이 블로그에서는 의료 기기를 개발하는 예산이 제한된 엔지니어가 사용할 수 있는 기존 벡터 네트워크 분석기(VNA)인 HP 8753과 NanoVNA를 비교합니다.

벡터 네트워크 분석기(VNA)는 알려진 신호를 회로에 주입하고 신호가 회로를 떠난 후 신호의 변경 사항을 확인합니다. VNA는 장치 개발 과정에서 증폭기, 필터, 안테나, 케이블 등과 같은 회로의 성능을 특성화하고 검증하는 데 사용됩니다. 이는 특히 특정 장치가 비이상성이 발생할 수 있는 더 높은 주파수에서 작동하는 경우 매우 일반적입니다. 더 큰 역할을 하고 예측하기가 더 어렵습니다.

VNA는 다양한 크기, 모양, 가격대로 존재하며 모두 다양한 특징과 기능을 갖추고 있습니다. VNA의 두 가지 예는 다음과 같습니다. NanoVNA-H및 HP 8753. NanoVNA-H는 저렴한 휴대용 아마추어 VNA이고, HP 8753은 90년대의 신뢰할 수 있는 전문 실험실 장비입니다. HP 8753과 NanoVNA-H의 시장과 사용 사례는 근본적으로 다릅니다. 판매 가능한 다양한 장비는 전문 엔지니어링 환경에서 저비용 버전이 적합한지 여부와 같은 많은 질문을 제기합니다.

이 블로그 후반부에서는 두 VNA의 샘플 PCB에서 XNUMX가지 기본 필터 토폴로지의 주파수 응답을 측정할 예정입니다.

NanoVNA-H와 HP 8753의 초기 비교

처음에 이 장치들을 나란히 놓고 보면 그들이 서로 다른 일을 했다고 생각하는 것이 타당할 것입니다. 거의 우스꽝스러운 물리적 차이에도 불구하고 이러한 장치는 거의 동일한 작업을 수행하도록 설계되었습니다.

수십 년 동안 최고급 계측 회사 중 하나에서 생산한 장치의 사양을 오픈 소스 장치와 비교하는 것은 까다로울 수 있습니다. Nano VNA-H에 대해 나열된 사양은 완전히 정확하지 않을 수 있으며 해상도에 대한 신뢰할 수 있는 소스를 찾을 수 없었습니다. 펌웨어 업데이트를 통해 NanoVNA의 주파수 범위가 1.5Ghz를 넘을 수 있다는 점도 주목할 가치가 있지만, 이 수정으로 인해 정확도와 해상도가 크게 떨어집니다. 또한 수신기가 이 주파수보다 높은 것을 직접 측정할 수 없기 때문에 300Mhz보다 큰 주파수를 하향 변환해야 하기 때문에 주파수가 증가함에 따라 NanoVNA-H의 동적 범위가 빠르게 떨어지는 것을 볼 수 있습니다.

NanoVNA-H의 정확도 사양은 매우 인상적이며 아마추어 무선 통신 사업자에 의해 검증된 것으로 보이지만 제가 아는 한 NIST 체인을 통해 검증되지 않았습니다. NanoVNA와 HP 8753은 설계 시대가 다르기 때문에 이러한 계측기가 존재하는 이유에 대한 맥락을 논의하는 것이 중요합니다. NanoVNA는 취미 전자 회로 설계 및 테스트를 위해 2019년에 처음 출시된 오픈 소스 프로젝트입니다. 이는 아마추어 라디오 커뮤니티에서 매우 인기가 높으며 많은 HAM 운영자 및 땜장이들의 책상 위에 있는 필수 요소입니다.

이는 다양한 형태의 전자 장치를 설계하는 엔지니어가 매일 사용하는 전문적인 환경에서 사용하기 위해 8753년대 후반에 개발된 HP 1980과 대조됩니다. NanoVNA 설계에 사용된 많은 기술과 구성 요소는 1980년대의 아이디어에 불과했습니다. 각 장비의 개발은 개발된 시기를 반영합니다.

NanoVNA의 장점

NanoVNA에는 microSD 카드, 충전 및 데스크톱 제어 환경 연결을 위한 USB-C 포트 등 다양한 최신 통신 표준이 탑재되어 있습니다. 이는 작은 터치 스크린을 사용할 필요 없이 자동화된 테스트를 실행하고, 대량의 데이터를 수집하거나 설정을 변경하는 데 유용할 수 있습니다. 또한 훨씬 더 작아서(무게/부피) 휴대용 애플리케이션, 특히 통합 배터리를 사용하는 경우 매우 매력적입니다.

오픈 소스이기 때문에 NanoVNA는 유사한 작동 모드를 가진 의료 장치 개발을 위한 매우 매력적인 실행 패드가 될 수 있거나 고주파 회로 설계 전문 지식을 확장하려는 엔지니어를 위한 도구가 될 수 있습니다. 따라서 $50-200 CAD(공급업체에 따라 다름)의 접근 가능한 가격표는 특히 예산에 민감한 응용 프로그램을 작업할 때 다양한 수준의 경험을 가진 엔지니어에게 매우 매력적입니다. 또한 SLOT 방법을 통해 최종 사용자가 교정할 수도 있습니다. 짧은, 개방형, 부하 및 종단 커넥터와 케이블을 활용합니다. 이는 매우 간단하며 몇 분 안에 수행할 수 있습니다. 케이블 및 종단 플러그의 특성을 신뢰할 수 있다면 파형이 측정 대상과 거의 유사하다는 믿음을 가질 수 있습니다. 마지막으로 NanoVNA는 매우 저렴하고 일반적으로 사용 가능한 SMA 커넥터를 사용합니다.

 NanoVNA의 단점

오픈 소스 특성의 가장 큰 단점은 다양한 수준의 품질과 기능을 갖춘 판매용 불법 복제본이 많이 존재한다는 것입니다. 또한 주파수 범위에 대한 정확성/반복성에 대해 사용할 수 있는 정보가 많지 않아 민감한 응용 분야에 큰 방해가 될 수 있습니다. 이 장치는 최종 사용자가 교정할 수 있지만 디스플레이의 주파수 범위를 변경하려면 재교정이 필요하며 반복적으로 수행할 경우 번거로울 수 있습니다. 또한 NanoVNA는 S11, S21만 직접 측정할 수 있습니다. 다른 모든 매개변수는 이 두 측정값으로부터 계산되므로 약간의 부정확성이 발생할 수 있습니다.

HP 8753의 장점

HP 8753의 가장 큰 장점은 주파수 범위가 30khz부터 3ghz까지라는 점이다. 4포트 측정 등 NanoVNA에는 없는 다양한 기능이 있습니다. HP 8753이 오픈 소스 VNA보다 뛰어난 두 가지 측면은 유지 관리와 교정입니다. HP 8753은 원래 80년대 후반에 HP에서 제조되었지만 Keysight(HP 계측기 사업부의 분사)는 여전히 수리/유지보수 서비스를 제공하므로 내부 수리 역량이 없는 회사에 큰 이점이 될 수 있습니다. nanoVNA의 경우에는 분명히 그렇지 않습니다. 무언가가 손상된 경우 사용자가 스스로 책임을 져야 하기 때문입니다.

게다가 HP 8753은 여전히 ​​전문적으로 보정될 수 있습니다. ISO 13485에서는 확인 및 검증에 사용할 때 장비를 교정해야 하므로 이는 특히 의료 기기 분야에서 중요한 이점입니다. HP 8753은 오픈 소스가 아니지만 전체 장치에 대한 서비스 설명서에 회로도가 있으며 온라인에서 찾을 수 있습니다. 이는 회로 설계의 매우 다른 시대에도 불구하고 고주파 회로도 설계에 대해 학습하는 데에도 좋습니다.

HP 8753의 단점

당연히 HP 8753을 비방하는 대부분의 사람들은 그 연식과 비용 때문입니다. 부피가 크고 무게도 34kg으로 휴대용 애플리케이션에 적합하지 않습니다. 오래된 책이라 화면이 어두워서 읽기가 어렵습니다. 우리 모델에는 플로피 드라이브와 HPIB만 장착되어 있어 보다 현대적인 통신 인터페이스가 부족합니다. 보고서, 프리젠테이션 등을 위해 기기에서 여러 개의 고품질 플롯을 얻으려고 할 때 이는 실망스러울 수 있습니다. 또한 HP 8753은 BNC 커넥터 또는 SMA 연결에 비해 상당히 비쌀 수 있는 N형 동축 RF 커넥터를 사용합니다. NanoVNA에 존재합니다.

실제 테스트

이러한 계측기가 실제 생활에서 어떻게 비교되는지 파악하기 위해 샘플 PCBA에서 대역 통과, 대역 정지, 고역 및 저역 통과 필터 등 XNUMX가지 필터를 측정했습니다. 이러한 필터는 편재성 때문에 선택되었지만 VNA가 분석할 수 있는 다른 고급 회로도 많이 있습니다.

이 그래프를 생성하고 본 후 HP 8753과 NanoVNA에서 나오는 데이터가 매우 유사하다는 사실을 확인하고 매우 기뻤습니다. 일부 차이점은 HP 교정 이후의 시간, 두 장비 모두에 대한 커넥터/케이블 비이상성 등의 요인으로 설명될 수 있습니다. 일반적으로 두 장치에서 나오는 데이터는 개발 프로세스의 특정 지점에 문제 없이 사용될 수 있다고 생각합니다.

결론

당연히 이 블로그의 시작 부분에서 제기한 질문에 대한 대답은 생각만큼 간단하지 않습니다. 대부분의 시간을 책상이나 벤치에서 전자 회로 검증을 수행하는 경우 HP와 같은 신뢰할 수 있는 장치가 매력적인 옵션입니다. 고가의 장비를 구입할 자금이 없는 스타트업의 엔지니어이거나 나중에 고급 장비로 검증될 설계 작업을 하고 있다면 NanoVNA와 같은 오픈 소스 장치를 진지하게 고려해 볼 것입니다. 어떤 옵션을 선택하든 고주파 설계를 처음 접하는 사람은 이러한 장치를 사용하여 일상적인 회로에서 명확하지 않은 고주파 회로 동작을 이해하고 두 제조업체에서 제공하는 회로도 및 흐름도를 숙독함으로써 이점을 얻을 수 있습니다. .

이미지: StarFish 의료

Mike Ganzert는 의 전자 엔지니어입니다. 불가사리 메디컬. 그는 2021년에 UBC Okanagan에서 의료 기기에 중점을 두고 전기 공학 응용 과학 학사 학위를 받았습니다.



• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• PlatoData.Network 수직 생성 Ai. 자신에게 권한을 부여하십시오. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoAiStream. 웹3 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 플라톤ESG. 탄소, 클린테크, 에너지, 환경, 태양광, 폐기물 관리. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoHealth. 생명 공학 및 임상 시험 인텔리전스. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://starfishmedical.com/blog/comparing-hp-8753-and-nanovna-for-medical-device-design/