罗德施瓦茨RS-FSEA频谱仪的维修两例
虎哥2013/11/07仪器仪表 IP:广东
本帖最后由 虎哥 于 2013-11-10 03:18 编辑

FSE系列频谱仪是罗德与施瓦茨公司(RS)上一代的高档频谱仪,国内拥有量很大。科创仪表局从前年开始陆续从国外买了若干台退役品,作为日常工具使用。

这个仪器使用方便,性能非常好,用来做爱好者的工具是不错的,但是最大的问题是超高的故障率。频谱仪在仪表局是耗材,几乎每天都是从早上开到晚上,使用几个月以后陆续出现各种故障,故障率100%。由于配件很贵(二手拆机配件,一张板子要5000元,YIG部分要9000元),只能自己修理,争取顶上一年才扔。这里略举两例。

1、开机以后无错误提示,但是频率是飘的,表明本振失锁。运行自检,报YIG模块故障。

拆开机器,设为0SPAN,测YIG射频环路的检测端,几乎无信号,说明内部有故障。

拆开YIG模块,量内部各处电压,均正常,用检查显微镜观察,金线全部正常光亮,初步判断那些裸片没烧,可能是级间耦合电容坏了。

用风枪吹啊,烙铁烧啊……这些该死的电容纹丝不动,最后撬掉了一个,用电桥量,是好的。然后想了若干办法,焊不回去。(氧化铍陶瓷导热太好,下面又是大面积金属,散热太快,所以难以焊接)

网上问了一下拆二手仪器的,想淘一个拆机模块回来换上,结果这个模块非常稀缺,许多卖仪器的争,一个模块要9000块。。

图:YIG内部

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没辙,死马当活马医,整个模块丢回流炉里面,按无铅工艺的要求烤了一个循环。冷了以后装上,竟然好了。

至今没出过故障,也不知道到底哪个元件裂了。

顺便提一下,RS仪器普遍存在耦合电容损坏的问题。就是0603,0805的贴片电容。在温度剧烈变化以后,出现电容焊盘与原件体微裂缝(需解剖和显微检查才能发现),导致断路。按理说RS用的也是很好的电容,不应该出现这个问题。天津局的专家对此做了研究,认为是PCB焊盘设计不合理,以及节能设计不良且散热不良导致的。

图:YIG内部
2.jpg

电子工艺是非常重要而又不太被国人重视的话题。当一个产品零件多达上万个的时候,一个元件出问题都可能导致故障。而电路失效,差不多有一半是因为工艺缺陷所导致。

2、开机以后,频率不准,但基本稳定,略有左右漂移。屏幕左上角提示Lo Url ,大意是本振失锁。运行自检,一会儿提示IF FILTER故障,一会儿提示2nd Lo故障。

送信号去检查,谱线看起来形状正常(YIG故障的话,谱线形状是有寄生调相的),电平幅度正常,判断中频滤波板的故障可能是误报。

拆开机器,用频谱仪测本振板的三本振(720MHz)输出,频率不准。判断为三本振失锁。

FSE的二、三本振电路很复杂。首先由晶体产生120MHz基准(来源于频合器板),然后再本振板进行6倍频,得到720MHz信号。

这个720M信号没有直接用于三本振。三本振是一个VCO产生的,频率也为720MHz,然后与晶体产生的720MHz信号进行锁相。这样做可能是为了降低三本振的杂散。

然后三本振经过5倍频,经微带滤波器,得到二本振信号。

正好仪表局某型停产产品用的同样的插座,先割两个下来做一根检修电缆。取下本地震荡器板,接上检修电缆和射频电缆,悬挂在机器上。给仪器送外部信号,让他显示频谱。

图:做的检修电缆。
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挂在机器上检查
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用手靠近三本振振荡器,谱线发生左右漂移,而且偶尔还能突然锁定一下,确认三本振失锁。用万用表量三本振VCO的偏执电压,基本在正常范围内。并且720MHz的信号虽然失锁,但基本准确(只偏差了几M),说明VCO是好的,否则如果变容管坏了的话,频率就不是差这么一点点了,甚至不应该起振。偶尔能锁定,说明鉴相器和电荷泵、环路滤波器基本还是好的,只是可能性能下降。

图:本振板
5.jpg


失锁的原因可能有多种,比如鉴相器坏了,环路滤波器坏了,电荷泵坏了,以及这些东西(包括VCO)之间的信号不通。根据上面分析,最大可能是这些东西之间信号不通。

图:VCO
6.jpg

图:鉴相器(那个大电容是有RS特色的搭棚焊。。)
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用901接探针测鉴相器的两路射频输入,晶体来的720MHz可测到约0dBm的信号,VCO来的信号,能测到-10dBm的信号。逐级检查,倍频器后面的那个放大器有增益,倍频器的滤波器前后信号大约差3dB,说明滤波器是好的。再查VCO这一端,VCO的功放输出达10dBm,经分路器分三路,其中一路经一个放大器进鉴相器。这个放大器前面信号比后面大。判断该放大器损坏。

图:换了一只ER3上去
8.jpg


这是一个标志为A3的MMIC放大器,量直流电压,输出端为2.8V,输入端为1.2V。电源是15V的,经两支并联的432欧电阻分压供电。心算电流大约50毫安(这个是故障状态的电流,偏大),看起来是一只普通的管子。正好实验室有许多ER3,换了一只上去,VCO马上就能锁定了。此时测输出端直流电压为3.6V。

图:换下来的坏A3
9.jpg


RS的小信号放大回路,普遍采用15V电源,经大电阻分压降压来供给“A3”这样的MMIC。这样做的确能提高电流的稳定性,但是会增加许多发热。从15V降压到3.6V,在电阻上产生0.6W的功耗。为了不烧掉电阻,RS采用了两个电阻并联的方案来分担功耗,但是电阻仍然烫得不敢手摸,一模就会痛很久。就在两毫米之外,就是A3,也烫得不敢摸,虽然摸了不会痛很久。。这种发热导致器件老化速度加快,对装联工艺的要求也大幅提高。事实上RS的频谱仪就是耗能大户,冬天可以当暖风机使。

图:修好了
12.jpg
13.jpg


对于高端仪器而言,线性度和电流稳定性是重要的指标,为了提高线性,通常方法就是增大电流。又要讲究稳定,所以发热大是难免的。


RS上一代产品的质量,有的时候不知道应该如何评价。

先看看这个地方吧,看出区别来没有?接插件不配套!和其它机器比较,射频电路板上的接插件不匹配。虽然不匹配,却刚好可以插进去,只是很松。

图:也许是板子换过吧,这也能错
11.jpg


再来看看奇葩的飞线。估计是设计的时候增益算错了,刚好放大器少设计了一级,然后出厂的时候,帖了一块板子上去给加了一级。连飞线都飞得这么专业,不愧为RS [s:10]
图:飞线
10.jpg


其实RS还有更牛逼的,在频综板里面,还有一个高水平的搭棚,搭棚的零件包括芯片、三极管、若干电阻电容。。。大概是因为设计的时候犯了逻辑错误……有兴趣自己找台机器拆了看。

最后一张拆开的全景。。
IMG_2011.jpg


来自:仪器与装备 / 仪器仪表
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~~空空如也
rudolf
10年6个月前 IP:未同步
652544
德国仪器也这么凑合……与心目中的形象不符啊
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憨牛
10年6个月前 IP:未同步
652549
前两年,小灵通和山寨手机热,很多倒腾二手仪器的生意火了。
楼主的手艺能挣不少钱
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古人
10年6个月前 IP:未同步
652554
rudolf 发表于 2013-11-7 10:38
德国仪器也这么凑合……与心目中的形象不符啊


罗德机子是飞线飞出了名的,很正常,但是性能丝毫不马虎。
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晨雾太阳
10年5个月前 IP:未同步
655173
虎哥哥是高手,几大网站都见到你的足迹!
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