Équipement de test et mesure essentiel pour un laboratoire domestique professionnel

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

L'une des réalités de 2021 est que de nombreux ingénieurs sont encore coincés à la maison avec tous les gadgets et gizmos cool qui prennent 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 bons outils pour atteindre vos objectifs.

La logistique de ramener l'équipement de test et mesure à la maison

De nombreux professeurs de maternelle qui ont dirigé leur classe pour créer des sculptures en macaronis vous diront : « Il n'y a que tant de bêtises que vous pouvez faire avec des bêtises. » C'est aussi vrai pour les outils et l'équipement de test. Si vous ne pouvez pas aller au travail, soit vous, soit votre employeur devra ouvrir les cordons de la bourse pour ramener le travail à la maison.

Si votre employeur fournit une allocation pour l'équipement, vous devriez pouvoir le garder et l'amortir sur vos impôts. Mais quelle que soit la façon dont l'équipement entre dans votre maison, vous pourriez vouloir examiner les options d'assurance ; l'assurance habitation pourrait ne pas être enthousiaste à l'idée de remplacer un oscilloscope de 50 000 $ que vous avez ramené du travail.

Pour l'équipement de test en 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 intense, profitez de l'une des nombreuses sociétés de location d'équipement de test pour louer l'équipement dont vous avez besoin seulement pour le temps dont vous en avez besoin.

Oscilloscopes

Je travaille chez Advanced Assembly, et mon patron et moi avons chacun un Tektronix MDO3104 dans nos ateliers à domicile. Ces dispositifs multifonctions fonctionnent comme oscilloscope, analyseur de spectre, générateur de fonctions, multimètre, et quelques autres choses que je n'ai pas encore comprises. Jusqu'à récemment, cet appareil valait substantiellement 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 le devrais probablement, et depuis qu'il y a un nouvel enfant à la maison, il passe la plupart de sa vie enfermé dans un coffre-fort ignifuge où il me sert à peu près à rien.

Quelle bande passante avez-vous besoin ?

Votre oscilloscope et votre sonde pourraient ne pas avoir une bande passante adéquate pour mesurer chaque signal qui existe. Par exemple, même un oscilloscope 1 GS/s comme le MDO3104 ne peut pas vraiment capturer un temps de montée de 40 ps sortant d'un élément de commutation GaN.

Cette capture d'un commutateur GaN a un temps de montée déclaré de 40 ps, mais l'oscilloscope dit qu'il est plus proche de 280 ps. Mais est-ce vrai ? Baissons la bande passante et voyons à quoi ressemble le signal. À 250 MHz de bande passante, 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 sais avec une certaine certitude, c'est que c'est un signal rapide. Il dépasse les capacités de l'oscilloscope et des sondes, et mon patron doit m'acheter un nouveau jouet.

Comme règle très, très générale, divisez votre temps de montée le plus rapide par 0,6 pour déterminer votre bande passante nécessaire (j'ai sauté les étapes sur la discussion des harmoniques et n'ai inclus qu'une petite marge de sécurité).

Par exemple :

$$\text{Bande passante oscilloscope} = \frac{0,6}{40\;\text{ps}} = 15\;\text{GHz}$$

Je n'ai aucune idée 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 faits pour être utilisés. Mais je l'utilise quand une mesure soigneuse, une analyse de protocole ou une analyse de spectre sont requises et il remplit bien son rôle.

Il y a un an, il était monté au-dessus de mon établi sur un support VESA articulé. Et il y retournera quand il n'y aura plus la crainte qu'un enfant tire sur une sonde de test qui a dépassé le bord du bureau.

Oscilloscope MDO3104. Image used courtesy of Tektronix

Les 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 des erreurs bêtes — un pont de soudure lors de l'assemblage manuel, ou peut-être que j'ai le mauvais empreinte pour un CI. Je n'ai pas encore mal calculé la capacité d'une ligne I2C, et il n'y a aucune chance, jamais, que j'aie connecté un driver UART Tx à un driver UART Tx sur un autre CI, et quiconque dit que je l'ai fait et ruiné la carte est un sacré menteur !

Donc 60 % de mes besoins de débogage peuvent être satisfaits par les oscilloscopes les plus simples. Pour la mise en route de carte, j'ai juste besoin de savoir s'il y a un niveau logique bas ou haut, une tension approximative, ou si une ligne de données a réellement des données dessus. Pour ces fins, les oscilloscopes les moins chers peuvent généralement faire l'affaire. Quand le débogage s'intensifie jusqu'à « décodons quelques paquets », les gros outils sortent.

J'ai appris à apprécier la petite taille et l'utilité des oscilloscopes de poche. Les versions 2 canaux tournent autour de 100 $ et les versions 4 canaux autour de 200 $.

L'oscilloscope numérique portable mini 4 canaux DSO213. Image used courtesy of SainSmart

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

Mais le bon côté, c'est qu'en raison du prix, je n'ai pas de scrupules à laisser celui-ci sur mon bureau ou à l'emmener au garage pour dépanner mes machines CNC. Son dernier travail dans la vie a été de déterminer si la sortie sur le port BNC d'une caméra de sécurité était numérique ou analogique. Cela m'a donné l'idée que ce pourrait être du 3G-SDI.

Un mot de prudence sur l'équipement T&M de poche

Après être tombé amoureux des oscilloscopes de poche, il est probable que vous soyez tenté de trouver tous les équipements de test de poche sur internet et de les ajouter à votre panier. Mais je vous encourage à ne pas trop y aller.

Ces appareils sont plus difficiles à utiliser et sont contrefaits en masse hors des côtes. Ils ont aussi une interface utilisateur maladroite qui prend du temps à apprivoiser et ont une plage de fréquence de fonctionnement limitée. Et je ne peux pas imaginer qu'ils soient calibrés si soigneusement non plus.

Analyseur de réseau vectoriel

Il existe des analyseurs de réseau vectoriel de taille de poche. Cela signifie qu'ils sont capables de capturer l'amplitude et la phase d'un signal. La plage de fréquence commence généralement à 10 kHz et culmine autour de 1–1,5 GHz.

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

L'analyseur de réseau vectoriel SeeSii (10 kHz–1,5 GHz). Image used courtesy of SeeSii and Amazon

Vous pourriez plutôt considérer le DG8SAQ VNWA 3SE entièrement automatique, analyseur de réseau vectoriel 2 ports. Cet appareil se branche directement sur votre ordinateur et peut être utilisé pour l'analyse temporelle, la détection de défauts de câble, et l'adaptation de réseau. Il a aussi une haute stabilité et une haute dynamique. La fréquence de fonctionnement va de 1 kHz à 1,3 GHz, ce qui couvre plusieurs bandes ISM.

DG8SAQ VNWA 3 de SDR Kits, un VNA 1,3 GHz à bas coût. Image used courtesy of SDR Kits

Ceci est un tracé S11 du rapport d'onde stationnaire (rouge), dB de perte (bleu), et impédance (vert). Les tracés indiquent que cette antenne particulière est accordée pour 453 MHz, mais devrait performer adéquatement sur la plage 445–455 MHz.

Malheureusement, monter jusqu'à 3 GHz de fréquence maximale nécessite un équipement sérieux et vous obligera à vendre votre voiture pour vous l'offrir. Monter jusqu'à 53 GHz nécessite de vendre un rein ou votre premier enfant. Personnellement, je recommande l'enfant puisque vous ne pouvez pas faire un autre rein.

Multimètre

Le multimètre que vous choisissez dépend grandement du type de travail que vous faites. Le niveau de précision, le nombre de fonctions, et la journalisation de données, parmi beaucoup d'autres fonctionnalités, sont toutes des options disponibles pour vous. Mais vous devriez aussi savoir que le multimètre ne signifie plus simplement résistance/capacité/tension.

Des multimètres existent avec des caméras infrarouges intégrées ! FLIR et Fluke ont tous deux des modèles disponibles.

Le multimètre d'imagerie industriel de FLIR, le DM285. Image used courtesy of FLIR

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

Si vous avez l'intention d'utiliser la caméra IR pour inspecter des circuits électroniques, vous devriez choisir un modèle différent avec une résolution plus élevée. Une bonne règle de base est que la largeur minimale du composant que vous souhaitez inspecter devrait être de 3 pixels de large.

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

Le multimètre numérique double affichage 4 1/2 chiffres SDM3045X. Image used courtesy of Siglent Technologies

Quelque chose à garder à l'esprit est que ces appareils, utilisés avec soin, durent très longtemps. J'ai encore le même multimètre portable et de paillasse que j'ai acheté chez RadioShack il y a plus de deux décennies, et ils fonctionnent aussi bien aujourd'hui qu'ils le faisaient quand ils étaient neufs — ce qui veut dire que je peux vérifier les tensions de piles et faire d'autres dépannages de base.

Envisagez d'investir dans quelque chose que vous prévoyez de garder très longtemps.

Investissez dans de l'équipement T&M durable

Si vous devez dépanner ou mettre en service de nouveaux designs, vous avez besoin d'équipement de test. Ce n'est pas bon marché et quelqu'un doit payer pour ça. Donc votre nouveau travail est de 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 : dites juste à votre patron que j'ai dit que c'était okay.