNC de una cámara de seguridad era digital o analógica. Eso me dio la idea de que podría ser 3G-SDI.

Una advertencia sobre el equipo Pocket T&M

Después de enamorarse de los osciloscopios de bolsillo, es probable que tenga la tentación de encontrar todo el equipo de prueba de bolsillo en Internet y agregarlo a su carrito de compras. Pero te animo a que no te vuelvas demasiado loco.

Estos dispositivos son más difíciles de usar y se falsifican en masa en alta mar. También tienen una interfaz de usuario torpe a la que cuesta acostumbrarse y tienen un rango de frecuencia de funcionamiento limitado. Y tampoco puedo imaginar que estén calibrados con tanto cuidado.

Analizador de redes vectoriales

Hay analizadores de redes vectoriales de bolsillo disponibles. Eso significa que pueden capturar la amplitud y la fase de una señal. El rango de frecuencia generalmente comienza en 10 kHz y alcanza un pico alrededor de 1–1,5 GHz.

Tengo uno para proyectos de antenas de radioaficionados, pero no lo uso con regularidad para tareas relacionadas con el trabajo. No sé qué tan efectivos o precisos son para capturar los parámetros S, pero estoy seguro de que la respuesta es decepcionante. Si tiene experiencia con ellos en un entorno de producción, deje un comentario a continuación.

El analizador de redes vectoriales SeeSii (10 kHz – 1,5 GHz). Imagen utilizada por cortesía de SeeSii y Amazon

En su lugar, podría considerar el analizador de red vectorial de 2 puertos totalmente automático DG8SAQ VNWA 3SE. Este dispositivo se conecta directamente a su computadora y se puede utilizar para análisis en el dominio del tiempo, detección de fallas de cables y comparación de redes. También tiene alta estabilidad y alto rango dinámico. La frecuencia de funcionamiento es de 1 kHz a 1,3 GHz, que cubre varias bandas ISM.

SDR Kits 'DG8SAQ VNWA 3, un VNA de 1,3 GHz de bajo costo. Imagen utilizada por cortesía de SDR Kits

Este es un gráfico S11 de la relación de onda estacionaria (rojo), dB de pérdida (azul) e impedancia (verde). Los gráficos indican que esta antena en particular está sintonizada para 453 MHz, pero debería funcionar adecuadamente en el rango de 445 a 455 MHz.

Lamentablemente, moverse hasta una frecuencia máxima de 3 GHz requiere un equipo serio y requerirá que venda su automóvil para pagarlo. Para pasar a 53 GHz es necesario vender un riñón o su primogénito. Personalmente, recomiendo al niño ya que no se puede producir otro riñón.

Multímetro

El multímetro que elija depende en gran medida del tipo de trabajo que realice. El nivel de precisión, la cantidad de funciones y el registro de datos, entre muchas otras características, son todas las opciones disponibles para usted. Pero también debe saber que el multímetro ya no significa simplemente resistencia / capacitancia / voltaje.

¡Los multímetros existen con cámaras infrarrojas integradas! FLIR y Fluke tienen modelos disponibles para elegir.

El multímetro de imágenes industriales de FLIR, el DM285. Imagen utilizada por cortesía de FLIR

Es posible que la resolución de la cámara de infrarrojos no sea tan buena como la de una cámara de infrarrojos independiente y que el multímetro tenga especificaciones que no se presten directamente al trabajo de microelectrónica. Pero si trabaja con dispositivos de nivel de voltaje de línea, se puede presentar un argumento convincente para agregar esto a su kit de herramientas.

Si tiene la intención de utilizar la cámara de infrarrojos para inspeccionar circuitos electrónicos, debe elegir un modelo diferente con mayor resolución. Una buena regla general es que el ancho mínimo del componente que desea inspeccionar debe ser de 3 píxeles de ancho.

Alternativamente, puede optar por un multímetro de mesa que sea capaz de mayor precisión.

El multímetro digital de pantalla dual SDM3045X de 4 1/2 dígitos. Imagen utilizada por cortesía de Siglent Technologies

Algo a tener en cuenta es que estos dispositivos, usados ​​con cuidado, duran muchísimo tiempo. Todavía tengo los mismos multímetros portátiles y de sobremesa que compré en RadioShack hace más de dos décadas, y todavía funcionan tan bien hoy como cuando eran nuevos, es decir, puedo verificar los voltajes de la batería y solucionar otros problemas básicos.

Considere invertir en algo que planea conservar durante mucho tiempo.

Invierta en equipos de T&M de larga duración

Si tiene que solucionar problemas o abrir nuevos diseños, necesita un equipo de prueba. No es barato y alguien tiene que pagarlo. Entonces, su nuevo trabajo es convencer a su jefe de que necesita todas estas herramientas para hacer su trabajo. Eso puede ser difícil, pero tengo una solución simple:simplemente dile a tu jefe que dije que estaba bien.