Deze blog vergelijkt een traditionele Vector Network Analyzer (VNA), de HP 8753, met een NanoVNA voor gebruik door de ingenieur met een beperkt budget die een medisch apparaat ontwikkelt.

Een Vector Network Analyzer of VNA injecteert een bekend signaal in een circuit en bepaalt wat er aan het signaal is veranderd nadat het het circuit heeft verlaten. VNA's worden gebruikt tijdens het ontwikkelingsproces van een apparaat om de prestaties van circuits zoals versterkers, filters, antennes, kabels, enz. te karakteriseren en te verifiëren. Dit is heel gebruikelijk, vooral als een bepaald apparaat op hogere frequenties werkt, waar niet-idealiteiten kunnen spelen. een grotere rol en zijn moeilijker te voorspellen.

VNA's bestaan ​​in vele maten, vormen en prijsklassen, allemaal met verschillende functies en mogelijkheden. Twee voorbeelden van VNA's zijn de NanoVNA-HEn HP 8753. De NanoVNA-H is een betaalbare draagbare amateur-VNA, en de HP 8753 is een betrouwbaar professioneel laboratoriumwerkpaard uit de jaren 90. De markt en het beoogde gebruik van de HP 8753 en NanoVNA-H zijn fundamenteel verschillend. Het brede scala aan apparatuur dat te koop is, roept veel vragen op, bijvoorbeeld of goedkope versies al dan niet een plaats hebben in een professionele technische omgeving.

Later in deze blog zal ik de frequentierespons van vier fundamentele filtertopologieën meten vanaf een voorbeeld-PCB op beide VNA's.

Eerste vergelijking van NanoVNA-H en HP 8753

Als je deze apparaten voor het eerst naast elkaar bekijkt, zou je kunnen denken dat ze heel verschillende dingen deden. Ondanks bijna komische fysieke verschillen zijn deze apparaten ontworpen om vrijwel dezelfde taak uit te voeren.

Het vergelijken van de specificaties van een apparaat dat al tientallen jaren door een van de beste instrumentatiebedrijven wordt geproduceerd, met een open-sourceapparaat kan lastig zijn. De vermelde specificaties voor de Nano VNA-H zijn waarschijnlijk niet helemaal nauwkeurig en ik heb geen betrouwbare bron voor de resolutie kunnen vinden. Het is ook de moeite waard om op te merken dat het frequentiebereik van de NanoVNA met een firmware-update voorbij de 1.5 Ghz kan komen, maar de nauwkeurigheid en resolutie gaan dramatisch achteruit met deze wijziging. Bovendien kun je zien dat het dynamische bereik van de Nanovna-H snel afneemt naarmate de frequentie toeneemt, omdat frequenties groter dan 300 MHz naar beneden moeten worden omgezet, omdat de ontvanger niet direct iets boven deze frequentie kan meten.

De nauwkeurigheidsspecificaties van de NanoVNA-H zijn behoorlijk indrukwekkend en lijken te zijn geverifieerd door amateurradio-operators, maar zijn, voor zover ik weet, niet geverifieerd via een NIST-keten. Omdat de NanoVNA en HP 8753 uit verschillende ontwerptijdperken komen, is het belangrijk om de context te bespreken waarom deze instrumenten bestaan. De NanoVNA is een open-sourceproject, voor het eerst uitgebracht in 2019, bedoeld voor het ontwerpen en testen van elektronische schakelingen door hobbyisten. Het is behoorlijk populair in de amateurradiogemeenschap en is een vast onderdeel op het bureau van veel HAM-operators en knutselaars.

Dit staat in contrast met de HP 8753, die eind jaren tachtig werd ontwikkeld en bedoeld was voor gebruik in professionele omgevingen en dag in dag uit zou worden gebruikt door ingenieurs die verschillende vormen van elektronische apparaten ontwerpen. Veel van de technologieën en componenten die bij het ontwerp van de NanoVNA zijn gebruikt, waren in de jaren tachtig slechts ideeën. De ontwikkeling van elk instrument weerspiegelt de tijd waarin het werd ontwikkeld.

Voordelen van NanoVNA

De NanoVNA is uitgerust met veel nieuwere communicatiestandaarden, zoals een microSD-kaart en een USB-C-poort voor opladen en verbinding met een desktopbesturingsomgeving. Dit kan handig zijn voor het uitvoeren van geautomatiseerde tests, het verzamelen van grote hoeveelheden gegevens of het wijzigen van instellingen zonder dat u het kleine touchscreen hoeft te gebruiken. Hij is ook veel kleiner (gewicht/volume), waardoor hij zeer aantrekkelijk is voor draagbare toepassingen, vooral met de geïntegreerde batterij.

Omdat het open source is, zou de NanoVNA een zeer aantrekkelijk lanceerplatform kunnen zijn voor de ontwikkeling van medische apparaten met een vergelijkbare werking, of als hulpmiddel voor een ingenieur die zijn expertise op het gebied van hoogfrequente circuitontwerp wil uitbreiden. Dit maakt het betaalbare prijskaartje van $50-200 CAD (afhankelijk van de leverancier) zeer aantrekkelijk voor ingenieurs met verschillende ervaringsniveaus, vooral als ze aan budgetgevoelige toepassingen werken. Het kan ook door de eindgebruiker worden gekalibreerd via de SLOT-methode; gebruikmakend van korte, open, belastings- en afsluitconnectoren en kabels. Dit is heel eenvoudig en kan binnen enkele minuten worden uitgevoerd. Als u de kenmerken van uw kabel en afsluitpluggen vertrouwt, kunt u erop vertrouwen dat uw golfvormen vrijwel representatief zijn voor wat u meet. Ten slotte maakt de NanoVNA gebruik van SMA-connectoren, die erg goedkoop en algemeen verkrijgbaar zijn.

 Nadelen van NanoVNA

Het grootste nadeel van het open-source karakter is dat er veel illegale klonen te koop zijn met verschillende niveaus van kwaliteit en mogelijkheden. Bovendien is er niet veel informatie beschikbaar over de nauwkeurigheid/herhaalbaarheid over het frequentiebereik, wat een grote negatieve invloed kan hebben op gevoelige toepassingen. Hoewel dit apparaat door de eindgebruiker kan worden gekalibreerd, vereist het wijzigen van de frequentiebereik van het scherm herkalibratie, wat een gedoe kan zijn als dit herhaaldelijk wordt gedaan. Bovendien is de NanoVNA alleen in staat om S11, S21 rechtstreeks te meten. Alle andere parameters worden berekend op basis van deze twee gemeten waarden, wat enige onnauwkeurigheid zou kunnen veroorzaken.

Voordelen van HP 8753

Het grootste voordeel van de HP 8753 is het frequentiebereik, van 30 kHz tot 3 GHz. Het heeft tal van functies die de NanoVNA niet heeft, zoals 4-poortsmeting. Er zijn twee aspecten die de HP 8753 wint van elke open source VNA: onderhoud en kalibratie. Hoewel de HP 8753 oorspronkelijk eind jaren 80 door HP werd vervaardigd, biedt Keysight (een spin-off van HP's instrumentdivisie) nog steeds reparatie/onderhoud aan, wat een groot voordeel kan zijn voor bedrijven zonder interne reparatiemogelijkheden. Bij de nanoVNA is dit uiteraard niet het geval. Als er iets beschadigd is, staat u er namelijk alleen voor.

Bovendien kan de HP 8753 nog steeds professioneel worden gekalibreerd. Dit is een belangrijk voordeel, vooral op het gebied van medische hulpmiddelen, aangezien ISO 13485 vereist dat apparatuur wordt gekalibreerd wanneer deze wordt gebruikt voor verificatie en validatie. Hoewel de HP 8753 geen open source is, bestaan ​​er schema's in de servicehandleidingen voor het hele apparaat en zijn deze online te vinden. Dit is ook geweldig om meer te leren over schematisch ontwerp met hoge frequentie, zij het uit een heel ander tijdperk van circuitontwerp.

Nadelen van HP 8753

Het is niet verwonderlijk dat de meeste negatieve punten voor de HP 8753 te wijten zijn aan de leeftijd en de kosten. Hij is omvangrijk en weegt slechts 34 kilo, waardoor hij niet ideaal is voor draagbare toepassingen. Vanwege de leeftijd is het scherm zwak, waardoor het lezen ervan een uitdaging is. Het ontbreekt aan modernere communicatie-interfaces, waarbij ons model alleen is uitgerust met een diskettestation en HPIB. Dit kan frustrerend zijn als u meerdere plots van hoge kwaliteit van het instrument probeert te krijgen voor rapporten, presentaties enz. Bovendien maakt de HP 8753 gebruik van type-N coaxiale RF-connectoren, wat behoorlijk duur kan zijn in vergelijking met BNC-connectoren of de SMA-verbinding. aanwezig op de NanoVNA.

Testen in de praktijk

Om een ​​idee te krijgen van hoe deze instrumenten zich in de praktijk verhouden, heb ik vier filters op een voorbeeld-PCBA gemeten: een banddoorlaat-, bandstop-, hoog- en laagdoorlaatfilter. Deze filters zijn gekozen vanwege hun alomtegenwoordigheid, maar er zijn nog veel meer geavanceerde circuits die de VNA kan analyseren.

Na het genereren en bekijken van deze grafieken was ik heel blij om te zien dat de gegevens van zowel de HP 8753 als de NanoVNA erg op elkaar leken. Sommige verschillen kunnen worden verklaard door factoren zoals de tijd sinds de kalibratie voor de HP, en niet-idealiteiten voor connectoren/kabels voor beide instrumenten. Over het algemeen denk ik dat de gegevens die uit beide apparaten komen zonder enig probleem voor specifieke punten in het ontwikkelingsproces kunnen worden gebruikt.

Conclusie

Het zal geen verrassing zijn dat het antwoord op de vraag die ik aan het begin van deze blog stelde niet zo eenvoudig is als het lijkt. Als u het grootste deel van uw tijd aan een bureau of bank doorbrengt met het verifiëren van elektronische circuits, is een vertrouwd apparaat zoals de HP een aantrekkelijke optie. Als je ingenieur bent bij een start-up waar misschien geen geld beschikbaar is voor dure instrumenten, of als je ontwerpwerk doet dat later zal worden geverifieerd door duurdere instrumenten, zou ik serieus een open-sourceapparaat als NanoVNA overwegen. Welke optie u ook kiest, iemand die nieuw is op het gebied van hoogfrequent ontwerp zal baat hebben bij het gebruik van deze apparaten om het gedrag van hoogfrequente circuits te begrijpen dat niet voor de hand ligt in alledaagse circuits, en bij het doornemen van de schema's en stroomdiagrammen die door beide fabrikanten beschikbaar zijn gesteld. .

Afbeeldingen: StarFish Medical

Mike Ganzert is een elektronica-ingenieur bij Zeester Medisch. Hij behaalde zijn Bachelor of Applied Science in Electrical Engineering aan UBC Okanagan in 2021, met een focus op medische hulpmiddelen.



• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://starfishmedical.com/blog/comparing-hp-8753-and-nanovna-for-medical-device-design/