Инженеры-любители также создают домашние испытательные лаборатории для развития новых навыков или тестирования новых технологий. Естественно, они не могут обеспечить те же условия, что и на рабочем месте. Итак, какое оборудование необходимо приобрести, если вы собираетесь продолжать работать из дома, и как найти правильный баланс между размером, стоимостью и точностью?
Какое испытательное и измерительное оборудование вы обычно используете?
Типы проектов, над которыми работала команда разработчиков и инженеров, часто определяют разнообразие измерительного оборудования в их рабочей среде. Однако четыре стандартных устройства, используемых в большинстве проектов, — это цифровые мультиметры (DMM), осциллографы, генераторы функций и счетчики. Иногда требуется более специализированное оборудование, например, анализатор радиочастотного спектра, но обычно оно не требуется в домашней тестовой лаборатории. Логический анализатор — это единственный дополнительный прибор, необходимый инженеру-разработчику, работающему над встроенным проектом, хотя эта функция часто доступна на осциллографах смешанных сигналов.
Инженеры определенного возраста любят использовать измерительное оборудование с многочисленными регуляторами и кнопками, а некоторые устройства теперь даже оснащены удобным сенсорным интерфейсом. Однако все большую популярность приобретают системы без экрана, которые используют программные приложения для отображения и управления вместо физического интерфейса. К таким типам USB-оборудования для тестирования, которые, как правило, чрезвычайно компактны, относятся USB-осциллографы и другие многофункциональные устройства.
Какими функциями должен обладать цифровой мультиметр?
Технические характеристики прибора часто определяют его стоимость. Например, настольный цифровой мультиметр обычно измеряет электрические величины, такие как вольты (постоянный/переменный ток), амперы (постоянный/переменный ток) и омы. Современные цифровые мультиметры также могут измерять емкость, целостность цепи, частоту и температуру, а также имеют другие измерительные функции, что делает их очень универсальными. Точность разрешения этих цифровых мультиметров обычно составляет 2,5, 5,5 или 6,5 разрядов, что указывает на количество младших значащих цифр и базовую точность в процентах. Более дорогие, высокопроизводительные цифровые мультиметры часто предлагают измерение истинного среднеквадратичного значения напряжения (True RMS) вместо метода усреднения и могут иметь дисплей до 7,5 разрядов с точностью разрешения 0,01%.
Более компактной и практичной альтернативой настольному цифровому мультиметру является портативный прибор, который можно хранить в ящике стола, когда он не используется. Хотя настольный цифровой мультиметр из лаборатории может обеспечить высокую точность измерения, такой уровень точности требуется нечасто. В этом случае для вашей домашней лаборатории может быть достаточно портативного цифрового мультиметра с меньшей точностью. Однако, если вам необходимо одновременно измерять ток и напряжение, вам потребуется приобрести два цифровых мультиметра.
Какие опции доступны для осциллографа?
Еще одним необходимым элементом оборудования для вашей домашней лаборатории является осциллограф. Существует два основных типа: цифровые и смешанные. Как следует из названия, цифровые осциллографы регистрируют как аналоговые, так и цифровые сигналы, а их память полностью цифровая. Смешанный осциллограф, с другой стороны, также функционирует как логический анализатор.
При выборе осциллографа основными критериями являются полоса пропускания, частота дискретизации и количество доступных входных каналов. Хотя диапазон входного напряжения, разрешение и характеристики запуска также важны, они относительно второстепенны. Для осциллографа смешанных сигналов важными параметрами являются количество цифровых входов — обычно 8, 16 или 32 — и возможность декодирования различных протоколов сигналов, таких как RS-232, I²C и CAN. Как и при выборе цифрового мультиметра, количество принадлежностей, необходимых для осциллографа вашей лаборатории, может не потребоваться для вашей домашней лаборатории, поскольку они вам в большинстве случаев не понадобятся.
Поскольку обычные настольные осциллографы занимают много места, стоит рассмотреть альтернативу на основе USB. Как и цифровой мультиметр, его можно хранить в ящике стола после использования.
Что следует учитывать при выборе генератора/счетчика функций
При обустройстве домашней лаборатории последним необходимым устройством будет генератор функций/таймер. Эти многофункциональные устройства генерируют и измеряют широкий спектр сигналов. Генерируемые сигналы обычно охватывают частотный диапазон от нескольких сотен герц до десятков МГц, с возможностью выбора стандартных синусоидальных, прямоугольных и пилообразных сигналов. Для приложений, требующих пользовательских сигналов, необходим генератор произвольных сигналов (AWG). Для обоих типов оборудования основными критериями выбора являются количество выходных каналов и частотный/счетный диапазон входных сигналов. Как правило, функции, которые должен выполнять счетчик/таймер, могут быть минимальными. Многие задачи прототипирования и общего проектирования могут требовать лишь генерации простого сигнала для эмуляции входного сигнала датчика для процессора. Или, в сочетании с осциллографом, измерения характеристик аналоговой схемы обработки сигнала. При оснащении домашней лаборатории стоит рассмотреть USB-измерительное устройство, включающее цифровой осциллограф, логический анализатор и многофункциональный генератор сигналов/счетчик.
Рекомендации
Как мы уже убедились в этой статье, в домашней лаборатории ключевыми факторами являются размер, функциональность и цена. Примером профессионального портативного мультиметра является серия Extech EX400A.
Цифровые мультиметры
Extech EX410A — превосходный пример профессионального портативного цифрового мультиметра. Он обеспечивает средний диапазон измерения переменного и постоянного тока от 1 мВ до 600 В и измерение тока до 10 А с точностью ±0,5%. Для измерения сопротивления диапазон составляет от 0,1 Ом до 20 МОм. Если ваш бюджет позволяет, вы можете рассмотреть EX430A .Он предлагает еще более высокую точность измерения напряжения — ±0,3% с истинным среднеквадратичным значением (True RMS), измерение тока до 0,1 мкА, а также дополнительные возможности измерения емкости (от 0,01 нФ до 100 мкФ) и частоты (от 0,001 Гц до 10 МГц).
Изображение 1: Серия профессиональных портативных цифровых мультиметров Extech 400 (источник: Extech)
Осциллограф и многофункциональный комплекс
Устройство Analog Discovery 2 позволяет носить с собой полноценную электронную лабораторию в карманном USB-устройстве. Оно включает в себя 12 приборов, в том числе осциллограф, генератор произвольных сигналов, анализатор логических/цифровых шин, сетевой анализатор и анализатор спектра. комплект Digilent Analog Discovery 2 Pro Bundle входят осциллографические щупы, пинцет Minigrabber и измерительные провода, плата-адаптер BNC и USB-кабель.
Изображение 2: Комплект Digilent Analog Discovery 2 Pro (источник: Digilent)
Analog Discovery 2 и входящее в комплект бесплатное программное обеспечение WaveForms позволяют измерять, визуализировать, генерировать, записывать и управлять схемами со смешанными сигналами. В состав устройства входят осциллограф (два канала, 30 МГц, 100 млн выборок в секунду), генератор произвольных функций (два канала, 14 бит, 12 МГц ±5 В), цифровой логический анализатор (100 млн выборок в секунду, 3,3 В, 16 каналов) и цифровой генератор шаблонов (16 каналов). Также в комплект входят два программируемых источника питания постоянного тока ±5 В и одноканальный вольтметр переменного/постоянного тока ±25 В. Функционал логического анализатора включает декодирование шины для распространенных последовательных протоколов, таких как SPI, I²C и UART.
Программный пакет WaveForms предоставляет виртуальный интерфейс для каждого устройства, позволяя изменять настройки и просматривать результаты измерений так же, как и при использовании традиционного настольного устройства. Он доступен для Microsoft Windows, Apple Mac OS X и Linux, а также поддерживает JavaScript, что позволяет автоматизировать измерения и анализ данных.
Изображение 3: Пример работы приложения WaveForms с осциллографом, генератором сигналов и функциями питания (источник: Digilent)
Допустим, вы работаете над встроенной схемой и вам нужен более мощный логический анализатор. В этом случае Digilent Digital Discovery с высокоскоростным адаптером и 32 каналами обеспечивает частоту дискретизации до восьми раз выше, чем функция анализатора Analog Discovery.
Изображение 4: Внутреннее устройство логического анализатора Digilent Digital 
Discovery на базе FPGA (источник: Digilent)
Он поддерживает CMOS-датчики с напряжением от 1,2 В до 3,3 В и имеет 8 каналов со скоростью 800 млн выборок/с, 16 каналов со скоростью 400 млн выборок/с или 32 канала со скоростью 200 млн выборок/с. Также в него входит 16-канальный генератор шаблонов со скоростью 100 млн выборок/с. Программное обеспечение WaveForms также предоставляет 16-канальную функцию виртуального цифрового ввода/вывода с кнопками, переключателями и светодиодами.
Устройства Digilent Analog Discovery 2 и Digital Discovery, подключаемые через USB, предлагают полный набор функций в компактном корпусе размером 80 мм × 80 мм × 25 мм, не больше подставки под стакан.
Изображение 5: Пример скриншота VGA-сигнала, полученного с помощью Digilent Discovery (источник: Digilent)
Альтернативным логическим анализатором на основе USB является DSLogic U3Pro16. Он имеет 16 цифровых каналов, может опрашивать 8 каналов со скоростью до 1 Гвыборок/с и 16 каналов со скоростью до 500 Мвыборок/с, и поддерживает наиболее распространенные логические уровни от 1 В до 5 В. В отличие от устройства Digilent Digital Discovery, он не включает генератор цифровых сигналов или другие программируемые функции ввода/вывода.
Рисунок 6: Пример работы логического анализатора DPLogic U3Pro16 с использованием приложения DSLogic View. (Источник: DreamSourceLab)
Начнём
Компактные портативные USB-устройства, подобные тем, что описаны в этой статье, являются жизнеспособной и доступной альтернативой дорогим настольным версиям. Это означает, что создание домашней лаборатории не обязательно должно быть дорогостоящим, и вы можете убрать её в ящик стола в конце дня. Для получения дополнительной информации о ценах см. ссылки, приведенные в статье.
Автор: Марк Патрик, Mouser Electronics
Авторизованный дистрибьютор
