전자 제품 실험실 장비: 실험실 구축의 첫걸음

저는 여러 곳의 국가를 전전하며 유능한 전자 제품 엔지니어링 팀 없이 여러 회사 또는 부서에서 근무하면서 수 차례 이상 저와 제 클라이언트를 위해 전자 제품 실험실을 구축해야 했습니다. 사내 테스트를 계획하는 스타트업도 실험실을 구축하고 적합한 장비를 확보해야 합니다. 이 모든 작업을 매우 빠듯한 예산으로 해결해야 할 때도 있었고, 반면 수백만 달러의 넉넉한 예산이 주어질 때도 있었습니다. 이 글에서는 가급적 다양한 예산을 다루려 합니다. 따라서 취미로 실험실을 만드는 사람, 최첨단 전자 제품으로 사업을 확장하려는 대기업이나 조직, 아니면 그 사이 어딘가에 해당하는 경우 등 누구나 실험실을 처음 구축하는 데 필요한 정보를 얻을 수 있습니다.

여기에서는 다음과 같은 가정을 바탕으로 장비를 선택했습니다.

• 라디오 모듈이나 고급 오디오보다는 디지털 전자 제품을 주로 작업합니다.
• 사내에서 시제품을 직접 제작하고 재작업합니다.
• 소프터웨어 코드와 하드웨어를 함께 디버깅해야 하는 마이크로 컨트롤러, FPGA 또는 기타 디지털 프로세서로 작업합니다.

취미로 전자 제품 제작에 이제 막 입문한 경우, 이 목록의 모든 항목은 많은 공구와 하드웨어를 필요로 하므로 약간 과할 수 있습니다. 하지만 취미 제작자이든 전자공학을 전공하는 학생이든, 직접 사용할 용도의 제품을 설계하고 만들 뿐이더라도 결국은 이 목록의 모든 공구와 하드웨어를 갖추게 될 것입니다.

저렴한 옵션은 학생과 취미 제작자에게는 유용하겠지만, 전문가에게는 필요한 성능이나 사용 용이성을 제공하지 못할 가능성이 높습니다. 전문가의 경우 더 비싸지만 노동력 절감으로 이러한 비용을 상쇄하는 중급 또는 고급 툴을 사용하는 것이 더 효율적입니다. 좋은 툴에 쓸 돈이 좀 더 많은 진지한 취미 제작자는 저렴한 옵션보다 중급 옵션을 고려하는 것이 좋습니다. 모든 옵션은 대상 타겟이 접할 만한 선택지를 기반으로 합니다. 즉, 각 옵션은 단순히 고가의 장비(고급 옵션의 경우)나 저가 장비(저렴한 옵션의 경우) 위주로 선별한 것이 아니라, (해당하는 경우 급여를 포함하여) 비용 대비 성능과 기능을 중점적으로 고려하여 제안했습니다.

저는 가급적 특정 브랜드를 추천하지는 않습니다만, 간혹 특정 브랜드를 추천하는 경우는 경쟁 브랜드를 많이 사용해 보았으나 해당 브랜드를 대체할 수 없다고 느꼈기 때문입니다. 특정 테스트 장비 브랜드가 해당 시장 세그먼트에서 가격 대비 최고의 사양을 제공하는 경우 등이 이러한 사례에 해당합니다. 보통 저는 특정 브랜드가 만들었다는 이유만으로 제품을 추천하지는 않으며, 그보다는 툴이 해당 작업에 적합한지를 훨씬 더 중요하게 생각합니다.

기본 사항

다음은 모든 제작자가 구비해야 할 부품과 툴 입니다. 항공 우주 부품을 제작하든 첫 PCB를 조립하든 다음 부품과 툴은 모두 필요합니다.

수 공구

납땜 스테이션

저렴한 납땜 스테이션/인두와 Weller 사이에는 납땜 경험의 품질에 큰 차이가 있습니다. 고품질 Weller 납땜 인두를 바로 구매하는 것을 충분히 추천할 수 없습니다. 유명한 Hakko 납땜 인두를 사용해 본 결과, Weller의 열 전달 속도와 열 제어 기능이 훨씬 뛰어나며 납땜 후에도 펜 그립이 차갑게 유지된다는 것을 확인할 수 있었습니다. 0402 이하의 부품이 대형 접지면에 연결된 PCB 작업은 납땜 스테이션의 품질을 매우 빠르게 결정합니다. 대부분의 스테이션은 Weller가 1초 이내에 부품을 떼어내는 동안 작은 패드가 약간 예열됩니다. Weller는 가격이 비싸지만 제가 사용해 본 6~7개의 최고 경쟁 제품 중 그 어느 것도 이에 필적하지 못했습니다.

Weller를 구매하지 않는다면, 최소한 교체 가능한 팁을 쉽게 구매할 수 있는 60W 스테이션을 구입하세요. 교체 가능한 팁의 경우, 팁이 인두보다 긴 부분이 최대한 짧을수록 좋습니다. 팁이 짧으면 팁이 온도 센서와 열원과 최대한 가까워져 빠르게 냉각되지 않으며, 두꺼운 전선이나 접지면이 큰 PCB에서 작업할 때 스테이션의 설정 온도가 팁의 실제 온도와 더욱 가깝게 일치할 수 있습니다.

개인적으로는 WE1010이 WT1012만큼 구입할 가치가 있다고 생각하지 않습니다. WX1010은 접지면이 큰 PCB 또는 열용량이 큰 부품으로 작업하는 전문가를 위한 훌륭한 옵션입니다. WT와 WX 모두 향후 필요에 따라 별도로 구입할 수 있는 다양한 펜이 있습니다. 위의 옵션은 대다수 용도에 적합합니다.

WT1012는 LT 계열 팁과 함께 사용할 수 있으며 WX1010은 XNT 계열 팁과 함께 사용할 수 있습니다. 일반적으로 원형/원추형 팁은 접촉 면적이 제한되어 열 전달이 잘 되지 않기 때문에 권장하지 않습니다. 치즐 팁은 다양한 크기로 제공되며 그 중 1.6mm, 2.4mm 및 3.2mm 팁이 가장 많이 사용됩니다. 저는 표준 2.4mm 치즐로 0402 부품을 납땜하곤 합니다.

다음을 비롯한 납땜용 액세서리도 구비하는 것이 좋습니다.

납땜의 경우 제가 부품 번호를 매우 구체적으로 명시했는데 이는 10년 이상의 시행착오를 통해 얻은 결론이며, 여러분도 완벽한 솔루션을 찾은 후에는 이를 고수하게 될 것입니다. 다행히 저는 많은 제품을 사용해 보고 효과가 있는 것과 그렇지 않은 것을 파악할 기회가 있었습니다. 앞서 제안한 제품들은 오랫동안 제게 도움이 되었으며, 없이는 작업할 수 없는 제품들입니다.

핫 에어 스테이션

제가 가장 비싼 전문가용 납땜 스테이션 중 하나를 추천했으니, 이제 핫에어 재작업 스테이션은 과연 어떤 것을 추천할지 걱정하실 수도 있겠네요. 걱정하지 마세요. 사실 저는 시중에서 가장 저렴한 옵션 중 하나를 선호합니다. 기판에 매우 정밀하고 강력하게 열을 직접 전달해야 하는 납땜 펜과 달리, 핫에어 스테이션은 공기를 가열하여 기판, 전선 또는 열 수축에 분사하기만 하면 됩니다. 858D 시리즈 핫에어 재작업 스테이션은 저렴하면서도 정밀한 온도 및 기류 속도 제어가 가능합니다. 보드의 한 부분을 예열해야 하거나 솔더를 완전히 리플로우해야 하는 경우 858D면 충분합니다. 또한 이 제품은 온도 조절 기능이 없는 라이터나 히드 건보다 열 수축에 훨씬 더 효과적입니다.

프로토타이핑 용품

이제 막 전자 제품의 세계에 입문했거나, 복잡한 제품을 설계하거나, 프로젝트 또는 프로젝트의 일부를 구축하는 경우 브레드보드를 사용하는 것이 좋습니다. 펌웨어를 작성하는 경우, PCB 설계를 확정하기 전에 모든 기능이 작동하는지 확인할 수 있습니다. 

저는 일반적으로 전자 부품 키트를 선호하지 않는데, 이러한 키트가 제 설계에 그다지 적합하지 않기 때문입니다. 하지만 다양한 스루홀 저항기, LED와 커패시터가 있으면 매우 편리하죠. 비록 지난 10년간 생산한 PCB에 스루홀 저항기를 사용한 적은 없지만, 이러한 저항기는 브레드보드에 매우 유용하며 프로토타입 PCB에서 실수를 수정할 수도 있습니다. LED는 이례적인 선택으로 보일 수 있지만, 브레드보드에 사용하거나 거의 모든 로직 라인에 납땜하여 라인이 전류 소비를 처리할 수 있는지 상태를 시각적으로 빠르게 확인할 수 있습니다.

시제품작업에 필요한 용품은 더 다양하지만 프로젝트별로 다릅니다. 결국 다양한 개발 키트, 하드웨어 디버거, 브레이크아웃 보드, 디스플레이 등을 수집하게 되며, 이를 활용하여 EDA/ECAD 소프트웨어에서 회로도를 작성하기 전에 브레드보드에 설계 전체를 구축할 수 있습니다.

테스트 장비

이제 실험실 구축의 재미있는 부분인 기구류에 대해 알아보겠습니다. 모든 엔지니어는 테스트 장비를 좋아하지만, 특히 전자 엔지니어는 테스트 장비만 충분하다면 작업의 모든 측면을 쉽게 시각화할 수 있다는 점에서 다른 엔지니어링 분야에 비해 특히 운이 좋은 편입니다. 대다수의 실험실에서는 디지털 멀티미터, 오실로스코프, 로직 분석기라는 세 가지 핵심 장비가 필요합니다. 

저는 여기에 실험실용 전원 공급 장치도 추가하겠습니다. 이는 엄밀히 말해 테스트 장비는 아니지만, 필요한 모든 전압을 설정할 수 있고 무엇보다도 새로 조립한 보드에서 전류를 제한할 수 있어 보드를 손상시키지 않고 오류를 신속하게 노출시킬 수 있기 때문입니다.

디지털 멀티미터

멀티미터는 가장 기본적인 테스트 장비입니다. 양질의 제품을 사용하면 AC 및 DC 전압, AC 및 DC 전류, 연속성, 저항, 전기 용량, 주파수 및 테스트 다이오드를 파악할 수 있습니다. 멀티미터는 휴대용과 탁상형의 두 가지 형태로 제공됩니다. 휴대용 장치는 휴대성이 훨씬 뛰어나고, 탁상형 장치는 일반적으로 더 높은 정밀도와 추가 기능을 제공합니다. 대다수 탁상형 디지털 멀티미터의 주요 장점 중 하나는 일반적인 2-와이어 측정법 대신 4-와이어 저항 측정을 사용할 수 있어 낮은 저항값으로 더 높은 정밀도를 구현할 수 있다는 것입니다. 휴대용 장치와 같은 수준의 기능 및 정밀도를 갖춘 저가형 탁상형 장치도 있지만, 둘 중 하나를 선택해야 한다면 저는 이 옵션은 무시하고 무조건 휴대용을 선택할 것입니다.

기능 세트 외에 멀티미터에서 살펴보아야 할 주요 사양은 숫자 또는 카운트의 해상도입니다. 이는 크면 클수록 좋습니다. 또한 계량기의 안전 등급이 CAT III 또는 CAT IV 등 적절한 등급인지 확인해야 합니다. 분류에 대한 자세한 내용은 National Instruments에서 확인할 수 있습니다.

전자 제품을 처음 접하든 숙련된 작업자이든 관계없이 자동 True RMS 계량기를 추천합니다. 더 저렴한 계량기의 경우 측정 범위를 수동으로 선택해야 하므로 자동 범위 조정으로 절약할 수 있는 시간을 낭비하게 됩니다. True RMS 계량기를 구비하면 AC 파형에서 평균 전압이 아니라 실제 평균 제곱근 전압을 읽을 수 있습니다.

멀티미터는 DigiKey, Mouser, Element14/Farnell/Newark, RS Components와 같은 평판이 좋은 전자 제품 유통업체나 테스트 장비 공급업체에서만 구입해야 합니다. 평판이 좋은 판매처에서 구매하면 측정기가 정품이며 적절한 안전 테스트를 거쳤는지 확인할 수 있습니다. 저렴한 계량기도 좋지만, 잘못된 설정(예: 연속성 테스트 모드)에서 AC 전압을 측정하면 일부 저렴한 브랜드의 제품은 말 그대로 손 안에서 폭발할 수 있습니다. 

저는 10년 이상 Fluke 87 휴대용 측정기를 사용해 왔으며, 이 제품이 매우 우수하다고 단언할 수 있습니다. 어느덧 전류 측정 기능이 고장나고 내부 플라스틱 지지대 일부가 부러졌기 때문에 올해 이 글에서 추천한 제품으로 업그레이드할 생각입니다. Fluke의 환상적인 명성과 품질에도 불구하고 저는 현재 Keysight가 Fluke보다 더 많은 가치를 제공한다고 생각하므로, 아래의 Keysight 모델 중 하나를 고려할 것입니다.

여러 엔지니어를 위한 실험실을 구축하면서 비용을 절약하려는 경우, 각 엔지니어에게 중간급 휴대용 측정기를 제공하고 더 정밀한 측정이 필요할 때 사용할 수 있는 고급 탁상형 장비가 구비된 데스크를 따로 마련해 두는 것도 좋은 방법입니다.

휴대용 디지털 멀티미터

탁상형 디지털 멀티미터

디지털 스토리지 오실로스코프

오실로스코프(줄여서 스코프)는 전자제품을 개발하고 디버깅할 때 가장 유용한 도구 중 하나입니다. 오실로스코프를 통해 매우 작은 시간 스케일과 매우 높은 해상도로 라인 하나(또는 여러 채널이 있는 여러 라인)의 신호를 볼 수 있습니다. 오실로스코프의 가격대는 수백 달러에서 고급 스포츠카 또는 주택 가격을 뛰어넘는 가격까지 다양합니다. 아래의 가격대는 비교적 저렴한 제품들에 해당합니다. 실험실을 처음 구축하는 경우 수십만 달러의 비용이 드는 오실로스코프가 필요할 가능성은 거의 없습니다.

오실로스코프를 살펴볼 때 고려해야 할 세 가지 중요한 사양이 있는데, 이 가이드는 오실로스코프 구입을 위한 심층 가이드가 아니므로 간략하게 살펴보도록 하겠습니다. 

첫째는 대역폭입니다. 필요한 대역폭은 측정할 신호의 기본 주파수의 최소 3~5배여야 합니다. 스위칭 주파수가 2.5MHz인 전원 공급 장치로 작업하는 경우 필요한 대역폭은 12.5MHz입니다. 그러나 40MHz로 클럭된 SPI 데이터를 확인하려면 200MHz 대역폭 범위의 제품을 사용해야 합니다. 디스플레이로 전송되는 LVDS 신호를 살펴보면 신호가 100MHz 이상으로 클럭될 수 있으므로 500MHz 대역폭의 오실로스코프가 필요합니다. 대역폭은 또한 오실로스코프의 가격의 주된 요인 중 하나입니다. 오실로스코프의 가격은 대역폭에 따라 거의 기하급수적으로 증가하기 때문입니다. 보통의 취미 제작자라면 50~100MHz 오실로스코프에 매우 만족할 것입니다. 하지만 전문적으로 작업하는 경우, 설계에 따라 200~500MHz 범위가 더 적합할 수 있습니다.

둘째는 샘플링 속도입니다. 오실로스코프가 작동하려면 샘플링 속도 대비 두 배 이상의 대역폭이 필요하므로, 대역폭보다 5배 더 큰 것이 좋습니다. 이 문서에서 살펴보는 대역폭 범위에 해당하는 대다수의 최신 디지털 오실로스코프는 샘플링 속도 대비 10배 이상의 대역폭을 지원합니다.

셋째는 메모리 깊이입니다. 메모리 깊이가 깊을수록 더 긴 측정 시간이 가능하므로 좋습니다. 한 번에 측정할 수 있는 지속 시간은 메모리 깊이를 샘플링 주파수로 나눈 함수입니다(즉, 각 샘플은 메모리의 한 지점을 차지합니다). 메모리가 더 클수록 더 긴 시간 동안 또는 더 높은 해상도로 신호를 시각화할 수 있으며, 따라서 하드웨어 문제를 초래할 수 있는 결함을 발견할 가능성이 더 높아집니다.

오실로스코프는 여러 구성으로 제공되며, 대부분의 기본적인 오실로스코프는 두 개의 채널이 있습니다. 일반적으로 이 두 채널과 관련된 다른 신호를 측정하거나 보기 위해 세 번째 채널이 필요하므로, 채널 두 개는 매우 제한적이라고 생각합니다. 예를 들어, H 브리지에서는 두 개의 MOSFET 게이트 핀을 관찰하면서 게이트 드라이버 IC의 입력도 살펴볼 수 있고, 스위치 모드 전원 공급 장치에서는 입력, 출력 및 필터 후의 전압을 모니터링할 수 있습니다. 많은 장비가 그렇듯이, 몇 달 후에 요구 사항을 충족하기 위해 또 다른 장비를 구입하는 것보다는 처음부터 필요한 것보다 더 많은 기능을 제공하는 장비를 구입하는 것이 비용이 더 적게 듭니다.

최신 오실로스코프의 또 다른 구성 옵션은 로직 분석기와 오실로스코프가 통합된 혼합 신호 오실로스코프입니다. 언뜻 보기에는 오실로스코프의 작은 화면이 달린 로직 분석기가 컴퓨터와 연결된 로직 분석기에 비해 특별히 유용해 보이지 않을 수 있습니다. 하지만 제 생각에 통합 로직 분석기의 진정한 장점은 표준 채널 트리거뿐 아니라 로직 분석기의 데이터에 기반한 트리거도 가능하다는 것입니다.

앞에서 언급했듯이 이 문서에서는 고급 스코프를 살펴보지는 않겠습니다. 엔지니어로 구성된 팀이라면 멀티미터 섹션에서 언급한 것처럼 고급 장비가 있는 데스크를 설치하는 것이 좋습니다. 위의 베이직 전문가용 스코프는 모든 엔지니어의 데스크에 적합한 제품이며, 훨씬 더 고급 스코프는 공유 '고급 디버깅' 데스크에 구비해 둘 수 있습니다. 

로직 분석기

로직 분석기를 사용하면 디지털 신호를 쉽게 분석하고 디코딩할 수 있습니다. 디지털 프로토콜로 작업하는 경우 장치 간의 통신을 확인하는 것이 매우 중요할 수 있습니다. 일반적으로 마이크로 컨트롤러 또는 FPGA와 센서 간에 사용하는 대부분의 디지털 통신 프로토콜을 쉽게 디코딩하고 시각화할 수 있습니다. 이는 무엇이 잘못되었는지 파악할 수 없을 때 센서나 외부 주변 장치와 통신하는 코드를 디버깅하는 데 매우 유용할 수 있습니다. 또한 로직 분석기는 두 장치 간의 통신을 확인해야 하는 경우 리버스 엔지니어링에도 매우 유용합니다.

위에서 언급했듯이 로직 분석기를 오실로스코프에 내장할 수 있으며 더 많은 트리거 옵션을 제공한다는 점에서 매우 유용합니다. 하지만 오실로스코프의 트리거링 옵션은 매우 값비쌀 수 있으며, 오실로스코프의 상대적으로 작은 화면은 장치 통신에 관한 작업 시 최상의 사용자 경험을 제공하지 못합니다.

USB 로직 분석기의 주요 옵션 두 가지는 매우 저렴한 Jiankun/Kingst와 훨씬 더 비싼 Saleae입니다. 두 제품을 모두 사용해 본 결과, Jiankun은 가격 대비 놀라운 가치를 제공하지만 사용자 인터페이스에 버그가 많고 고속 통신에서는 문제가 발생할 수 있습니다. PC 소프트웨어는 이전 Saleae 소프트웨어의 복제품입니다. LA2016은 예산이 넉넉하지 않은 취미 제작자나 전문가에게 적합합니다. 반면에 Saleae의 우수한 소프트웨어는 결함과 버그에 낭비할 시간이 없는 전문가에게 적합합니다. Saleae Logic Pro의 USB 3.0 연결은 샘플을 연속 스트리밍할 수 있는 반면, LA2016은 USB 2.0을 사용하며 샘플 길이는 입력 샘플링 속도에 따라 달라집니다.

실험실 전원 공급 장치

새로운 PCB를 정기적으로 설계하는 사람으로서 고품질 실험실 전원 공급 장치는 제 연구실 책상에서 매우 중요합니다. 회로도나 PCB 레이아웃에 간단한 실수만 있어도 새로 조립한 보드가 예상보다 훨씬 더 많은 전류를 소비하게 될 수 있습니다. 말할 것도 없이, 조립 중에 놓친 기판에 쇼트가 있을 수 있습니다. 전류 제어 전원 공급 장치로 기판에 전원을 공급하면 전류 제한을 기판의 작동 전류가 예상하는 것보다 약간 높게 설정할 수 있습니다. 이를 통해 전원 공급 장치가 정전압이 아닌 정전류 모드에서 즉시 시작되는 경우 기판에 잠재적으로 문제가 있음을 알 수 있으며, 연기를 내뿜지 않고도 몇 가지 추가 진단을 수행할 수 있습니다.

또한 우수한 실험실용 전원 공급 장치를 사용하여 배터리에서 쉽게 얻을 수 있는 만큼의 전압을 생성할 수 있으므로 LED, 모터, 솔레노이드 등의 전원을 쉽게 켜고 전류 소비량을 실시간으로 확인할 수 있습니다. 대부분의 최신 디지털 전원 공급 장치는 전류 측정 기능이 우수하므로, 멀티미터로 전류 소비를 모니터링하는 대신 기판의 전압을 확인할 수 있습니다.

여러 초저가 스위치 모드 전원 공급 장치는 출력에 큰 커패시터가 있어 전자 장치에 최초로 전원을 공급하기에는 적합하지 않습니다. 테스트 중인 장치가 이미 켜져 있는 상태로 전원 공급 장치에 연결하면 전류 제한이 얼마로 설정되었든 해당 커패시터에서 사용 가능한 모든 에너지를 즉시 사용할 수 있게 되어 거의 모든 테스트 대상 회로 또는 LED가 증발할 수 있습니다. 전원 공급 장치를 끈 상태에서 장치를 꽂은 후 테스트 준비를 완료하고, 전원을 켜는 경우에는 전류 제한을 계산할 때 대형 커패시터의 돌입 전류를 고려해야 합니다. 커패시터가 충전되면 더 높은 전류 제한의 효과가 회로에 전적으로 발휘되어 잘못 배치되거나 잘못된 값의 부품이 손상될 수 있습니다. 따라서 여기에서는 저가형 스위치 모드 전원 공급 장치는 언급하지 않겠습니다.

무게는 고품질의 전원 공급 장치를 나타내는 좋은 지표입니다. 선형 전원 공급 장치는 내부의 대형 방열판으로 인해 매우 무겁기 때문입니다. 저렴하고 품질이 좋지 않은 전원 공급 장치는 비슷한 등급의 고품질 전원 공급 장치보다 훨씬 가볍습니다.

탁상형 테스트 장비의 전통적 강자인 Keysight, Tektronix, Keithly, B&K Precision 등을 제치고 Rigol이 1위를 차지한 것은 다소 의아할 수 있습니다. 하지만 이는 몇 년 동안 DP832A를 사용해 본 제 경험을 바탕으로 한 결과입니다. DP832A는 고품질 전원 공급 장치일 뿐만 아니라 몇 가지 훌륭한 분석 도구를 비롯하여 다양한 기능을 제공합니다. 수백만 달러 범위의 예산에서는 일상적으로 사용할 제품으로 Rigol보다 더 나은 옵션을 찾기가 어려웠습니다.

특수 장비

앞서 언급한 테스트 장비 외에 다양한 특수 테스트 장비와 위 장비의 고도로 전문화된 버전들도 있습니다. 이 장비는 응용 분야에 따라 다르므로 특정 모델을 살펴보기보다는 각 장비를 어떤 용도로 사용할 수 있는지에 대한 아이디어를 소개하겠습니다.

함수/신호 발생기

대부분의 중급 및 고급 오실로스코프에는 기본 함수 발생기가 내장되어 있어 함수 발생기의 사용 사례 중 대다수를 처리할 수 있지만, 이러한 함수 발생기가 생성할 수 있는 것보다 더 복잡하거나 특수한 신호가 필요한 경우도 있습니다. 200달러 미만으로 오실로스코프에 내장된 기능보다 훨씬 더 많은 기능을 갖춘 단일 채널 임의 함수 발생기를 구입할 수 있습니다. RF 신호 또는 기타 매우 높은 주파수의 신호나 프로토콜을 생성해야 하는 경우 수만 달러에 달하는 제품들도 있습니다.

가장 기본적인 애플리케이션에서 함수 발생기는 로직 장치의 특성을 분석하고 아날로그 부품을 테스트하는 데 매우 유용할 수 있습니다. 장치의 클럭에 문제가 있는 경우 함수 발생기의 신호로 쉽게 대체할 수 있습니다. 고급 함수 발생기를 사용하면 복잡한 파형이나 프로토콜을 시뮬레이션하여 RF 신호를 생성하고 Bluetooth, WiFi 또는 셀룰러 프로토콜과 같은 RF 프로토콜 또는 CAN, SPI나 I2C와 같은 보다 기본적인 통신 프로토콜을 에뮬레이션할 수 있습니다.

프로그래밍 가능한 로드(부하)

전원 공급 장치, 배터리 또는 태양 전지로 작업하는 경우 테스트를 더 용이하게 만들기 위해 프로그래밍 가능한 부하가 필요할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 부하를 사용하면 전원 공급 장치에 대해 매우 정밀한 스트레스 테스트를 실시할 수 있습니다. 일반적으로 프로그래밍 가능한 부하는 정전류, 정저항 또는 정전력 소비 모드에서 작동할 수 있습니다. 테스트 프로필을 프로그래밍하여 장치를 시뮬레이션하거나 지속적으로 에너지를 흡수하기만 할 수도 있습니다. 가장 기본적인 장치는 200달러 미만으로도 구입할 수 있으며, 빠른 슬루율와 수백 킬로와트 범위의 펄스 부하 프로필을 갖춘 고급 장치는 수만 달러가 넘습니다.

열화상 이미지

낮은 전류로 작업하는 경우에도 IC가 빠르게 과열되어 작동이 중단되거나 손상될 수 있습니다. 높은 전류 흐름이 존재하는 프로젝트를 작업할 때 열화상 카메라를 사용하면 회로 기판 전체에 온도 측정기를 부착하지 않고도 이러한 문제를 신속하게 진단할 수 있습니다. 열화상 카메라는 일반 카메라의 가시광선 스펙트럼이 아닌 장파 적외선(복사열)을 감지하며, 회로 기판의 열 발산 경로와 최고 온도 및 평균 온도를 시각화하는 데 매우 유용합니다. 단돈 몇 백 달러면 스마트폰에 부착할 수 있는 저해상도 카메라를, 몇 천 달러면 더 높은 정밀도와 해상도의 휴대형 모델을 구입할 수 있습니다.

열화상 카메라를 구입할 때 검정색 스프레이 페인트도 한 캔 구입하는 것이 좋습니다. 노출된 금속은 적외선을 반사하여 땜납, RF 차폐 및 노출된 구리의 온도를 볼 수 없게 만듭니다. 기판 전체에 검정색 스프레이 페인트를 분사하면 카메라가 열 방출을 쉽게 감지할 수 있습니다.

RF 테스트

무선 신호를 생성하거나 수신하는 무선 주파수 장치에서 직접 작업하는 경우 몇 가지 특수 RF 테스트 장비를 구입하는 것이 좋습니다. 

RF 테스트를 위한 가장 기본적인 테스트 장비는 RF 스펙트럼과 전력 수준을 분석할 수 있는 스펙트럼 분석기입니다. 이 장비는 RF 회로 디버깅, 장치 간 통신 관찰과 기본 적합성 테스트에 사용할 수 있습니다. 스펙트럼 분석기는 비교적 고가의 테스트 장비이며 주파수가 높아질수록 기하급수적으로 가격이 높아집니다. 보다 저렴한 옵션으로는 SDR(Software Defined Radio, 소프트웨어 정의 무선)이 있습니다. SDR은 컴퓨터 화면과 처리 능력을 사용하여 신호를 분석합니다.

RF 회로를 배치하거나 안테나를 설계하는 경우 네트워크 분석기를 사용하면 RF 경로와 컴포넌트를 빠르게 조정하고 최적화할 수 있습니다. 네트워크 분석기는 SNA(Scalar Network Analyzer, 스칼라 네트워크 분석기) 또는 VNA(Vector Network Analyzer, 벡터 네트워크 분석기)의 두 가지 옵션으로 제공됩니다. 주파수에서 진폭만 확인해야 하는 경우 VSWR과 반사율을 측정할 수 있는 스칼라 네트워크 분석기가 훨씬 더 비용 효율적입니다. 대부분의 대형 테스트 장비 공급업체는 더 이상 SNA를 제조하지 않지만, VSWR 및 반사율 값이 테스트에 충분한 경우 일부 탁상형 스펙트럼 분석기와 다수의 SDR 스펙트럼 분석기에 추적 생성기능이 통합되어 있어 스펙트럼 분석기가 SNA의 기능을 수행할 수 있습니다.

반면 벡터 네트워크 분석기를 사용하면 진폭과 위상을 모두 시각화할 수 있습니다. 이를 통해 회로나 안테나를 빠르게 조정하거나 장치를 특성화하는 데 사용할 수 있는 스미스 차트를 생성할 수 있습니다.

RF 테스트 장비의 가장 기본적인 기능으로서 주파수 카운터를 사용하여 무선 전송의 기본 주파수를 찾을 수 있습니다. 이것은 측파대나 주파수 도약이 없는 기본 RF 전송의 출력 주파수를 확인하는 데 유용할 수 있습니다. 또한 RF 전력계는 회로에서 출력되는 RF 전력을 표시하여 생성 전력량을 매우 정확하게 표시할 수 있습니다. 스펙트럼 분석기는 이러한 측정을 훨씬 쉽게 수행할 수 있으며 더 시각적으로 확인할 수 있으나 훨씬 더 비쌉니다.

데이터 수집 및 로깅

데이터 수집 장치는 다양한 용도로 사용할 수 있어서 실험실에서 매우 유용합니다. 이 장치는 로깅 기능이 있는 다중 채널 디지털 멀티미터와도 같아서 오류 분석, 생산 합격/불합격 테스트 및 케이블 하네스의 신속한 테스트에 매우 유용할 수 있습니다. 

장시간 동안 기판의 여러 채널을 동시 모니터링하면 오류를 더 쉽게 분석하여 무엇이 잘못되었는지 파악할 수 있습니다. 

여러 채널을 사용할 수 있으므로 생산 장치용 맞춤형 테스트 고정 장치를 구축하여 테스트 지점에서 전압, 전류, 조명 또는 기타 디지털 및 아날로그 신호를 빠르고 정확하게 판독할 수 있습니다. 이 모든 판독을 위해 마이크로 컨트롤러에서 소프트웨어를 개발하는 것보다 훨씬 빠를 수 있습니다.

마지막으로 케이블 하네스가 복잡한 경우, 채널 수가 많은 수집 장치를 사용하여 맞춤형 하네스 테스터를 신속하게 구축하고, 이를 통해 커넥터 간 연속성을 확인할 뿐만 아니라 케이블의 전압 강하 또는 전기 용량을 확인하여 케이블이 올바르게 크림핑 및 종단되었는지 확인할 수 있습니다.

스토리지

마지막으로, 전자 실험실의 가장 큰 어려움 중 하나는 보관 문제입니다. 시제품제작으로 인한 남는 부품, 여분의 PCB 및 공구의 보관은 어느 작업 공간에서나 중요한 사항입니다. 충분한 수납공간이란 없으며, 데스크와 선반에서 여분의 공간을 확보하면서도 필요한 모든 도구를 가까이에 두기 위해서는 지속적인 최적화 과정을 거쳐야 합니다.

이를 위해 다음과 같은 몇 가지 아이디어를 참고하세요.

궁금한 점이 더 있으신가요? Altium의 전문가에게 문의하세요. 업계 최고의 PCB 설계 소프트웨어를 원한다면 Altium Designer^®가 안성맞춤입니다. 최고의 설계 소프트웨어로 제품 개발 지원을 받고자 하는 스타트업은 Altium Launchpad 프로그램을 살펴보세요. 지금 여기를 클릭하여 자세히 알아보고 지금 바로 신청하세요.