Equipamento Essencial de Teste e Medição para um Laboratório Doméstico Profissional

Para alguns de nós, o trabalho em casa pode ser uma realidade estendida além de 2020. Você precisará das ferramentas adequadas para atingir seus objetivos.

Uma das realidades de 2021 é que muitos engenheiros ainda estão presos em casa com todos os gadgets e gizmos legais acumulando poeira no trabalho. Como você permanecerá produtivo no novo mundo em que vivemos? Quanto trabalho você pode fazer em casa? Isso dependerá de seus projetos. Você precisará das ferramentas adequadas para atingir seus objetivos.

A Logística de Trazer Equipamento de Teste e Medição para Casa

Muitos professores de jardim de infância que lideraram sua turma para criar esculturas de macarrão dirão: "Há apenas uma quantidade limitada de porcaria que você pode fazer com porcaria." Isso também é verdade para ferramentas e equipamentos de teste. Se você não pode ir ao trabalho, ou você ou seu empregador terão que abrir as carteiras para trazer o trabalho para casa.

Se seu empregador fornece um estipêndio para o equipamento, você deve ser capaz de mantê-lo e depreciá-lo em seus impostos. Mas independentemente de como o equipamento entra em sua casa, você pode investigar opções de seguro; o seguro residencial pode não estar disposto a substituir um osciloscópio de $50.000 que você trouxe do trabalho.

Para equipamento de teste de engenharia elétrica, recomendo a filosofia "Compre uma vez, chore uma vez". Pague por ferramentas de qualidade que durarão uma década ou mais. Alternativamente, se sua empresa tem um ciclo de desenvolvimento menos rigoroso, aproveite uma das muitas empresas de aluguel de equipamentos de teste para alugar o equipamento que você precisa apenas pelo tempo que precisar.

Osciloscópios

Trabalho na Advanced Assembly, e meu chefe e eu cada um temos um Tektronix MDO3104 em nossas oficinas domésticas. Esses dispositivos multifuncionais funcionam como osciloscópio, analisador de espectro, gerador de função, multímetro e algumas outras coisas que ainda não descobri. Até recentemente, este dispositivo valia substancialmente mais que meu carro. E isso só porque comprei um carro novo.

Consequentemente, sou um pouco mais conservador com ele do que provavelmente deveria ser, e como há uma nova criança em casa, ele passa a maior parte de sua vida trancado em um cofre à prova de fogo onde me serve de pouco ou nenhum bem.

Qual Largura de Banda Você Precisa?

Seu osciloscópio e probe podem não ter largura de banda adequada para medir todo sinal que existe. Por exemplo, mesmo um osciloscópio de 1 GS/s como o MDO3104 não consegue realmente capturar um tempo de subida de 40 ps vindo de um elemento de comutação GaN.

 

 

Esta captura de uma chave GaN tem um tempo de subida declarado de 40 ps, mas o osciloscópio diz que é mais próximo de 280 ps. Mas é? Vamos diminuir a largura de banda e ver como o sinal fica. A 250 MHz de largura de banda, parece um sinal completamente diferente, e o osciloscópio tem um tempo de subida de 750 ps.

 

 

Então o que estou realmente medindo aqui? A única coisa que sei com algum grau de certeza é que este é um sinal rápido. Está além das capacidades do osciloscópio e probes, e meu chefe precisa me comprar um novo brinquedo.

Como regra geral muito, muito aproximada, divida seu tempo de subida do componente mais rápido por 0.6 para determinar sua largura de banda necessária (pulei etapas sobre discussão de harmônicos e apenas incluí uma pequena margem de segurança).

Por exemplo:

 

$$\text{Largura de Banda do Osciloscópio} = \frac{0.6}{40\;\text{ps}} = 15\;\text{GHz}$$

 

Não faço ideia de por que adotei este dispositivo como minha vaca sagrada. Ele nem consegue acompanhar meus pulsos mais rápidos, e ferramentas são feitas para serem usadas. Mas eu o uso quando medição cuidadosa, análise de protocolo ou análise de espectro são necessárias e ele serve bem seu propósito.

Há um ano, estava montado acima da minha bancada em um suporte VESA articulado. E voltará para lá novamente quando não houver mais a preocupação de uma criança puxando um cabo de teste que caiu sobre a borda da mesa.

 

Osciloscópio MDO3104. Imagem usada cortesia da Tektronix

 

Osciloscópios Simples e de Baixo Custo Podem Fazer o Trabalho

Felizmente, a maioria dos erros de design de placa ou erros de solda que cometo são estúpidos – uma ponte de solda durante montagem manual, ou talvez eu tenha o footprint errado para um CI. Ainda não calculei mal a capacitância de uma linha I2C, e não há chance, nunca, de eu ter conectado um driver UART Tx a um driver UART Tx em outro CI, e qualquer um que diga que eu fiz e estraguei a placa é um mentiroso maldito!

Então 60% das minhas necessidades de depuração podem ser atendidas pelo mais simples dos osciloscópios. Para bring-up de placa, só preciso saber se há nível lógico baixo ou alto, uma tensão aproximada, ou se uma linha de dados realmente tem dados nela. Para esses propósitos, os osciloscópios mais baratos geralmente servem. Quando a solução de problemas escala para "vamos decodificar alguns pacotes", as ferramentas grandes saem.

Cheguei a apreciar o tamanho pequeno e a utilidade dos osciloscópios de bolso. Versões de 2 canais custam cerca de $100 e versões de 4 canais cerca de $200.

 

 

O osciloscópio digital portátil mini DSO213 de 4 canais. Imagem usada cortesia da SainSmart

 

Estes dispositivos são pequenos, portáteis e muito limitados no que podem fazer. Eles complementam um osciloscópio totalmente equipado – não o substituem. Estes não são analisadores lógicos, e não têm capacidades de análise de protocolo.

Mas a coisa boa é que, devido ao preço, não tenho escrúpulos em deixar este ao redor da minha mesa ou levá-lo para a garagem para solucionar problemas em minhas máquinas CNC. Seu trabalho mais recente na vida foi determinar se a saída na porta BNC de uma câmera de segurança era digital ou analógica. Isso me deu a ideia de que poderia ser 3G-SDI.

Uma Palavra de Cuidado sobre Equipamento T&M de Bolso

Depois que você se apaixona pelos osciloscópios de bolso, é provável que seja tentador encontrar todo o equipamento de teste de tamanho de bolso na internet e adicioná-lo ao seu carrinho de compras. Mas encorajo você a não exagerar.

Estes dispositivos são mais difíceis de usar e são falsificados em massa offshore. Eles também têm uma interface de usuário desajeitada que leva algum tempo para se acostumar e têm uma faixa de frequência operacional limitada. E não consigo imaginar que sejam calibrados tão cuidadosamente assim.

Analisador de Rede Vetorial

Existem analisadores de rede vetorial de tamanho de bolso disponíveis. Isso significa que eles são capazes de capturar a amplitude e a fase de um sinal. A faixa de frequência geralmente começa em 10 kHz e atinge picos em torno de 1–1.5 GHz.

Tenho um para projetos de antena de rádio amador, mas não o uso regularmente para tarefas relacionadas ao trabalho. Não sei quão eficazes ou precisos eles são na captura de parâmetros s, mas tenho certeza de que a resposta é decepcionante. Se você tem experiência com eles em um ambiente de produção, por favor deixe um comentário abaixo.

 

O analisador de rede vetorial SeeSii (10 kHz–1.5 GHz). Imagem usada cortesia da SeeSii e Amazon

 

Você pode considerar o analisador de rede vetorial DG8SAQ VNWA 3SE totalmente automático, de 2 portas. Este dispositivo conecta direto ao seu computador e pode ser usado para análise de domínio de tempo, detecção de falhas em cabos e casamento de rede. Também tem alta estabilidade e alta faixa dinâmica. A frequência operacional é de 1 kHz a 1.3 GHz, o que cobre várias bandas ISM.

 

DG8SAQ VNWA 3 da SDR Kits, um VNA de baixo custo de 1.3 GHz. Imagem usada cortesia da SDR Kits

 

Este é um gráfico S11 de razão de onda estacionária (vermelho), dB de perda (azul) e impedância (verde). Os gráficos indicam que esta antena específica está sintonizada para 453 MHz, mas deve funcionar adequadamente na faixa de 445–455 MHz.

 

Infelizmente, subir para 3 GHz de frequência máxima requer um equipamento sério e exigirá que você venda seu carro para pagar. Subir para 53 GHz requer que você venda um rim ou seu filho primogênito. Pessoalmente, recomendo a criança já que você não pode fazer outro rim.

Multímetro

O multímetro que você escolhe depende muito do tipo de trabalho que você faz. O nível de precisão, o número de funções, e logging de dados, entre muitos outros recursos, são todas opções disponíveis para você. Mas você também deve saber que multímetro não significa mais simplesmente resistência/capacitância/tensão.

Multímetros existem com câmeras infravermelhas embutidas! FLIR e Fluke ambos têm modelos disponíveis para escolher.

 

Multímetro de imagem industrial da FLIR, o DM285. Imagem usada cortesia da FLIR

 

A resolução da câmera IR pode não ser tão boa quanto uma câmera IR autônoma, e o multímetro pode ter especificações que não o emprestam diretamente para trabalho de microeletrônica. Mas se você trabalha com dispositivos de tensão de linha, um argumento convincente pode ser feito para adicionar isso ao seu kit de ferramentas.

Se você pretende usar a câmera IR para inspecionar circuitos eletrônicos, você deve escolher um modelo diferente com resolução mais alta. Uma boa regra prática é que a largura mínima do componente que você deseja inspecionar deve ser de 3 pixels de largura.

Alternativamente, você pode optar por um multímetro de bancada capaz de maior precisão.

 

O multímetro digital dual-display SDM3045X de 4 1/2 dígitos. Imagem usada cortesia da Siglent Technologies

 

Algo a ter em mente é que esses dispositivos, usados com cuidado, duram muito tempo. Ainda tenho o mesmo multímetro portátil e de bancada que comprei da RadioShack há mais de duas décadas, e eles ainda funcionam tão bem hoje quanto quando eram novos – o que significa que posso verificar tensões de bateria e realizar outras soluções de problemas básicas.

Considere investir em algo que você planeja manter por muito tempo.

Invista em Equipamento T&M Duradouro

Se você tem que solucionar problemas ou trazer novos designs, você precisa de equipamento de teste. Não é barato e alguém tem que pagar por isso. Então seu novo trabalho é convencer seu chefe de que você precisa de todas estas ferramentas para fazer seu trabalho. Isso pode ser difícil, mas tenho uma solução simples: apenas deixe seu chefe saber que eu disse que estava tudo bem.