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    [儀器維修]安捷倫采樣示波器模塊拆解
    發布時間:2017-05-25 11:13:56來源:本站原創   點擊量:
    安捷倫采樣示波器模塊拆解安捷倫采樣波器上的 86109B 光電信號測量模塊拆解。
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      DCA-X 采樣示波器主機
    86109B 是一個 40GHz 光信號 / 50GHz 電信號測量模塊,可以安裝在 DCA-X 主機上。前面板長這樣。左邊的接口是光信號輸入端,右邊的是電信號輸入端。
                                                
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       86109B 的前面板
           與實時示波器不同,采樣示波器主要用來測量重復信號。它的采樣率很低,通常只有幾十或者幾百 KHz,卻可以用于 GHz 信號的測量。原因***是因為被測

    信號是重復性的,采樣信號每次都可以采集在一個信號周期的不同位置,這樣多次采集后***可以通過采樣點將一個周期的信號恢復出來。

           我們能看到采樣示波器的內部構造,以及 Agilent / Keysight 在儀器研發上是如何不計成本的投入的。
           首先取下側面板,86109B 里面的主電路板***是這樣的。
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     從上圖右側接口進來的是 40GHz 光信號,通過黃色的光纖,在電路板上轉了一圈,***后進入圖片中間靠上的光電傳感器,變成電信號,再經過同軸電纜,向左進

    入到左上角方形的小金屬盒子里,里面應該是采樣電路。
           光信號輸入端下面還藏著一個 50GHz 的電信號輸入端,直接輸入到圖片右側同樣的金屬盒子里。
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    手指的兩個金黃色金屬盒里面是采樣頭,高頻的光信號和電信號分別從右側輸入。偏下方的方形金屬塊,是采樣脈沖輸出端。由于輸入的光信號和電信號頻率都很

    高 (40/50GHz),需要上升沿非??斓拿}沖信號來觸發采樣。主機傳過來的采樣時鐘從板子背面送過來,但是它的邊沿太慢,不能直接用,需要在這里經過 SRD (step

    recovery diode) 電路變成非??焖俚拿}沖信號。
             產生的脈沖信號送給采樣頭,在前面的圖里可以看到有兩路信號分別從左側和下方輸出,通過半剛性電纜輸入到左右兩個采樣模塊中。
    所以這***是整個 86109B 的結構了,想想這八萬多美元是不是覺得有點心疼。

                                          

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    從另一側打開 86109B,可以看到電源電路板。取下來之后,***是我們之前看到的主電路板背面,從這里看還挺復雜的。成都市美藍電子儀器有限公司

    上圖中左右兩個金屬屏蔽盒,它們的背面***是封在金黃色金屬盒里的采樣頭。輸入的高頻光電信號經過采樣變成短時間保持的直流信號,進入到這兩個屏蔽盒中進行放大

    濾波,然后傳到示波器主機中進行 AD 采樣。中間豎著的一小塊電路板是采樣時鐘信號的驅動電路,用于把主機傳過來的時鐘信號進行放大。屏蔽盒打開后,可以看到里面的

    兩個放大器,用來處理采樣頭輸出的差分信號。另外還有一些濾波電路。連接線都是鍍金的。

           接著看時鐘驅動電路:
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      拆下來的驅動電路
          主機傳過來的時鐘信號,經過這塊驅動電路,放大后從板子背面輸出,傳給 SRD 電路產生采樣脈沖信號。將電路板翻過來***可以看到這個異型接口。成都市美藍電子儀器有限公司

     

      時鐘信號的驅動電路
           驅動電路與主電路板之間的連接方式很獨特,我們從來沒在其他的電路上見過這樣的設計。在主電路板上有一個 45 度角放置的長方體金屬底座(下圖中間位置),與驅

    動電路背面的金屬層緊扣在一起。中間的接頭用于與時鐘信號連接,兩側是兩個螺絲孔。要知道采樣示波器的采樣頻率非常低,只有幾十或者幾百 KHz?;ㄟ@么大的力氣設計

    這樣的連接方式,應該是為了******良好的信號完整性。雖然看不太懂,但還是覺得很厲害!
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    這樣的定制化接頭一定程度上可以解釋產品本身的高額造價,但更昂貴的地方還在后面。

           驅動電路放大后的時鐘信號,經過上面的特殊接口,穿過電路板進入到 Step Recovery Diode 電路(上圖封裝在金屬盒內部),變成非??焖俚拿}沖信號輸出。它***多有

    四路輸出(周圍四個方向),在這里只用了其中兩路用于光信號和電信號的采樣。
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     拆下上面覆蓋的部分,可以看到里面的樣子。時鐘信號從中間進入,脈沖信號則從四周輸出。但是我們并沒有看到 SRD 電路。再仔細看被拆下來的部分。里面鑲嵌有一小

    塊集成電路,放在顯微鏡下觀察***是下面的樣子。藏在這里的才是真正的 SRD(下圖)。慢速時鐘信號經過周圍的四組 SRD 電路,產生四組采樣脈沖,從四個不同方向輸出。
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    SRD 電路的作用是把慢速的時鐘信號,變成邊沿非??斓拿}沖信號。***像下面的樣子。
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     SRD 在射頻儀器里有非常廣泛的用途,在脈沖信號源和頻率計中都經常出現。HP 早年有幾篇非常經典的相關設計應用文章。這里所看到的所有器件的封裝,信號的連接方

    式,以及里面的集成電路,全部都是定制設計。這***像***像你買了一塊百達翡麗的手表,大筆的錢都花在了這些專門設計的定制化零部件上。***后我們將一開始看到的采樣模塊

    拆開,里面的結構也挺復雜的。因為輸入進去的信號頻率很高,而整個腔體是由金屬制成,所以里面還貼了吸波材料防止信號在腔體內反射共振。而鑲嵌在中間***是采樣示波器

    的關鍵部分——采樣頭。將采樣頭放在顯微鏡下觀察,看到的畫面是這樣的:
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    電路部分全部鍍金,輸入信號從正上方進入,采樣信號從下方輸入。采樣后的信號以差分形式,分別從左上和右上兩路以差分的形式輸出到示波器主機上,進行 AD 采樣。

    如果對比 1966 年 HP 開發的 141A 采樣示波器,兩者結構上沒什么區別。在制作工藝上卻發生了巨大的變化。據統計,一個 mini fab 的投入大約在3000~5000萬美元。而大

    型芯片生產廠的平均投入在 7~13億美元。據說 Keysight 在加州有自己的芯片設計和生產中心,每年只生產四千塊左右的 7 寸晶圓。因為對性能要求很高,芯片的成品率非常

    低。蘋果手機設計一塊芯片可以賣幾千萬片,而高端儀器一年的銷量可能只有幾百臺。平均下來每塊芯片的設計成本可以想象。

           看到這里,***覺得國內儀器儀表行業發展還是任重道遠,希望盡早能看到華為一樣的企業出現,盡早把我們自己生產的儀器儀表帶入高端市場。

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