家庭实验室所需的测试和测量 (T&M) 设备

对于我们中的一些人来说，在家工作可能是 2020 年以后的现实。您需要合适的工具来实现您的目标。

2021 年的现实之一是，许多工程师仍然呆在家里，带着所有很酷的小工具和小玩意儿在工作中收集灰尘。您将如何在我们生活的新世界中保持高效？你在家能做多少工作？这将取决于您的项目。你需要合适的工具来实现你的目标。

将测试和测量设备带回家的物流

许多带领班级创作通心粉雕塑的幼儿园老师会告诉你，“你能用废话做出多少废话。”工具和测试设备也是如此。如果您无法上班，您或您的雇主将不得不打开您的钱包，将工作带回家。

如果您的雇主为设备提供津贴，您应该能够保留它并在您的税收中折旧。但是，无论设备如何进入您的家，您都可能会调查保险选项；房主保险可能不会热衷于更换您下班带回家的价值 50,000 美元的示波器。

对于电气工程测试设备，我推荐“买一次，哭一次”的理念。为可以使用十年或更长时间的优质工具付费。或者，如果您的公司开发周期不那么紧张，可以利用众多测试设备租赁公司之一，仅在您需要的时候租用您需要的设备。

示波器

我在 Advanced Assembly 工作，我和我的老板在我们的家庭车间都有一台泰克 MDO3104。这些多功能设备可用作示波器、频谱分析仪、函数发生器、万用表以及其他一些我尚未弄清楚的东西。直到最近，这个设备的价值都比我的车贵得多。那只是因为我买了一辆新车。

因此，我对它的态度比我应该的要保守一些，而且由于家里有一个新生儿，它一生的大部分时间都被锁在防火保险箱中，对我几乎没有好处。

您需要什么带宽？

您的示波器和探头可能没有足够的带宽来测量那里的每个信号。例如，即使是像 MDO3104 这样的 1 GS/s 示波器也无法真正捕获来自 GaN 开关元件的 40 ps 上升时间。

这个 GaN 开关的捕获具有 40 ps 的规定上升时间，但示波器显示它更接近 280 ps。但是是吗？让我们把带宽调低，看看信号是什么样的。在 250 MHz 带宽下，它看起来像一个完全不同的信号，示波器的上升时间为 750 ps。

那么我在这里真正测量的是什么？我唯一可以肯定的是，这是一个快速信号。这超出了范围和探头的能力，我的老板需要给我买一个新玩具。

作为一个非常非常普遍的经验法则，将您最快的组件上升时间除以 0.6 以确定您需要的带宽（我跳过了讨论谐波的步骤，只包含了一个很小的安全裕度）。

例如：

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

我不知道为什么我把这个装置当作我的神牛。它甚至跟不上我最快的脉搏，而工具是用来使用的。但我确实在需要仔细测量、协议分析或频谱分析时使用它，并且它可以很好地达到目的。

一年前，它安装在我的工作台上方的铰接式 VESA 支架上。当不再担心孩子拉扯掉在桌子边缘的测试线时，它会再次回到那里。

MDO3104 示波器。图片由泰克提供

简单、低成本的示波器可以胜任

幸运的是，我犯的大多数电路板设计错误或焊接错误都是愚蠢的——手工组装过程中的焊桥，或者我对 IC 的封装错误。我还没有错误计算 I2C 线路的电容，而且我永远不可能将 UART Tx 驱动器连接到另一个 IC 上的 UART Tx 驱动器，任何人说我这样做并毁坏了电路板该死的骗子！

因此，最简单的示波器可以满足我 60% 的调试需求。对于电路板启动，我只需要知道是逻辑低电平还是逻辑高电平、近似电压，或者数据线上是否确实有数据。对于这些目的，最便宜的示波器通常可以做到。当故障排除升级为“让我们解码一些数据包”时，大工具就出来了。

我开始欣赏袖珍示波器的小尺寸和实用性。 2 通道版本约 100 美元，4 通道版本约 200 美元。

DSO213 4 通道手持迷你数字示波器。图片由 SainSmart 提供

这些设备体积小、便于携带，而且它们的功能非常有限。它们是对功能齐全的示波器的补充，而不是取代它。这些不是逻辑分析仪，也没有协议分析功能。

但好消息是，由于价格的原因，我可以毫不犹豫地将它留在我的桌面上或将它带到车库来对我的 CNC 机器进行故障排除。它最近的工作是确定安全摄像头 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。

关于袖珍测试与测量设备的注意事项

在您爱上袖珍示波器之后，很可能会在互联网上找到所有袖珍型测试设备并将其添加到您的购物车中。但我鼓励你不要太疯狂。

这些设备更难使用并且在海上被大量伪造。它们还有一个笨拙的用户界面，需要一些时间来适应并且工作频率范围有限。而且我也无法想象它们会经过如此仔细的校准。

矢量网络分析仪

有袖珍型矢量网络分析仪可用。这意味着它们能够捕获信号的幅度和相位。频率范围通常从 10 kHz 开始，并在 1–1.5 GHz 左右达到峰值。

我有一个用于业余无线电天线项目，但不经常将它用于与工作相关的任务。我不知道它们在捕获 s 参数方面的有效性或准确性如何，但我确信答案令人失望。如果您在生产环境中有使用它们的经验，请在下方留言。

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

您可以考虑使用 DG8SAQ VNWA 3SE 全自动 2 端口矢量网络分析仪。该设备可直接插入您的计算机，可用于时域分析、电缆故障检测和网络匹配。它还具有高稳定性和高动态范围。工作频率从1 kHz到1.3 GHz，覆盖多个ISM频段。

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

这是驻波比（红色）、dB 损耗（蓝色）和阻抗（绿色）的 S11 图。该图表明该特定天线已调谐至 453 MHz，但在 445–455 MHz 范围内应能充分发挥作用。

可悲的是，将最高频率提高到 3 GHz 需要一个严肃的套件，并且需要您卖掉汽车才能负担得起。要提高到 53 GHz，您需要出售肾脏或您的第一个孩子。就个人而言，我推荐孩子，因为你不能再造一个肾。

万用表

您选择的万用表很大程度上取决于您所做的工作类型。您可以选择精度级别、功能数量和数据记录以及许多其他功能。但你也应该知道，万用表不再只是简单的电阻/电容/电压。

万用表内置红外摄像头！ FLIR 和 Fluke 都有可供选择的型号。

FLIR 的工业成像万用表 DM285。图片由 FLIR 提供

红外摄像头的分辨率可能不如独立的红外摄像头，万用表的规格可能无法直接用于微电子工作。但是，如果您使用线电压电平设备，则可以提出令人信服的论据将其添加到您的工具包中。

如果您打算使用红外热像仪检查电子电路，您应该选择分辨率更高的不同型号。一个好的经验法则是，您要检查的组件的最小宽度应为 3 像素宽。

或者，您可以使用精度更高的台式万用表。

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

需要记住的是，这些设备如果使用得当，可以使用很长时间。我仍然拥有 20 多年前从 RadioShack 购买的相同的便携式和台式万用表，它们今天仍然可以像新的一样工作——也就是说，我可以检查电池电压并执行其他基本的故障排除。

考虑投资于你打算长期持有的东西。

投资经久耐用的测试与测量设备

如果您必须排除故障或提出新设计，则需要测试设备。它并不便宜，而且必须有人为此付费。所以你的新工作是让你的老板相信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问题。