拆解：HP 8112A脈沖發(fā)生器

這個(gè) 50 MHz 脈沖發(fā)生器的構(gòu)造像巖石一樣堅(jiān)固。它幾乎全是金屬。我們將該單元完全拆開，從系統(tǒng)和電路板級(jí)別進(jìn)行觀察。

在 2024 年參觀麻省理工學(xué)院 swapfest 時(shí)，我遇到了一臺(tái) HP 8112A 50 MHz 脈沖發(fā)生器。花了 20 美元，我把它帶回家拆開。該儀器于 1987 年左右在柏林墻倒塌前在德意志聯(lián)邦共和國組裝，是堅(jiān)固測試設(shè)備的經(jīng)典例子。這是里面的內(nèi)容。

圖 1.我在 swapfest 上購買的 HP 8112A 脈沖發(fā)生器被出售用于維修或零件。

拆解 8112A 既是挑戰(zhàn)也是冒險(xiǎn)，因?yàn)樵摌菲鲙缀跬耆山饘僦瞥?。我找到的唯一可拆卸的塑料部件是作按鈕和開關(guān)、連接電源按鈕和交流電源開關(guān)的臂，以及隱藏一些螺絲的條帶。我需要一個(gè)杯子來裝所有的螺絲。為什么？內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全由金屬制成;難怪 8112A 這么重。僅變壓器就重 1750 克。當(dāng)將 8112A 從 Swapfest 中取出并放在架子上時(shí)，設(shè)備背面的重量讓我感到驚訝。

圖 2.取下塑料條會(huì)露出將表圈固定在表殼上的螺釘。

如圖 1 中的標(biāo)簽所示，它用于部件或維修。我確實(shí)嘗試為設(shè)備供電，但沒有啟動(dòng)。好消息是它沒有產(chǎn)生任何煙霧。打開外殼后，我可以看到為什么儀器沒有啟動(dòng)。正如你所看到的，我不是第一個(gè)揭開蓋子的人。

在嘗試了幾種打開外殼的方法后，我在前擋板后面發(fā)現(xiàn)了那條塑料條。用螺絲刀將其彈出，露出幾顆將前面板擋板固定到頂蓋的螺釘（圖 2）?，F(xiàn)在我可以看看里面了。

圖 3.HP 8112A 由三塊板組成，（從下到上）一個(gè)主板、控制板和處理器板。

拆下前面板，露出三塊板。圖 3 顯示了電路板：主板（底部）、控制板（中間）和處理器板（頂部）。在視頻中，您將參觀這些板。請(qǐng)繼續(xù)閱讀以獲得更多見解。

圖 4.頂蓋 （l） 的底面提供了主板 （r） 上電源電路的調(diào)整位置。

取下頂蓋后，我在它的底部發(fā)現(xiàn)了標(biāo)記，指示了主板上儀器電源電路的調(diào)整位置。圖 4 顯示了主板（右）和蓋板內(nèi)的相應(yīng)名稱。顯然，該測試儀器是為可維護(hù)性而設(shè)計(jì)的。作/服務(wù)手冊提供電路板布局、原理圖、零件網(wǎng)格、零件清單、校準(zhǔn)說明和服務(wù)說明。是德科技不提供這種過時(shí)儀器的服務(wù)手冊，但當(dāng)然，它仍然可以在線獲取。正如我在視頻和下面的解釋中所解釋的，微處理器板與手冊中的布局不同。我將在下面的處理器板部分中解釋原因。

主板

圖 5.主板包含電源和脈沖整形電路。電源電路包括電源變壓器、穩(wěn)壓器、功率晶體管和散熱器。

主板包含電源和脈沖整形電路。圖 5 顯示了電源，其變壓器、二極管橋、線性穩(wěn)壓器和功率晶體管占據(jù)后部，如右圖所示。帶有小散熱器的兩個(gè) IC 處理形狀和斜率。它們通過板子下方的一根電線連接到三個(gè)插槽，這些插槽應(yīng)該包含 period generator、delay generator 和 width generator。有人刪除了它們。顯然，我不是第一個(gè)打開這個(gè)案子的人。根據(jù)原理圖，缺失的部分似乎是相同的。圖 6 顯示了三個(gè)缺失的時(shí)序 IC 的框圖。

圖 6.主板上缺少的三個(gè)時(shí)序 IC 的框圖。以前有人來過這里。

可見線將脈沖整形電路（最終的信號(hào)處理階段）連接到前面板連接器。圖 6 中的頂部電線用于觸發(fā)器輸入，而底部電線用于觸發(fā)器輸出。中間的線是 ±20 V 控制輸入。其他電路包括：

• 觸發(fā)電平電路和輸出放大器

• 級(jí)別檢查器

• 輸出放大器

• 偏移控制

• 地址解碼器

• 參考電路

• 電流源

圖 7.主板的交流電源部分的特寫顯示了變壓器、交流電源二極管橋、交流電源插座和電源開關(guān)。

查看電源，您將看到圖 7 顯示了電源變壓器、交流電源開關(guān)和三個(gè)二極管橋之一，它位于開關(guān)的正上方。交流電源輸入連接器位于照片的右上角。

圖 8.散熱器冷卻電源電路中的穩(wěn)壓器和功率晶體管。

圖 8 沿電路板向下移動(dòng)。變壓器（看不見）位于大電容器上方。你可以看到散熱器旋轉(zhuǎn)，露出兩排穩(wěn)壓器和功率晶體管中的一排。右側(cè)顯示兩個(gè)穩(wěn)壓器。最右邊的穩(wěn)壓器用于 +15 V，向左移動(dòng)的是 +23 V 穩(wěn)壓器。負(fù)電壓調(diào)節(jié)器位于黑板的另一側(cè)。穩(wěn)壓器都有帶有 National Semiconductor（現(xiàn)為 Texas Instruments）徽標(biāo)的 HP 零件編號(hào)。再次向左移動(dòng)，您可以看到兩個(gè)功率晶體管。Darlington 對(duì)的每個(gè) form output stage。右側(cè)（穩(wěn)壓器旁邊）的晶體管是 NPN 2N5191（摩托羅拉標(biāo)記）。它的左邊是 PNP 2N5194，也是摩托羅拉（后來的飛思卡爾，現(xiàn)在的 NXP）。

圖 9.控制板包括六個(gè)產(chǎn)生脈沖的 AD7522 DAC。信號(hào)調(diào)節(jié)電路調(diào)整上升/下降時(shí)間和振幅。

控制板（圖 9）位于圖 3 所示的板堆棧的中間。控制板使用來自處理器板的數(shù)據(jù)生成輸出脈沖。然后，它將脈沖發(fā)送到主板進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，然后再發(fā)送到外部世界。該板包含以下電路：

• 定時(shí)電路

• 地址解碼器

• 時(shí)序范圍解碼器

• ADC 和 DAC 參考電路

• 字節(jié)偏移和偏移 DAC

• 參數(shù)控制

控制板的核心由 6 個(gè) 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 （DAC） 組成。圖 9 顯示了帶有 Analog Devices 徽標(biāo)的 HP 零件編號(hào)。服務(wù)手冊中的原理圖將其標(biāo)識(shí)為 AD7522。在這 6 個(gè) DAC 中，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電流源，一個(gè)分別驅(qū)動(dòng)幅度控制、周期控制、脈沖寬度控制和延遲控制。

與其他兩個(gè)板一樣，控制板包含一些來自 Texas Instruments 和 Signetics（1975 年被 Philips 收購，現(xiàn)在被 NXP 收購）的 74LS 系列邏輯。Signetics 部件是 74LS273 八進(jìn)制 D 型人字拖。

控制板包含 22 個(gè) TRIM 電位計(jì)。它們允許工廠和服務(wù)技術(shù)人員調(diào)整連接到 DAC 的運(yùn)算放大器電路，產(chǎn)生電流源并控制輸出幅度。我想知道校準(zhǔn) HP 8112A 的模擬電路需要多長時(shí)間。服務(wù)手冊介紹了調(diào)整過程。

圖 10.處理器板包含 MC6802 8 位處理器、RAM、ROM 和 GPIB 電路。

圖 10 顯示了處理器板及其 Motorola MC6802 8 位微處理器（標(biāo)記為 HP 部件號(hào) 1820-2099）。另一個(gè) 40 引腳 IC（右上）是 GPIB 控制器。鑒于 HP 發(fā)明了 HPIB （GPIB/IEEE 488），您會(huì)期望控制器 IC 將是 HP 的部件，事實(shí)確實(shí)如此。原理圖將其稱為 HPIB644盡管零件本身標(biāo)記為 1820-2219。

這就是事情變得有趣的地方。我發(fā)現(xiàn)主板和服務(wù)手冊之間存在差異。請(qǐng)注意電路板頂部邊緣的 5 個(gè) ROM IC。右邊的四個(gè)是 TI TMS2532，一個(gè) 32k EPROM。左邊的是 Hitachi HN462532，也是 32k EPROM，使總 ROM 容量達(dá)到 160 kB。服務(wù)手冊顯示了后來的電路板的原理圖和布局，利用了更大的 ROM 容量。原理圖顯示了圖 11 中突出顯示的單個(gè) 256 kB EPROM 取代的 5 個(gè)器件。左上角的 RAM IC 仍然是 HM6116，這是一款 2048 字× 8 位高速（在當(dāng)時(shí)）靜態(tài) CMOS RAM。

圖 11.服務(wù)手冊中此圖中突出顯示的 ROM 顯示，處理器板上顯示的五個(gè) 32 kB ROM IC 后來被單個(gè) 256 kB ROM 取代。

處理器板的其余部分包含地址和數(shù)據(jù)總線、解碼器和 74LS 系列邏輯門。它還包含一個(gè)電源部分和 RAM IC 的電池。該板還使用多個(gè)配置為比較器和梯形電阻電路的 LM324 運(yùn)算放大器，用于向主處理器生成復(fù)位信號(hào)。晶體管控制 RAM 的 +5 V 電源。處理器板上還有一個(gè) Intersil 顯示驅(qū)動(dòng)程序，用于驅(qū)動(dòng)前面板顯示器。LM324 四通道運(yùn)算放大器仍然可用，即使采用通孔封裝。

他們不像以前那樣制造它們

拆開HP8112A展示了惠普如何構(gòu)建堅(jiān)固耐用、可維護(hù)的測試儀器，該儀器可以產(chǎn)生多年的測試脈沖。堅(jiān)固耐用的金屬設(shè)計(jì)適合重型包裝。今天，更輕的材料肯定會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。功耗肯定比 1980 年代要低。今天，您永遠(yuǎn)不會(huì)找到線性電源，除非開關(guān)電源發(fā)出的任何噪音都是不可接受的。開關(guān)電源將使電源變壓器體積更小、重量更輕，重量遠(yuǎn)小于 1750 克。更小、更高效的電源也會(huì)產(chǎn)生更少的熱量，從而轉(zhuǎn)化為更小、更輕的散熱器。

至于電路，所有的 logic、addressing、and decoding 現(xiàn)在都可以在單個(gè) ASIC 或 FPGA中進(jìn)行。不需要 GPIB 控制器，因?yàn)楫?dāng)今的儀器使用 USB 和以太網(wǎng)連接，這兩者都是串行總線。如今，脈沖發(fā)生器還需要產(chǎn)生脈沖模式來測試這些串行總線。

雖然在 1980 年代產(chǎn)生 50 MHz 的脈沖速度很快，但今天卻慢得令人痛苦。事實(shí)上，Keysight 脈沖發(fā)生器現(xiàn)在的速度高達(dá) 3 GHz。今天的脈沖發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生過沖和下沖，這在 8112A 中是不可能的。

他們不像以前那樣制造它們。如今的儀器更快、更輕、功耗更低，并且功能比 HP8112A 更多。今天的儀器是否與 40 年前的儀器一樣堅(jiān)固？40 年后問這個(gè)問題。