5 herramientas esenciales en un banco de pruebas electrónico

Fuente de poder CC

Cualquier dispositivo electrónico necesita de corriente. Las fuentes de poder de banco son importantes para todo el ciclo de prueba, desde el primer encendido hasta la verificación final. Durante el encendido, sus protecciones tanto de corriente como de voltaje pueden proteger una placa de circuito defectuosa. Durante la depuración, sus funciones de registro de datos o cargas electrónicas pueden ayudar a solucionar problemas relacionados con la energía. Por último, su interfaz de programación remota acelera las pruebas automatizadas durante la verificación final, así como en la producción.

Existen muchas fuentes de poder de corriente continua disponibles en el mercado, y todas las opciones pueden ser abrumadoras. Afortunadamente, solo existen dos tipos básicos de fuentes de poder: lineales y conmutadas. Estos dos tipos difieren en cómo regulan su salida.

Las fuentes de poder lineales son lo último en fuentes de bajo ruido, pero su conversión de potencia es relativamente ineficiente. También son algo pesadas. (Por cierto, si se levanta la fuente de poder y siente que la parte posterior de la misma es pesada, es probable que sea lineal) Por otro lado, las fuentes de poder conmutadas tienen un poco más de ruido de rizado, pero son mucho más fáciles de transportar por el laboratorio.

Una fuente de poder conmutada es la mejor elección para la mayoría de aplicaciones, debido a que ofrece la combinación ideal de potencia de salida total, peso (facilidad para trasladarla por el laboratorio) y costo. Sin embargo, algunas aplicaciones con ruido de rizado muy sensible pueden aun requerir de una fuente de poder lineal.

Las especificaciones de una fuente de poder de banco indican la potencia máxima de salida disponible. En caso de que la fuente de poder cuente con múltiples canales, es probable que esa potencia máxima combine múltiples canales. Por ejemplo, el modelo de un canal R&S®NGL200 tiene una salida máxima de 60 W, mientras que el modelo de dos canales tiene una salida máxima de 120 W, pero deben combinarse los dos canales en serie o en paralelo.

Las fuentes de poder modernas ofrecen muchas funciones de vanguardia que van más allá de los simples controles de voltaje y corriente. Por ejemplo, las «líneas de detección» son líneas de alta impedancia que se conectan a la carga. Permiten que la fuente compense las pérdidas óhmicas de los cables de poder. Además, el registro de datos permite un muestreo a velocidades relativamente altas del voltaje o corriente directamente a una memoria USB para su análisis. Algunas fuentes pueden incluso pueden funcionar como una carga electrónica, la cual resulta perfecta para simular la carga y descarga de una batería de un dispositivo del IoT.

Multímetro digital

Al multímetro digital también se lo conoce como DMM. Un nombre más antiguo es voltio-ohm-mili-amperímetro (VOM), con el que suele llamarse a un medidor de estilo analógico. Como el nombre «multímetro» lo indica, el instrumento puede medir múltiples propiedades eléctricas, como el voltaje CA/CC, la corriente CA/CC, la resistencia, el voltaje directo de los diodos, así como la capacidad eléctrica. Los resultados suelen darse como un valor instantáneo en una pantalla numérica. Sin embargo, algunos multímetros digitales pueden también proporcionar información estadística sobre una serie de mediciones. Debe tenerse en cuenta que mientras los multímetros digitales son capaces de realizar diferentes tipos de mediciones, por lo general solo pueden realizar un tipo de medición a la vez.

Las especificaciones del multímetro digital incluyen la precisión y la exactitud. La precisión indica que rango de valores pueden mostrarse para las mediciones. La exactitud varía entre las funciones y los rangos de medición.

Algunas fuentes de poder de corriente continua también cuentan con medidores de voltaje y corriente muy precisos integrados que combinan las funcionalidades de una fuente de poder y de un multímetro digital. Por ejemplo, el R&S®NGL200 es una fuente de poder de dos canales con un medidor digital 6 1/2 de voltaje, potencia y corriente.

Osciloscopio y generador de formas de ondas arbitrarias (AWG)

Un osciloscopio mide el voltaje a lo largo del tiempo y la representa en forma de ondas. La función primordial de un osciloscopio es capturar el voltaje, pero si se lo utiliza con sondas puede medir otras magnitudes.

En función de cómo se adquiera la forma de onda, los osciloscopios pueden ser analógicos o digitales. Rohde & Schwarz patentó el primer osciloscopio con un sistema de disparo digital y hoy en día casi todos los osciloscopios lo utilizan junto con un convertidor D/A para capturar datos de formas de onda.

Una vez que se adquiere una forma de onda, los osciloscopios cuentan con amplias funciones de medición y análisis. Por ejemplo, las mediciones de voltaje pueden incluir valores pico-a-pico, superiores y de base, además del valor eficaz. Los osciloscopios también pueden medir en simultáneo múltiples parámetros de señal.

Los osciloscopios, por lo general, cuentan con al menos 2 canales de entrada (normalmente 4). Estos canales permiten adquirir señales simultáneamente, así como visualizarlas correlacionadas en el tiempo (o fase).

Con el tiempo, los osciloscopios han desarrollado características que les permiten reemplazar otros instrumentos de prueba y medición electrónicos. Por ejemplo, todos los osciloscopios de Rohde & Schwarz cuentan con 8 o 16 canales digitales lógicos, los cuales suelen reemplazar a un analizador lógico tradicional. Algunos osciloscopios, como algunos modelos de la serie R&S®RTH1000, integran incluso un multímetro digital completo.

Los ingenieros por lo general utilizan un generador de formas de ondas arbitrarias (AWG), o generadores de funciones con los osciloscopios. Muchos osciloscopios modernos ofrecen un generador de formas de ondas arbitrarias integrado capaz de sustituir muchos generadores de funciones autónomos. Estas combinaciones osciloscopio/AWG pueden utilizar software integrado para realizar mediciones importantes, así como para mostrar la información en gráficos como en diagramas de Bode.

La función FFT convierte una forma de onda adquirida en una visualización de frecuencia. Algunos osciloscopios disponen de FFT aceleradas por hardware que funcionan de manera parecida a un analizador de espectro autónomo en tiempo real.

Analizador de espectro

Los analizadores de espectro miden el contenido de una frecuencia de señal. Trazan la magnitud en el eje «x» y la frecuencia en el eje «y». Los picos identifican los componentes de frecuencia. Además, algunos analizadores de espectro ofrecen una pantalla de espectrograma para ver cuánto tiempo ocupa una señal en diferentes partes del espectro.

El típico analizador de espectro es un tipo de barrido que cuenta con un receptor superheterodino en su núcleo. Al reducir pequeñas porciones de la señal de entrada, una unidad de frecuencia a la vez, barre la frecuencia central a lo largo de un rango. Las ventajas de los analizadores de espectro de barrido son su alta gama de frecuencias, su elevada sensibilidad y su ruido de fondo extremadamente bajo.

Los analizadores de espectro también pueden realizar mediciones automatizadas que van más allá de solo medir el contenido de la frecuencia. Por ejemplo, pueden medir la potencia de canal, el ancho de banda ocupado, la distorsión armónica, la profundidad de modulación AM y el punto de interceptación de tercer orden (TOI).

Algunos instrumentos, como el R&S®FPC1500, incluyen un generador de señales que puede emitir una señal de onda continua (CW) en toda la gama de frecuencias del analizador. Por ejemplo, el R&S®FPC puede emitir una señal de hasta 3 GHz. Opcionalmente, el generador puede rastrear la frecuencia de barrido del analizador. Esta combinación de generador de tracking con un offset ayuda a medir la función de transferencia de un dispositivo o mezcladores.

Herramientas para aplicaciones específicas

Por último, puede que desee algunas herramientas esenciales más específicas para su aplicación. Por ejemplo, si se necesita caracterizar componentes pasivos, puede utilizarse un medidor LCR, a veces llamado «puente LCR» o simplemente «puente». Estas herramientas miden la inductancia, la capacidad eléctrica, como también la resistencia a diferentes frecuencias y puntos de funcionamiento de CC.

Los analizadores de redes vectoriales (VNA) son otra herramienta de caracterización que pueden proporcionar los parámetros-S de componentes como cables, trazas de la placa de circuitos impresos y amplificadores. Relacionados con los VNA están los sensores de potencia, que miden el nivel de potencia de una señal de RF y proporcionan una salida numérica.

Una red de estabilización de la impedancia de línea (LISN) conecta el dispositivo con una fuente de CA para ensayos de EMC. El LISN tiene un puerto de salida que permite a un receptor de EMC medir las emisiones conducidas del dispositivo.

Los analizadores de potencia miden el consumo de energía de las cargas de CA/CC. Analizadores como el R&S®HMC8015 son herramientas «todo en uno» que simplifican la caracterización de diferentes estados de potencia, el análisis de armónicos, así como otros comportamientos de encendido.

factor de forma y clase

Todos los instrumentos que se listan aquí vienen en múltiples factores de forma y se encuentran disponibles en diferentes clases. Los factores de forma incluyen de banco, portátiles o de montaje en racks. (En general, la mayoría de instrumentos de banco cuentan con sus respectivos kits de montaje en racks).

Los instrumentos tienden a agruparse en diferentes clases según sus especificaciones de rendimiento o conjuntos de características. Aunque todas las herramientas de una clase realizan la misma medición esencial, las funciones requeridas pueden variar según sea su aplicación. Por ejemplo, los osciloscopios tienden a agruparse según sus rangos de ancho de banda, y puede que se necesite un ancho de banda específico para su aplicación.