Équipement de test et de mesure (T&M) dont vous aurez besoin pour un laboratoire à domicile

Pour certains d'entre nous, le travail à domicile peut être une réalité étendue au-delà de 2020. Vous aurez besoin des outils appropriés pour atteindre vos objectifs.

L'une des réalités de 2021 est que de nombreux ingénieurs sont toujours coincés à la maison avec tous les gadgets et gadgets sympas qui collectent la poussière au travail. Comment resterez-vous productif dans le nouveau monde dans lequel nous vivons ? Combien de travail pouvez-vous faire à la maison ? Cela dépendra de vos projets. Vous aurez besoin des outils appropriés pour atteindre vos objectifs.

La logistique de l'apport d'équipements de test et de mesure à la maison

De nombreux enseignants de maternelle qui ont conduit leur classe à créer des sculptures de macaronis vous diront :« Il n'y a pas tellement de merde que vous pouvez faire avec de la merde ». C'est également vrai pour les outils et les équipements de test. Si vous ne pouvez pas aller travailler, vous ou votre employeur devrez ouvrir votre portefeuille pour ramener le travail à la maison.

Si votre employeur verse une allocation pour l'équipement, vous devriez pouvoir le conserver et l'amortir sur vos impôts. Mais quelle que soit la manière dont l'équipement pénètre dans votre maison, vous pouvez rechercher des options d'assurance ; l'assurance habitation n'est peut-être pas encline à remplacer un oscilloscope de 50 000 $ que vous avez ramené du travail.

Pour les équipements de test de génie électrique, je recommande la philosophie « Achetez une fois, pleurez une fois ». Payez pour des outils de qualité qui dureront une décennie ou plus. Alternativement, si votre entreprise a un cycle de développement moins ardu, profitez de l'une des nombreuses sociétés de location d'équipement de test pour louer l'équipement dont vous avez besoin pour la durée dont vous avez besoin.

Oscilloscopes

Je travaille chez Advanced Assembly, et mon patron et moi avons chacun un Tektronix MDO3104 dans nos ateliers à domicile. Ces appareils multifonctions fonctionnent comme un oscilloscope, un analyseur de spectre, un générateur de fonctions, un multimètre et quelques autres choses que je n'ai pas encore comprises. Jusqu'à récemment, cet appareil valait beaucoup plus que ma voiture. Et c'est seulement parce que j'ai acheté une nouvelle voiture.

Par conséquent, je suis un peu plus conservateur avec lui que je ne devrais probablement l'être, et comme il y a un nouvel enfant à la maison, il passe la majeure partie de sa vie enfermé dans un coffre-fort ignifuge où il ne me fait que peu ou pas de bien.

De quelle bande passante avez-vous besoin ?

Votre oscilloscope et votre sonde peuvent ne pas avoir la bande passante adéquate pour mesurer chaque signal qui est là-bas. Par exemple, même un oscilloscope à 1 Géch/s comme le MDO3104 ne peut pas vraiment capturer un temps de montée de 40 ps provenant d'un élément de commutation GaN.

Cette capture d'un commutateur GaN a un temps de montée déclaré de 40 ps, ​​mais l'oscilloscope indique qu'il est plus proche de 280 ps. Mais est-ce? Baissons la bande passante et voyons à quoi ressemble le signal. Avec une bande passante de 250 MHz, cela ressemble à un signal complètement différent et l'oscilloscope a un temps de montée de 750 ps.

Alors qu'est-ce que je mesure vraiment ici ? La seule chose que je sache avec un minimum de certitude, c'est qu'il s'agit d'un signal rapide. C'est au-delà de la portée et des capacités des sondes, et mon patron doit m'acheter un nouveau jouet.

En règle générale très, très générale, divisez le temps de montée de composant le plus rapide en 0,6 pour déterminer la bande passante dont vous avez besoin (j'ai sauté des étapes sur les harmoniques de discussion et j'ai juste inclus une petite marge de sécurité).

Par exemple :

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

Je ne sais pas pourquoi j'ai adopté cet appareil comme ma vache sacrée. Il ne peut même pas suivre mes impulsions les plus rapides, et les outils sont destinés à être utilisés. Mais je l'utilise lorsqu'une mesure minutieuse, une analyse de protocole ou une analyse de spectre sont nécessaires et qu'il remplit bien son rôle.

Il y a un an, il était monté au-dessus de mon établi sur une monture VESA articulée. Et il y retournera quand il n'y aura plus de souci d'un enfant tirant sur un fil de test qui est tombé sur le bord du bureau.

oscilloscope MDO3104. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Tektronix

Des oscilloscopes simples et peu coûteux peuvent faire le travail

Heureusement, la plupart des erreurs de conception de carte ou de soudure que je fais sont stupides :un pont de soudure lors de l'assemblage à la main, ou peut-être que j'ai la mauvaise empreinte pour un circuit intégré. Je n'ai pas encore mal calculé la capacité d'une ligne I2C, et il n'y a aucune chance, jamais, que j'aie attaché un pilote UART Tx à un pilote UART Tx sur un autre IC, et quiconque dit que je l'ai fait et ruiné la carte est un putain de menteur !

Ainsi, 60% de mes besoins de débogage peuvent être satisfaits par le plus simple des oscilloscopes. Pour la mise en place de la carte, j'ai juste besoin de savoir s'il y a un niveau logique bas ou logique haut, une tension approximative ou si une ligne de données contient réellement des données. À ces fins, le moins cher des oscilloscopes peut généralement faire l'affaire. Lorsque le dépannage s'intensifie pour "décoder certains paquets", les outils de grand garçon sortent.

J'en suis venu à apprécier la petite taille et l'utilité des oscilloscopes de poche. Les versions à 2 canaux coûtent environ 100 $ et les versions à 4 canaux environ 200 $.

Le mini oscilloscope numérique portable à 4 canaux DSO213. Image utilisée avec l'aimable autorisation de SainSmart

Ces appareils sont petits, portables et très limités dans ce qu'ils peuvent faire. Ils complètent un oscilloscope complet, ils ne le remplacent pas. Ce ne sont pas des analyseurs logiques et ils n'ont aucune capacité d'analyse de protocole.

Mais la bonne chose est qu'en raison du prix, je n'ai aucun scrupule à laisser cela sur mon bureau ou à l'emmener au garage pour dépanner mes machines CNC. Son dernier travail consistait à déterminer si la sortie sur le port BNC d'une caméra de sécurité était numérique ou analogique. Cela m'a donné l'idée qu'il pourrait s'agir de 3G-SDI.

Un mot d'avertissement sur l'équipement Pocket T&M

Une fois que vous êtes tombé amoureux des oscilloscopes de poche, il est probablement tentant de trouver tout l'équipement de test de poche sur Internet et de l'ajouter à votre panier. Mais je vous encourage à ne pas devenir trop sauvage.

Ces appareils sont plus difficiles à utiliser et sont contrefaits en masse en mer. Ils ont également une interface utilisateur maladroite qui prend un certain temps pour s'y habituer et ont une plage de fréquences de fonctionnement limitée. Et je ne peux pas imaginer qu'ils soient calibrés avec autant de soin non plus.

Analyseur de réseau vectoriel

Il existe des analyseurs de réseaux vectoriels de poche. Cela signifie qu'ils sont capables de capturer l'amplitude et la phase d'un signal. La gamme de fréquences commence généralement à 10 kHz et culmine autour de 1 à 1,5 GHz.

J'en ai un pour les projets d'antenne radio amateur, mais je ne l'utilise pas régulièrement pour des tâches liées au travail. Je ne sais pas à quel point ils sont efficaces ou précis pour capturer les paramètres s, mais je suis sûr que la réponse est décevante. Si vous avez de l'expérience avec eux dans un environnement de production, veuillez laisser un commentaire ci-dessous.

L'analyseur de réseau vectoriel SeeSii (10 kHz–1,5 GHz). Image utilisée avec l'aimable autorisation de SeeSii et Amazon

Vous pourriez plutôt envisager l'analyseur de réseau vectoriel entièrement automatique à 2 ports DG8SAQ VNWA 3SE. Cet appareil se branche directement sur votre ordinateur et peut être utilisé pour l'analyse du domaine temporel, la détection des défauts de câble et la mise en correspondance du réseau. Il a également une stabilité élevée et une plage dynamique élevée. La fréquence de fonctionnement est de 1 kHz à 1,3 GHz, ce qui couvre plusieurs bandes ISM.

DG8SAQ VNWA 3 des kits SDR, un VNA 1,3 GHz à faible coût. Image utilisée avec l'aimable autorisation des kits SDR

Ceci est un tracé S11 du rapport d'ondes stationnaires (rouge), dB de perte (bleu) et de l'impédance (vert). Les tracés indiquent que cette antenne particulière est réglée pour 453 MHz, mais devrait fonctionner correctement sur la plage de 445 à 455 MHz.

Malheureusement, passer à une fréquence maximale de 3 GHz nécessite un kit sérieux et exigera que vous vendiez votre voiture pour vous l'offrir. Pour passer à 53 GHz, vous devez vendre un rein ou votre premier-né. Personnellement, je recommande l'enfant car vous ne pouvez pas faire un autre rein.

Multimètre

Le multimètre que vous choisissez dépend grandement du type de travail que vous effectuez. Le niveau de précision, le nombre de fonctions et l'enregistrement des données, parmi de nombreuses autres fonctionnalités, sont toutes des options qui s'offrent à vous. Mais il faut aussi savoir que le multimètre ne signifie plus simplement résistance/capacité/tension.

Les multimètres existent avec des caméras infrarouges intégrées ! FLIR et Fluke proposent tous deux des modèles parmi lesquels choisir.

Le multimètre d'imagerie industriel de FLIR, le DM285. Image utilisée avec l'aimable autorisation de FLIR

La résolution de la caméra IR peut ne pas être aussi bonne qu'une caméra IR autonome, et le multimètre peut avoir des spécifications qui ne le prêtent pas directement au travail de microélectronique. Mais si vous travaillez avec des dispositifs de niveau de tension de ligne, un argument convaincant peut être avancé pour l'ajouter à votre boîte à outils.

Si vous avez l'intention d'utiliser la caméra IR pour inspecter des circuits électroniques, vous devez choisir un modèle différent avec une résolution plus élevée. En règle générale, la largeur minimale du composant que vous souhaitez inspecter doit être de 3 pixels.

Alternativement, vous pouvez opter pour un multimètre de table capable d'une plus grande précision.

Le multimètre numérique à double affichage SDM3045X 4 1/2 chiffres. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Siglent Technologies

Une chose à garder à l'esprit est que ces appareils, utilisés avec soin, durent très longtemps. J'ai toujours les mêmes multimètres portables et de table que j'ai achetés chez RadioShack il y a plus de deux décennies, et ils fonctionnent toujours aussi bien aujourd'hui qu'ils le faisaient quand ils étaient neufs, c'est-à-dire que je peux vérifier les tensions de la batterie et effectuer d'autres dépannages de base.

Pensez à investir dans quelque chose que vous prévoyez de garder très longtemps.

Investir dans des équipements T&M durables

Si vous devez dépanner ou mettre en place de nouvelles conceptions, vous avez besoin d'un équipement de test. Ce n'est pas bon marché et quelqu'un doit payer pour cela. Votre nouveau travail consiste donc à convaincre votre patron que vous avez besoin de tous ces outils pour faire votre travail. Cela peut être difficile, mais j'ai une solution simple :faites simplement savoir à votre patron que j'ai dit que tout allait bien.