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安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

发布时间:2018-06-26             西安安泰仪器维修中心    2859
  安捷伦采样示波器模块拆解—安捷伦采样波器上的86109B光电信号测量模块拆解。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  DCA-X采样示波器主机

  86109B是一个40GHz光信号/50GHz电信号测量模块,可以安装在DCA-X主机上。前面板长这样。左边的接口是光信号输入端,右边的是电信号输入端。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  86109B的前面板
  与实时示波器不同,采样示波器主要用来测量重复信号。它的采样率很低,通常只有几十或者几百KHz,却可以用于GHz信号的测量。原因就是因为被测信号是重复性的,采样信号每次都可以采集在一个信号周期的不同位置,这样多次采集后就可以通过采样点将一个周期的信号恢复出来。
  我们能看到采样示波器的内部构造,以及Agilent/Keysight在仪器研发上是如何不计成本的投入的。

  首先取下侧面板,86109B里面的主电路板就是这样的。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  从上图右侧接口进来的是40GHz光信号,通过黄色的光纤,在电路板上转了一圈,最后进入图片中间靠上的光电传感器,变成电信号,再经过同轴电缆,向左进入到左上角方形的小金属盒子里,里面应该是采样电路。

  光信号输入端下面还藏着一个50GHz的电信号输入端,直接输入到图片右侧同样的金属盒子里。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  手指的两个金黄色金属盒里面是采样头,高频的光信号和电信号分别从右侧输入。偏下方的方形金属块,是采样脉冲输出端。由于输入的光信号和电信号频率都很高(40/50GHz),需要上升沿非常快的脉冲信号来触发采样。主机传过来的采样时钟从板子背面送过来,但是它的边沿太慢,不能直接用,需要在这里经过SRD(steprecoverydiode)电路变成非常快速的脉冲信号。

  产生的脉冲信号送给采样头,在前面的图里可以看到有两路信号分别从左侧和下方输出,通过半刚性电缆输入到左右两个采样模块中。所以这就是整个86109B的结构了,想想这八万多美元是不是觉得有点心疼。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  电源电路板

  从另一侧打开86109B,可以看到电源电路板。取下来之后,就是我们之前看到的主电路板背面,从这里看还挺复杂的。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  上图中左右两个金属屏蔽盒,它们的背面就是封在金黄色金属盒里的采样头。输入的高频光电信号经过采样变成短时间保持的直流信号,进入到这两个屏蔽盒中进行放大滤波,然后传到示波器主机中进行AD采样。中间竖着的一小块电路板是采样时钟信号的驱动电路,用于把主机传过来的时钟信号进行放大。屏蔽盒打开后,可以看到里面的两个放大器,用来处理采样头输出的差分信号。另外还有一些滤波电路。连接线都是镀金的。

  接着看时钟驱动电路:

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  拆下来的驱动电路

  主机传过来的时钟信号,经过这块驱动电路,放大后从板子背面输出,传给SRD电路产生采样脉冲信号。将电路板翻过来就可以看到这个异型接口。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  时钟信号的驱动电路

  驱动电路与主电路板之间的连接方式很独特,我们从来没在其他的电路上见过这样的设计。在主电路板上有一个45度角放置的长方体金属底座(下图中间位置),与驱动电路背面的金属层紧扣在一起。中间的接头用于与时钟信号连接,两侧是两个螺丝孔。要知道采样示波器的采样频率非常低,只有几十或者几百KHz。花这么大的力气设计这样的连接方式,应该是为了保证良好的信号完整性。虽然看不太懂,但还是觉得很厉害!

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  这样的定制化接头一定程度上可以解释产品本身的高额造价,但更昂贵的地方还在后面。

  驱动电路放大后的时钟信号,经过上面的特殊接口,穿过电路板进入到StepRecoveryDiode电路(上图封装在金属盒内部),变成非常快速的脉冲信号输出。它最多有四路输出(周围四个方向),在这里只用了其中两路用于光信号和电信号的采样。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  拆下上面覆盖的部分,可以看到里面的样子。时钟信号从中间进入,脉冲信号则从四周输出。但是我们并没有看到SRD电路。再仔细看被拆下来的部分。里面镶嵌有一小块集成电路,放在显微镜下观察就是下面的样子。藏在这里的才是真正的SRD(下图)。慢速时钟信号经过周围的四组SRD电路,产生四组采样脉冲,从四个不同方向输出。


  SRD电路的作用是把慢速的时钟信号,变成边沿非常快的脉冲信号。就像下面的样子。

安捷伦采样示波器模块拆解|安泰维修

  SRD在射频仪器里有非常广泛的用途,在脉冲信号源和频率计中都经常出现。HP早年有几篇非常经典的相关设计应用文章。这里所看到的所有器件的封装,信号的连接方式,以及里面的集成电路,全部都是定制设计。这就像就像你买了一块百达翡丽的手表,大笔的钱都花在了这些专门设计的定制化零部件上。最后我们将一开始看到的采样模块拆开,里面的结构也挺复杂的。因为输入进去的信号频率很高,而整个腔体是由金属制成,所以里面还贴了吸波材料防止信号在腔体内反射共振。而镶嵌在中间就是采样示波器的关键部分——采样头。将采样头放在显微镜下观察,看到的画面是这样的:


  电路部分全部镀金,输入信号从正上方进入,采样信号从下方输入。采样后的信号以差分形式,分别从左上和右上两路以差分的形式输出到示波器主机上,进行AD采样。
  如果对比1966年HP开发的141A采样示波器,两者结构上没什么区别。在制作工艺上却发生了巨大的变化。据统计,一个minifab的投入大约在3000~5000万美元。而大型芯片生产厂的平均投入在7~13亿美元。据说Keysight在加州有自己的芯片设计和生产中心,每年只生产四千块左右的7寸晶圆。因为对性能要求很高,芯片的成品率非常低。苹果手机设计一块芯片可以卖几千万片,而高端仪器一年的销量可能只有几百台。平均下来每块芯片的设计成本可以想象。

  看到这里,就觉得国内仪器仪表行业发展还是任重道远,希望尽早能看到华为一样的企业出现,尽早把我们自己生产的仪器仪表带入高端市场。

      以上有关安捷伦采样示波器模块拆解详细知识由安泰示波器维修中心整理发布,更多有关示波器维修拆解问题欢迎访问安泰维修官网(www.agitekservice.com

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