ホームラボに必要なテストおよび測定（T＆M）機器

私たちの中には、在宅勤務が2020年以降の拡張現実になる可能性があります。目標を達成するには適切なツールが必要です。

2021年の現実の1つは、多くのエンジニアが、仕事中にほこりを集めるすべてのクールなガジェットとギズモでまだ家に閉じ込められているということです。私たちが住む新しい世界で、どのように生産性を維持しますか？家でどれくらいの仕事ができますか？それはあなたのプロジェクトに依存します。目標を達成するには、適切なツールが必要です。

試験および測定機器を家に持ち帰るロジスティクス

マカロニの彫刻を作るためにクラスを率いてきた多くの幼稚園の先生は、「がらくたで作ることができるがらくたはそれほど多くない」とあなたに言うでしょう。これは、ツールやテスト機器にも当てはまります。あなたが仕事に行くことができない場合、あなたかあなたの雇用主のどちらかがあなたの手帳を開いて仕事をあなたに持ち帰る必要があります。

あなたの雇用主が設備の給付金を提供する場合、あなたはそれを保持し、あなたの税金でそれを減価償却することができるはずです。しかし、機器があなたの家に入ったとしても、あなたは保険オプションを調査するかもしれません。住宅所有者の保険は、仕事から持ち帰った5万ドルのオシロスコープの交換に熱心ではないかもしれません。

電気工学の試験装置については、「一度購入して、一度泣く」という哲学をお勧めします。 10年以上続く高品質のツールにお金を払ってください。または、会社の開発サイクルがそれほど厳しくない場合は、そこにある多くのテスト機器レンタル会社の1つを利用して、必要な時間だけ必要な機器をレンタルします。

オシロスコープ

私はAdvancedAssemblyで働いており、上司と私はそれぞれ自宅のワークショップにTektronixMDO3104を持っています。これらの多機能デバイスは、オシロスコープ、スペクトラムアナライザ、関数発生器、マルチメータ、および私がまだ理解していないその他のいくつかの機能として機能します。最近まで、このデバイスは私の車よりもかなり価値がありました。そしてそれは私が新しい車を買ったからです。

その結果、私はおそらく私が思っているよりも少し保守的であり、家に新しい子供がいるので、それは私にほとんどまたはまったく役に立たない耐火金庫に閉じ込められてその人生のほとんどを過ごします。

どの帯域幅が必要ですか？

スコープとプローブには、そこにあるすべての信号を測定するのに十分な帯域幅がない可能性があります。たとえば、MDO3104のような1 GS / sのオシロスコープでさえ、GaNスイッチング素子からの40psの立ち上がり時間を実際にキャプチャすることはできません。

このGaNスイッチのキャプチャの立ち上がり時間は40psと記載されていますが、スコープでは280psに近いとされています。しかし、それはそうですか？帯域幅を下げて、信号がどのように見えるかを見てみましょう。 250 MHzの帯域幅では、まったく異なる信号のように見え、スコープの立ち上がり時間は750psです。

それで、私はここで実際に何を測定していますか？私がある程度確実に知っている唯一のことは、これが高速信号であるということです。それは範囲とプローブの能力を超えており、上司は私に新しいおもちゃを購入する必要があります。

非常に一般的な経験則として、最速のコンポーネントの立ち上がり時間を0.6に分割して、必要な帯域幅を決定します（高調波についての説明はスキップし、わずかな安全マージンを含めました）。

例：

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

なぜこの装置を聖なる牛として採用したのか分かりません。それは私の最速のパルスに追いつくことさえできず、ツールが使用されることを意図しています。しかし、注意深い測定、プロトコル分析、またはスペクトル分析が必要な場合に使用し、その目的を十分に果たします。

1年前、それは関節式VESAマウントの私のワークベンチの上にマウントされました。そして、机の端に落ちたテストリードを子供が引っ張る心配がなくなると、再びそこに戻ります。

MDO3104オシロスコープ。 Tektronixの厚意により使用された画像

シンプルで低コストのオシロスコープがその役割を果たします

幸いなことに、私が犯すボードの設計ミスやはんだ付けミスのほとんどは愚かなものです。手作業で組み立てる際のはんだブリッジか、ICのフットプリントが間違っている可能性があります。私はまだI2Cラインの静電容量を誤って計算しておらず、UARTTxドライバーを別のICのUARTTxドライバーに接続した可能性はありません。くそー嘘つき！

したがって、私のデバッグニーズの60％は、最も単純なオシロスコープで満たすことができます。ボードの立ち上げについては、ロジックローまたはロジックハイがあるかどうか、おおよその電圧、またはデータラインに実際にデータがあるかどうかを知る必要があります。これらの目的のために、通常、最も安価なオシロスコープで実行できます。トラブルシューティングが「いくつかのパケットをデコードしよう」にエスカレートすると、大物のツールが出てきます。

ポケットオシロスコープの小型化と有用性に感謝するようになりました。 2チャンネルバージョンは約100ドル、4チャンネルバージョンは約200ドルです。

DSO2134チャンネルハンドヘルドミニデジタルオシロスコープ。 SainSmartの厚意により使用された画像

これらのデバイスは小型でポータブルであり、実行できる機能が非常に限られています。これらは、フル機能のオシロスコープを補完するものであり、それを置き換えるものではありません。これらはロジックアナライザではなく、プロトコル分析機能もありません。

しかし、良い点は、価格のせいで、これをデスクトップに置いたままにしたり、CNCマシンのトラブルシューティングのためにガレージに持って行ったりすることに何の不安もないことです。その最新の仕事は、防犯カメラのBNCポートの出力がデジタルかアナログかを判断することでした。それは私にそれが3G-SDIかもしれないという考えを与えました。

ポケットT＆M機器に関する注意事項

ポケットオシロスコープに夢中になったら、インターネットでポケットサイズのテスト機器をすべて見つけて、ショッピングカートに追加したくなるでしょう。しかし、私はあなたがあまりにも暴れすぎないようにあなたに勧めます。

これらのデバイスは使用がより難しく、オフショアで大量に偽造されています。彼らはまた、慣れが必要で、動作周波数範囲が制限されている不格好なユーザーインターフェイスを備えています。また、それらがすべて慎重に調整されているとは想像できません。

Vector Network Analyzer

ポケットサイズのベクトルネットワークアナライザが利用可能です。つまり、信号の振幅と位相をキャプチャできるということです。周波数範囲は通常10kHzで始まり、1〜1.5GHz付近でピークになります。

私はアマチュア無線アンテナプロジェクト用に1つ持っていますが、仕事関連のタスクには定期的に使用していません。それらがSパラメータのキャプチャにどれほど効果的または正確であるかはわかりませんが、答えは期待外れです。実稼働環境でそれらを使用した経験がある場合は、以下にコメントを残してください。

SeeSiiベクトルネットワークアナライザ（10 kHz〜1.5 GHz）。画像はSeeSiiとAmazonの好意により使用されました

代わりに、DG8SAQ VNWA3SE全自動2ポートベクトルネットワークアナライザを検討することもできます。このデバイスはコンピューターに直接接続され、時間領域分析、ケーブル障害検出、およびネットワークマッチングに使用できます。また、高い安定性と高いダイナミックレンジを備えています。動作周波数は1kHz〜1.3 GHzで、いくつかのISM帯域をカバーしています。

SDRキットのDG8SAQVNWA 3、低コストの1.3 GHzVNA。 SDRキットの好意で使用された画像

これは、定在波比（赤）、損失のdB（青）、およびインピーダンス（緑）のS11プロットです。プロットは、この特定のアンテナが453 MHzに調整されていることを示していますが、445〜455MHzの範囲で適切に機能するはずです。

悲しいことに、最大周波数を3 GHzまで上げるには、本格的なキットが必要であり、それを購入するために車を販売する必要があります。 53 GHzまで移動するには、腎臓または最初に生まれた子供を売る必要があります。個人的には、別の腎臓を作ることができないので、子供をお勧めします。

マルチメータ

選択するマルチメータは、実行する作業の種類によって大きく異なります。他の多くの機能の中でも、精度のレベル、関数の数、およびデータロギングは、すべて利用可能なオプションです。ただし、マルチメータはもはや単に抵抗/静電容量/電圧を意味するものではないことも知っておく必要があります。

マルチメータには、赤外線カメラが組み込まれています。 FLIRとFlukeはどちらも、モデルを選択できます。

FLIRの産業用イメージングマルチメーター、DM285。 FLIRの厚意により使用された画像

IRカメラの解像度は、スタンドアロンのIRカメラほど良くない可能性があり、マルチメータには、マイクロエレクトロニクスの作業に直接適さない仕様がある可能性があります。ただし、線間電圧レベルのデバイスを使用している場合は、これをツールキットに追加するための説得力のある議論を行うことができます。

電子回路の検査にIRカメラを使用する場合は、より高解像度の別のモデルを選択する必要があります。経験則として、検査するコンポーネントの最小幅は3ピクセル幅である必要があります。

または、より高い精度が可能なベンチトップマルチメータを使用することもできます。

SDM3045X 41/2桁のデュアルディスプレイデジタルマルチメータ。画像はSiglentTechnologiesの厚意により使用されました

注意すべき点は、これらのデバイスは慎重に使用すると、非常に長持ちするということです。 20年以上前にRadioShackから購入したものと同じポータブルおよびベンチトップマルチメータをまだ持っています。それらは新しいときと同じように機能します。つまり、バッテリ電圧をチェックしたり、その他の基本的なトラブルシューティングを実行したりできます。

あなたが非常に長い間保持することを計画している何かに投資することを検討してください。

長持ちするT＆M機器に投資する

トラブルシューティングや新しい設計の立ち上げが必要な場合は、テスト機器が必要です。安くはなく、誰かがお金を払わなければなりません。したがって、新しい仕事は、仕事をするためにこれらすべてのツールが必要であることを上司に納得させることです。それは難しいかもしれませんが、私には簡単な解決策があります。私が大丈夫だと言ったことを上司に知らせてください。