专业家庭实验室必备测试测量装备指南

对我们许多人，居家办公可能延续至 2020 年以后。你需要合适工具达成目标。

2021 年现实之一是许多工程师仍困家中，所有酷炫小工具落灰公司。新世界如何保持生产力？能在家完成多少工作？取决于项目。你需要合适工具达成目标。

把测试测量设备带回家的物流

许多带班做通心粉雕塑的幼儿园老师会说：“用垃圾只能做垃圾。”工具测试设备同理。去不了公司，你或雇主得掏腰包把工作带回家。

若雇主提供设备津贴，你应能保留并税务折旧。但无论设备如何进家，建议调查保险选项；房屋保险可能不愿赔偿你从公司带回家的 5 万美元示波器。

电气工程测试设备，我推荐“买一次哭一次”理念。买能用十年以上的优质工具。或者公司开发周期不紧，利用众多测试设备租赁公司，仅需时租用所需设备。

示波器

我在 Advanced Assembly 工作，我和老板家里各有一台 Tektronix MDO3104。这些多功能设备集示波器、频谱分析仪、函数发生器、万用表等于一体，有些功能我还没摸透。直到最近这设备价值远超我车。只因我新买了车。

因此我比该有的更爱惜，家里有新孩子后，它大部分时间锁在防火保险柜里，对我毫无用处。

需要多大带宽？

示波器和探头带宽可能不足以测量所有信号。例如即使 1 GS/s 示波器如 MDO3104 也无法真正捕获 GaN 开关元件输出的 40 ps 上升沿。

该 GaN 开关捕获标称上升沿 40 ps，但示波器显示接近 280 ps。真是这样吗？降低带宽看信号长什么样。250 MHz 带宽下完全不同信号，示波器上升沿 750 ps。

我到底在测什么？我唯一确定的是这是快信号。超出示波器和探头能力，老板得给我买新玩具。

非常通用的经验法则：最快元件上升沿除以 0.6 确定所需带宽（省略谐波讨论步骤，只含微小安全边际）。

例如：

$$\text{示波器带宽} = \frac{0.6}{40\;\text{ps}} = 15\;\text{GHz}$$

不知为何我视此设备为圣牛。它甚至跟不上我最快脉冲，工具是要用的。但协议分析、频谱分析或精密测量时它服务良好。

一年前它装在工作台上方 VESA 可动支架上。孩子不再拉扯掉落桌边测试线时它将回归。

MDO3104 示波器。图源 Tektronix

简单低成本示波器也能干活

庆幸我犯的大多板级设计错误或焊接错误是低级的——手工组装时锡桥、或 IC 封装不对。我还没算错 I2C 线电容，绝无可能 UART Tx 驱动接另一 IC UART Tx，说我搞坏板子的人是彻头彻尾骗子！

所以 60% 调试需求最简单示波器就能满足。板级带起只需知逻辑高低、大概电压、数据线是否真有数据。这些用途最便宜示波器通常够用。排查升级到“解码数据包”时再祭出大杀器。

我来欣赏袖珍示波器小巧实用。2 通道约 $100，4 通道约 $200。

DSO213 4通道手持迷你数字示波器。图源 SainSmart

这些设备小巧便携，功能非常有限。它们补充全功能示波器——不替代。非逻辑分析仪，无协议分析能力。

但因价格便宜，我随意放桌面或带去车库修 CNC 机床无心理负担。最近一次任务判定安防摄像头 BNC 输出是数字还是模拟。让我怀疑可能是 3G-SDI。

袖珍 T&M 设备警示

爱上袖珍示波器后，可能想网罗所有袖珍测试设备加购物车。但我劝别太疯狂。

这些设备更难用、大量海外山寨。UI 笨拙需适应、工作频率范围有限。也难想象校准多仔细。

矢量网络分析仪

有袖珍矢量网络分析仪 (VNA)。能捕获信号幅度和相位。频率范围通常 10 kHz 起至 1–1.5 GHz。

我有台用于业余无线电天线项目但不常用于工作任务。不知生产环境捕获 S 参数效果准确度如何，有经验请评论区留言。

SeeSii 矢量网络分析仪 (10 kHz–1.5 GHz)。图源 SeeSii 和 Amazon

可考虑 DG8SAQ VNWA 3SE 全自动双端口 VNA。直插电脑，可做时域分析、电缆故障检测、网络匹配。高稳定性、高动态范围。工作频率 1 kHz 至 1.3 GHz，覆盖多个 ISM 频段。

SDR Kits 的 DG8SAQ VNWA 3，低成本 1.3 GHz VNA。图源 SDR Kits

S11 驻波比(红)、损耗 dB(蓝)、阻抗(绿)图。该天线调谐 453 MHz，445–455 MHz 范围应表现尚可。

遗憾的是升至 3 GHz 最大频率需严肃装备、卖车才买得起。升至 53 GHz 需卖肾或卖大儿子。个人推荐卖儿子，肾长不回来。

万用表

万用表选择很大程度取决于工作类型。精度等级、功能数量、数据记录等诸多特性可选。但也应知万用表不再仅指电阻/电容/电压。

有内置红外相机万用表！FLIR 和 Fluke 均有型号可选。

FLIR 工业成像万用表 DM285。图源 FLIR

红外相机分辨率可能不如独立红外相机，万用表规格可能不直接适合微电子工作。但若做市电设备，有力理由加入工具箱。

若想用红外相机检查电子电路，应选分辨率更高型号。经验法则：欲检测元件最小宽度应 ≥ 3 像素。

或者选高精度台式万用表。

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

牢记：小心使用这些设备寿命极长。二十年前 RadioShack 买的便携和台式万用表我仍在用，今天依然好用——能查电池电压、基本故障排查。

考虑投资打算长期保留的设备。

投资耐用 T&M 设备

若需故障排查或新设计带起，需要测试设备。不便宜、总得有人买单。你新工作是说服老板你需要所有这些工具干活。这很难，但我有简单方案：就说我说可以。