Anche gli ingegneri amatoriali allestiscono laboratori di prova casalinghi per sviluppare nuove competenze o testare nuove tecnologie. Naturalmente, non possono disporre delle stesse attrezzature che troverebbero in un ambiente di lavoro. Quindi, quali sono le apparecchiature essenziali da acquistare se si intende continuare a lavorare da casa e come trovare il giusto equilibrio tra dimensioni, costo e precisione?
Quali apparecchiature di prova e misurazione utilizzate di solito?
La tipologia di progetti su cui un team di progettazione e ingegneria ha lavorato spesso determina la varietà di apparecchiature di test presenti nel loro ambiente di lavoro. Tuttavia, i quattro dispositivi standard utilizzati nella maggior parte dei progetti sono multimetri digitali (DMM), oscilloscopi, generatori di funzioni e contatori. Talvolta sono necessarie apparecchiature più specializzate, come un analizzatore di spettro RF, ma di solito non sono indispensabili in un laboratorio di test domestico. Un analizzatore logico è l'unico strumento aggiuntivo di cui un ingegnere di sviluppo che lavora su un progetto embedded ha bisogno, sebbene questa funzionalità sia spesso disponibile sugli oscilloscopi a segnali misti.
Gli ingegneri di una certa età amano utilizzare apparecchiature di test e misurazione con numerosi quadranti e pulsanti, e alcuni dispositivi ora includono persino un'interfaccia touchscreen intuitiva. Tuttavia, i sistemi senza schermo che si affidano ad applicazioni software per la visualizzazione e il controllo anziché a un'interfaccia fisica stanno guadagnando popolarità. Queste tipologie di apparecchiature di test basate su USB, che sono in genere estremamente compatte, includono oscilloscopi USB e altri dispositivi multifunzione.
Quali caratteristiche dovrebbe avere un multimetro digitale?
Le specifiche tecniche di un dispositivo ne determinano spesso il costo. Ad esempio, un multimetro digitale da banco misura tipicamente valori elettrici come volt (CC/CA), ampere (CC/CA) e ohm. I moderni multimetri digitali possono anche misurare capacità, continuità, frequenza e temperatura, e dispongono di altre funzioni di misurazione, risultando così molto versatili. La precisione di risoluzione di questi multimetri digitali è solitamente di 2,5, 5,5 o 6,5 cifre, indicando il numero di cifre meno significative e la precisione di base espressa in percentuale. I multimetri digitali più costosi e performanti offrono spesso la misurazione della tensione True RMS (vero valore quadratico medio) anziché il metodo di media e possono avere un display fino a 7,5 cifre con una precisione di risoluzione dello 0,01%.
Un'alternativa più compatta e pratica a un multimetro digitale da banco è un dispositivo portatile che può essere riposto in un cassetto della scrivania quando non in uso. Sebbene un multimetro digitale da banco di un laboratorio di prova possa offrire un elevato grado di precisione, questo livello di precisione non è spesso necessario. In tal caso, un multimetro digitale portatile con una precisione inferiore potrebbe essere sufficiente per il vostro laboratorio domestico. Tuttavia, se avete bisogno di misurare corrente e tensione simultaneamente, dovrete acquistare due multimetri digitali.
Quali sono le opzioni disponibili per un oscilloscopio?
Un altro strumento essenziale per il vostro laboratorio domestico è l'oscilloscopio. Ne esistono due tipi principali: digitale e a segnale misto. Come suggerisce il nome, gli oscilloscopi digitali campionano sia segnali analogici che digitali e la loro memoria è interamente digitale. Un oscilloscopio a segnale misto, invece, funziona anche come analizzatore logico.
Nella scelta di un oscilloscopio, i criteri principali sono la larghezza di banda, la frequenza di campionamento e il numero di canali di ingresso disponibili. Sebbene anche la gamma di tensione di ingresso, la risoluzione e le caratteristiche di trigger siano fattori importanti da considerare, sono relativamente secondari. Per un oscilloscopio a segnali misti, il numero di ingressi digitali (in genere 8, 16 o 32) e la capacità di decodificare diversi protocolli di segnale, come RS-232, I²C e CAN, sono altri parametri essenziali. Come per la scelta di un multimetro digitale, il numero di accessori necessari per l'oscilloscopio del laboratorio di prova potrebbe non essere necessario per il laboratorio domestico, poiché nella maggior parte dei casi non saranno indispensabili.
Poiché gli oscilloscopi da banco tradizionali occupano uno spazio considerevole, valutare un'alternativa basata su USB potrebbe essere una soluzione interessante. Come un multimetro digitale, può essere riposto in un cassetto della scrivania dopo l'uso.
Cose da considerare quando si cerca un generatore/contatore di funzioni
Quando si allestisce un laboratorio domestico, l'ultimo strumento necessario è un generatore di funzioni/timer. Queste unità multifunzione generano e misurano un'ampia varietà di forme d'onda. I segnali generati coprono in genere una gamma di frequenze da poche centinaia di hertz a decine di MHz, con forme d'onda selezionabili e standard come sinusoidali, quadre e a dente di sega. Per le applicazioni che richiedono forme d'onda personalizzate, è necessario un generatore di forme d'onda arbitrarie (AWG). Per entrambi i tipi di apparecchiatura, i criteri di selezione principali sono il numero di canali di uscita e la gamma di frequenza/contatore dei segnali di ingresso. In genere, le funzioni che un contatore/timer deve svolgere possono essere minime. Molte attività di prototipazione e progettazione generale possono richiedere solo la generazione di una semplice forma d'onda per emulare l'input di un sensore a un processore. Oppure, in combinazione con un oscilloscopio, la misurazione delle prestazioni di un circuito di condizionamento del segnale analogico front-end. Un dispositivo di misurazione basato su USB che includa un oscilloscopio digitale, un analizzatore logico e un generatore/contatore di segnali multifunzione è un'opzione da considerare quando si allestisce un laboratorio domestico.
Raccomandazioni
Come abbiamo visto finora in questo articolo, in un laboratorio domestico dimensioni, funzionalità e prezzo sono fattori chiave. Un esempio di multimetro portatile professionale è la serie Extech EX400A.
Multimetri digitali
Il EX410A con selezione automatica della portata è un eccellente esempio di strumento professionale. Offre una portata di misura AC/DC da 1 mV a 600 V e una portata di misura di corrente fino a 10 A con una precisione di ±0,5%. Per le misurazioni di resistenza, la portata va da 0,1 Ω a 20 MΩ. Se il budget lo consente, si potrebbe considerare il modello EX430A, che offre una precisione di misura della tensione ancora maggiore, pari a ±0,3% con True RMS, una portata di misura di corrente fino a 0,1 µA e funzionalità aggiuntive per la misurazione di capacità (da 0,01 nF a 100 µF) e frequenza (da 0,001 Hz a 10 MHz).
Immagine 1: La serie Extech 400 di multimetri digitali portatili di livello professionale (fonte: Extech)
Combinazioni di oscilloscopio e multifunzione
Analog Discovery 2 ti permette di avere un laboratorio di elettronica completo in un dispositivo USB tascabile. Include 12 strumenti, tra cui un oscilloscopio, un generatore di forme d'onda arbitrarie, un analizzatore di bus logico/digitale, un analizzatore di rete e un analizzatore di spettro. Il Digilent Analog Discovery 2 Pro Bundle include sonde per oscilloscopio, pinzette Minigrabber e puntali di prova, una scheda adattatore BNC e un cavo di interfaccia USB.
Immagine 2: Il bundle Digilent Analog Discovery 2 Pro (fonte: Digilent)
Analog Discovery 2 e il software gratuito WaveForms incluso consentono di misurare, visualizzare, generare, registrare e controllare circuiti a segnale misto. Comprende un oscilloscopio (due canali, 30 MHz, 100 milioni di campioni/secondo), un generatore di funzioni arbitrarie (due canali, 14 bit, 12 MHz ±5 V), un analizzatore logico digitale (100 milioni di campioni/secondo, 3,3 V, 16 canali) e un generatore di pattern digitali (16 canali). Include inoltre due alimentatori CC programmabili da ±5 V e un voltmetro CA/CC a canale singolo da ±25 V. L'analizzatore logico è dotato di funzionalità di decodifica bus per i protocolli seriali più comuni come SPI, I²C e UART.
La suite software WaveForms fornisce un'interfaccia virtuale per ciascun dispositivo, consentendo di modificare le impostazioni e visualizzare i risultati delle misurazioni come se si utilizzasse un tradizionale dispositivo desktop. È disponibile per Microsoft Windows, Apple Mac OS X e Linux e supporta anche JavaScript, permettendo di automatizzare le misurazioni e l'analisi dei dati.
Immagine 3: Esempio dell'applicazione WaveForms in funzione con un oscilloscopio, un generatore di forme d'onda e le funzioni di alimentazione (fonte: Digilent)
Supponiamo che stiate lavorando a un progetto embedded e abbiate bisogno di un analizzatore logico più completo. In tal caso, il Digilent Digital Discovery con adattatore ad alta velocità e 32 canali offre una frequenza di campionamento fino a otto volte superiore rispetto alla funzione di analisi dell'Analog Discovery.
Immagine 4: Interno 
dell'analizzatore logico basato su FPGA Digilent Digital Discovery (fonte: Digilent)
È compatibile con sensori CMOS da 1,2 V a 3,3 V e offre 8 canali a 800 milioni di campioni/s, 16 canali a 400 milioni di campioni/s o 32 canali a 200 milioni di campioni/s. Include inoltre un generatore di pattern a 16 canali con una frequenza di campionamento di 100 milioni di campioni/s. Il software WaveForms fornisce anche una funzione di I/O digitale virtuale a 16 canali con pulsanti, interruttori e LED.
I dispositivi Digilent Analog Discovery 2 e Digital Discovery con connessione USB offrono una gamma completa di funzioni in un formato compatto di 80 mm × 80 mm × 25 mm, non più grande di un sottobicchiere.
Immagine 5: Esempio di screenshot di un segnale VGA acquisito con Digilent Discovery (fonte: Digilent)
Un'alternativa per l'analizzatore logico basato su USB è il DSLogic U3Pro16. Con 16 canali digitali, può campionare 8 canali fino a 1 G campioni/s e 16 canali fino a 500 M campioni/s, e supporta i livelli logici più comuni da 1 V a 5 V. A differenza del dispositivo Digilent Digital Discovery, non include un generatore di pattern digitali o altre funzioni di I/O programmabili.
Figura 6: Esempio di funzionamento dell'analizzatore logico DPLogic U3Pro16 tramite l'applicazione DSLogic View. (Fonte: DreamSourceLab)
Iniziamo
I dispositivi USB compatti e portatili, come quelli descritti in questo articolo, rappresentano un'alternativa valida ed economica alle costose versioni da tavolo. Ciò significa che allestire un laboratorio domestico non deve necessariamente essere dispendioso e che, a fine giornata, è possibile riporlo comodamente in un cassetto della scrivania. Per maggiori informazioni sui prezzi, consultare i link presenti nell'articolo.
Autore: Mark Patrick, Mouser Electronics
Distributore autorizzato
