5 важных инструментов разработчика электроники

Источник питания постоянного тока

Для каждого электронного устройства требуется электропитание. Настольные источники питания играют важную роль для полного цикла испытанийот первого включения устройства до конечной верификации. При включении устройства механизмы защиты по току и напряжению способны спасти неисправную печатную плату. Во время отладки их функции регистрации данных или электронной нагрузки помогают устранять проблемы, связанные с электропитанием. И наконец, их интерфейс дистанционного программирования ускоряет автоматические испытанияна этапах конечной верификации и производства.

На рынке представлен широкий выбор источников питания постоянного тока, поэтому зачастую глаза просто разбегаются. Важно помнить, что существуют только два основных типа источников питания: линейные и импульсные. Их различие состоит в способе регулирования выхода.

Линейные источники питанияотличаются очень низким уровнем шума, однако они относительно неэффективнопреобразуют мощность. Кроме того, они достаточно тяжелые. (Подсказка: если вы подняли источник питания и ощущаете его тяжелую заднюю часть, это наверняка линейный вариант!). С другой стороны, импульсные источники питания имеют слегка более высокий уровень пульсаций, но их намного удобнее перемещать по лаборатории.

Современный импульсный источник питанияявляется оптимальным решениемдля большинства задач, т. к. он идеально сочетает в себе общую выходную мощность, вес (удобство перемещения по лаборатории) и стоимость. Однако для некоторых задач, где предъявляются очень строгие требования к уровню пульсаций, могут требоваться линейные источники питания.

В технических характеристиках настольного источника питания указывается максимальная доступная выходная мощность. Если источник питания имеет несколько каналов, эта максимальная мощность скорее всего комбинирует несколько каналов. Например, одноканальная модель R&S®NGL200имеет максимальную выходную мощность 60 Вт, тогда как двухканальная модель имеет максимальную выходную мощность 120 Вт, однако необходимо последовательно или параллельно комбинировать два канала.

Современные источники питания оснащены множеством продвинутых функций в дополнение к простому регулированию напряжения и тока. Например, «компенсирующие линии» представляют собой высокоимпедансные линии, подключаемые к нагрузке. С их помощью источник питания компенсирует омические потерив силовых проводах. А дополнительная функция регистрации данных обеспечивает относительно высокоскоростную дискретизациюнапряжения и тока непосредственно на USB-носителе в целях дальнейшего анализа. Некоторые источники питания даже могут работать в качестве электронной нагрузки, что удобно для моделирования зарядки и разрядки батарей в устройствах интернета вещей.

Цифровой мультиметр

Цифровой мультиметр имеет английскую аббревиатуру DMM (digital multimeter). Аббревиатура VOM (volt-ohm-meter) устарела, поскольку она обычно применяется к аналоговым приборам. Как следует из их названия, мультиметры способны измерять различные электрические характеристики, такие как постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток, сопротивление, напряжение отпирания диода и емкость. Как правило, результаты выводятся в виде мгновенного значенияна числовом дисплее. Однако некоторые цифровые мультиметры могут также предоставлять статистические данные для серии измерений. Важно помнить, что несмотря на то, что цифровые мультиметры поддерживают различные виды измерений, они способны выполнять только один вид измеренияв единицу времени.

В технических характеристиках цифрового мультиметра также указываются точность и погрешность. Точность характеризует диапазоны значений, доступные для измерений. Погрешность может быть различной в зависимости от функций и диапазонов измерений.

Некоторые источники питания постоянного тока также имеюточень точные встроенные измерители напряжения и тока, сочетая в себе функциональность источника питания и цифрового мультиметра. Например, R&S®NGL200 — это двухканальный источник питания с 6 1/2 цифровым измерителем напряжения, мощности и тока.

Осциллограф и генератор сигналов произвольной формы

Осциллограф измеряет напряжение по времени и выводит полученный график в виде осциллограммы. Изначально осциллографы могут измерять только напряжение, но с помощью пробников также возможно измерение других величин.

Осциллографы могут быть аналоговыми или цифровымив зависимости от способа сбора данных осциллограммы. Самая первая система цифрового запускав осциллографах была запатентована Rohde & Schwarz, и на сегодняшний день почти все осциллографы используют цифровой запуск и аналого-цифровой преобразователь (АЦП)для сбора данных осциллограммы.

После захвата осциллограммы на осциллографе можно пользоваться широкими возможностями измерений и анализа.Например, измерения напряжения могут в дополнение к среднеквадратичному значению включать в себя измерения размаха, верхнего и базового значений. Осциллографы также способны одновременно измерять параметры нескольких сигналов.

Осциллографы, как правило, имеют 2 или 4 входных канала. Эти каналы позволяют одновременнозахватывать сигналы и просматривать их с корреляцией по времени(или фазе).

Осциллографы все чаще оснащаются функциями, благодаря которым они могут заменять другие приборы для испытаний электроники. Например, все осциллографы Rohde & Schwarz имеют 8 или 16 цифровых логических каналови во многих случаях могут использоваться в качестве логического анализатора. Некоторые осциллографы, такие как определенные модели R&S®RTH1000, даже включают в себя полноценный цифровой мультиметр.

При работе с осциллографами разработчики часто применяют генераторы сигналов произвольной формы или функциональные генераторы. Многие современные осциллографы имеют встроенный генератор сигналов произвольной формы, который превосходит множество автономных функциональных генераторов. Такие комбинации осциллографа и генератора сигналов произвольной формы могут использовать встроенное программное обеспечение для выполнения важных измерений и вывода результатов в графической форме, например, в виде диаграмм Боде.

Прибор Функция БПФпреобразует полученную осциллограмму в график частот. Некоторые осциллографы имеют БПФ с аппаратным ускорением, которое работает по аналогии с автономным анализатором спектра в реальном масштабе времени.

Анализатор спектра

Анализаторы спектра измеряют частотные составляющие сигнала. Они отображают амплитуду по оси Х и частоту по оси Y. Пики отображают частотные составляющие. Кроме того, некоторые анализаторы спектра оснащены функцией вывода спектрограммы, которая позволяет определить время сигнала в различных частях спектра.

Типичный анализатор спектра работает с разверткой,в основе которой лежит супергетеродинный приемник. Он качает центральную частоту в диапазоне, выполняя понижающее преобразование небольших фрагментов входного сигнала с одной единицей частоты в единицу времени. Главными преимуществами анализаторов спектра с разверткой являются широкий диапазон частот, высокая чувствительностьи очень низкий уровень собственных шумов.

Анализаторы спектра также позволяют проводить автоматизированные измеренияв дополнение к измерениям частотных составляющих. Например, они могут измерять мощность в канале, занимаемую полосу частот, коэффициент гармонических искажений, глубину амплитудной модуляции и точку пересечения третьего порядка.

Некоторые приборы, такие как R&S®FPC1500, включают в себя генератор сигналов, который способен генерировать непрерывный немодулированный сигнал в диапазоне частот анализатора. Например, R&S®FPC выдает до 3 ГГц. Генератор также может отслеживать частоту развертки анализатора. Эта комбинация следящего генератора помогает измерять передаточную функцию устройства или смесителей (со смещением).

Инструменты для конкретных областей применения

И наконец, вам могут понадобиться некоторые базовые инструменты для решений вашей конкретной задачи. Например, если вам нужно определить характеристики пассивных компонентов, вы можете воспользоваться LCR-измерителем (другое название — LCR-мост). Эти приборы измеряют индуктивность, емкость и сопротивление на различных частотах и точки смещения по постоянному току.

Векторные анализаторы цепей являются еще одним инструментом для определения характеристик. Они способны определять коэффициенты рассеяния различных компонентов (кабели, дорожки на печатной плате и усилители). С векторными анализаторами цепей связаны датчики мощности, которые измеряют уровень мощности ВЧ-сигнала и подают на выход числовое значение.

V-образный эквивалент сети устанавливает соединение между испытуемым устройством и источником переменного тока в целях проведения Испытания на ЭМС. V-образный эквивалент сети имеет выходной порт, с помощью которого приемник ЭМС может измерять кондуктивные помехи от испытуемого устройства.

Анализаторы электропитания измеряют энергопотребление нагрузок переменного или постоянного тока. Анализаторы, например, модель R&S®HMC8015представляют собой универсальные приборы,которые упрощают определение характеристик для различных состояний электропитания, анализа гармоник и прочих параметров включения.

Форм-фактор и класс

Все перечисленные выше приборы предлагаются в исполнениях с различными форм-факторамии классами. Форм-факторы включают в себя настольные, портативные и стоечные модели. (Как правило, для большинства настольных приборов предлагаются наборы для монтажа в стойку).

Приборы объединяются в различные классы в зависимости от их рабочих характеристикили наборов функций. Все приборы определенного класса выполняют одинаковое базовое измерение, однако требуемые функциональные возможности могут различаться в зависимости от конкретной задачи. Например, осциллографы зачастую объединяются в группы по полосе пропускания, и для вашей задачи вам может потребоваться определенная полоса пропускания.