家庭实验室所需的测试和测量(T&M)设备

2021年的现实之一是，许多工程师仍然被困在家里，在工作中被那些很酷的小玩意和小玩意收集灰尘。在我们生活的新世界里，怎样才能保持生产力呢?你在家能做多少工作?这取决于你的项目。你需要适当的工具来完成你的目标。

带来测试和测量设备的物流

许多带领班级创作通心粉雕塑的幼儿园老师会告诉你，“用垃圾做的垃圾也就这么多。”工具和测试设备也是如此。如果你不能去上班，你或你的雇主将不得不打开钱包把工作带回家给你做。

如果你的雇主为你的设备提供了津贴，你就应该能够保留它，并在交税时折旧。但无论设备进入你的家中，你可能会调查保险选择;房主保险公司可能不会热衷于更换你从工作中带回家的价值5万美元的示波器。

对于电气工程测试设备，我推荐“买一次，哭泣一次”的哲学。支付将持续十年或更长时间的优质工具。或者，如果您的公司拥有较少的剧烈开发周期，请利用其中许多测试设备租赁公司之一，仅在那里租用您需要的设备所需的设备。

示波器

我工作在高级汇编我的老板和我各有一个Tektronix MDO3104.在我们的家庭工作室。这些多功能设备的功能包括示波器、频谱分析仪、函数发生器、万用表，以及其他一些我还没弄明白的功能。直到最近，这个设备的价值还远远超过了我的车。那只是因为我买了辆新车。

因此，我对它的态度可能比我应该做的更保守一些，而且因为家里有了一个新孩子，它大部分时间都被锁在一个防火保险箱里，对我没有什么好处。

你需要多大的带宽?

您的范围和探测可能没有足够的带宽来测量其中的每个信号。例如，即使是MDO3104这样的1 GS / S示波器不能真正捕获从GaN开关元件中捕获40 ps的上升时间。

这个GaN开关的捕获具有40ps的上升时间，但显示器显示它更接近280ps。但真的是这样吗?我们把带宽调低，看看信号是什么样子的。在250mhz带宽下，它看起来像一个完全不同的信号，并且示波器有750 ps的上升时间。

那么我真正衡量的是什么呢?我唯一能肯定的是这是个快速信号。这超出了scope和probes的能力范围，我的老板需要给我买一个新玩具。

作为一个非常普遍的经验法则，将你最快的组件上升时间分成0.6来确定你需要的带宽(我跳过了讨论谐波的步骤，只包含了一个很小的安全边际)。

例如：

$ ${范围BW} \ \文本压裂{0.6}{40 \;\文本{ps}} = 15 \; \文本{GHz} $ $

我不知道为什么我把这个装置当作神圣不可侵犯的东西。它甚至跟不上我最快的脉搏，而工具是必须使用的。但当需要仔细测量、协议分析或频谱分析时，我确实会使用它，而且它很好地达到了目的。

一年前，它被安装在我的工作台上的一个连接VESA安装。当你不再担心孩子拉着从桌子边上掉下来的铅头时，铅又会回到原来的位置。

MDO3104示波器。图片由Tektronix.

简单、低成本的示波器就能完成这项工作

幸运的是，大多数董事会设计错误或焊接错误我使我成为愚蠢的人 - 手动组件中的焊料桥，或者我可能对IC有错误的占地面积。我还没有错误I2C线路的电容，我从来没有机会将UART Tx驱动程序连接到另一个IC上的UART Tx驱动程序，任何说我做了并破坏了板的人都是一个该死的骗子!

所以最简单的示波器就能满足我60%的调试需求。对于主板，我只需要知道是否有逻辑低或逻辑高，一个近似的电压，或者是否数据线实际上有数据在它上面。为了达到这些目的，最便宜的示波器通常都能做到。当故障排除升级到“让我们解码一些数据包”时，大男孩工具就出来了。

我开始欣赏袖珍示波器的小巧和实用性了。2通道版本大约100美元，4通道版本大约200美元。

DSO213 4通道手持迷你数字示波器。图片由SainSmart

这些设备小巧便携，功能非常有限。它们是一个功能齐全的示波器的补充，而不是取代它。它们不是逻辑分析器，而且它们没有协议分析功能。

但好的是，由于价格的原因，我可以毫不犹豫地把它放在我的桌面上，或者把它带到车库里检修我的数控机床。它的最新工作是确定安全摄像头的BNC端口上的输出是数字还是模拟。这让我想到它可能是3G-SDI。

关于袖珍T&M设备，请注意一下

在爱上口袋示波器之后，很可能会在互联网上找到所有口袋大小的测试设备并将其添加到购物车。但我鼓励你不要疯狂。

这些器件更难以使用，并且被伪造的离距离群体。它们还具有一个笨重的用户界面，需要一些习惯并且具有有限的工作频率范围。而且我无法想象他们也谨慎地校准。

矢量网络分析仪

有口袋大小的矢量网络分析仪可用。这意味着它们能够捕捉到信号的振幅和相位。频率范围通常从10khz开始，峰值在1-1.5 GHz左右。

我有一个用于业余无线电天线项目，但不要定期使用与工作有关的任务。我不知道它们在捕获S参数时如何有效或准确，但我确定答案令人失望。如果您在生产环境中与他们有经验，请在下面留言。

SeeSii矢量网络分析仪(10 kHz-1.5 GHz)。图片由SeeSii和亚马逊

你可以考虑DG8SAQ VNWA 3SE全自动2端口矢量网络分析仪。该设备直接插入计算机，可用于时域分析、电缆故障检测和网络匹配。具有高稳定性和高动态范围。工作频率从1khz到1.3 GHz，涵盖多个ISM频段。

SDR套件的DG8SAQ VNWA 3，一种低成本的1.3 GHz VNA。图片由SDR套件

这是驻波比(红色)、损耗分贝(蓝色)和阻抗(绿色)的S11图。图中显示这个特殊的天线被调谐为453兆赫兹，但在445-455兆赫兹范围内应该可以充分执行。

遗憾的是，移动到3 GHz的最大频率需要一个严重的套件，将需要你卖掉你的车来负担它。要移动到53ghz，你需要卖掉一个肾脏或者你的第一个孩子。就我个人而言，我推荐这个孩子，因为你不能再做一个肾脏了。

万用表

你选择的万用表在很大程度上取决于你所从事的工作类型。精度级别、函数数量和数据日志记录，以及许多其他特性都是可用的选项。但你也应该知道，万用表不再仅仅意味着电阻/电容/电压。

万用表配有内置的红外摄像机!FLIR和Fluke都有型号可供选择。

Flir的工业成像万用表，DM285。图片由FLIR

IR相机的分辨率可能与独立IR相机同样良好，而万用表可能有规格，这些规格不会直接将其借给微电子工作。但是，如果您使用线路电压级别设备，则可以使令人信服的参数添加到工具包中。

如果您打算使用IR相机进行电子电路，则应选择具有更高分辨率的不同模型。良好的拇指规则是您希望检查的组件的最小宽度应该是3个像素宽。

另外，你也可以使用一个更精确的台式万用表。

SDM3045X 4 1/2位双显示数字万用表。图片由Siglent Technologies

要记住的是，这些设备，如果小心使用，可以使用很长时间。我仍然有二十多年前从RadioShack购买的便携式和台式万用表，它们今天仍然像刚买的时候一样工作，也就是说，我可以检查电池电压和执行其他基本的故障排除。

考虑投资一些你打算长期持有的东西。

投资长期使用的T&M设备

如果您必须进行故障排除或提出新设计，则需要测试设备。它不便宜，有人必须为此付出代价。所以你的新工作是让你的老板说服你需要所有这些工具来完成你的工作。这可能很困难，但我有一个简单的解决方案：让你的老板知道我说没关系。