爱法克斯数字无线电综测故障维修（长文全国首发） [复制链接]

     已经有很长时间没写DIY和维修帖子。前两个月帮一个鸡贩子朋友修好一台IFR3XX0数字综测，这机问题稍稍有点复杂，维修过程惊心动魄，本来刚修完就想写维修心得，但限于时间关系，直到现在才动工。
（由于某些原因，综测型号不便明示，大家只关注维修过程即可）
         朋友手里有3台3XX0综测，已开通所有模式数字测量选件。由于有一台机出租给某客户使用，另两台没找到客源，就一直放着。仪器这身子骨也不经闲，这放了没半年再拿出来就出问题了。当事人称，其中一台自校正不通过，提示错误，另一台开机时提示YIG和信号源不锁定。而这时刚好有另外客户要一台机，朋友希望我尽快出手帮他紧急看看，我也答应下来，周末就杀到朋友家里去一探究竟。

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       3XX0这机体积比较小巧（和HP8920接近），但功能强大很多。两台故障机开机后都出现了朋友此前描述的问题。第一台，进入用户自校正模式，校正进程走到一半多就提示矫正错误，但没有说明什么错误，也没有过程提示，一派暗箱操作的感觉；另一台开机进入系统后弹出错误提示：YIG校正失败，信号源锁定失败。第一台矫正不过问题比较头痛，因为射频仪器校正项目繁多，但没有任何详细错误原因提示，不知道到底哪一项不通过，模拟测试模式下，信号源，射频接收灵敏度，频谱幅度，调制度等基础仪表项目经过验证，精度都基本符合要求，在机内软件目录中也没找到记录错误详细信息的日志文件或记录列表，暂时无从下手；另一台明确提示故障信息的，倒是可以一试。于是开始维修这台3XX0.

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首先需要确定下故障实际表现。由于提示信号源失锁，我猜测信号源模式下输出会有问题。把3XX0设置到模拟DUPLEX模式，将信号源调整到100MHZ，调制选项全部关闭，从T/R口输出，幅度-30dBm，将T/R口连接到另一台频谱仪观察信号幅度。结果“水静河飞”，频谱上毛都找不到一根——信号源没输出。再更改信号源频率，也没找到其他能输出频点。顿时心里一惊菊花一紧，脑海中翻涌出无数想法，但首先想莫非YIG瓜柴了？那可是九死一生的问题。或者是射频通道中有其他MMIC之类坏掉导致没有输出，或者……但一切只是猜测，没有维修手册，只能根据以往修射频仪器经验来进一步拆机分析。

         把机器拆开，先看看机内结构。3XX0相对比较简单，大部分射频连接都在两个大屏蔽盒内完成。有几条射频电缆把几个射频单元相互连接。另外通过目测定位找到程控射频衰减器，和该衰减器连接部分可能是信号发生器单元，但没找到YIG（脑海里给他定义就是个罐子形状物体，但看到实物那刻我又傻眼了）。在电源盒旁看到个黑色塑料罩子，开始怀疑下面是YIG，后来才想起应该是大功率射频衰减器，罩子是风导流壳，利用电源风扇来散热。

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因为外露电缆上的信号可以实际测试出来（特别是信号源模式，各相关信号都有一定强度），而此前校正不过的机器，信号源输出幅度基本正常，所以将这台机也拆开，把信号源模式下各电缆上信号性质测试后做记录和比较。当这台机拔除A电缆时，机器同样提示信号源失锁，看来这个问题可能和这条电缆相关接口电路有关。记录下来的各信号特征如下图所示。

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在故障机中，测得A电缆信号幅度，频率均正常，所以怀疑信号送往目标单元中有故障。目标单元是疑似信号源的屏蔽腔体，把腔体从机身中拔出，腔体上星罗棋布的遍布无数螺丝，身边又没有电动螺丝批，看来是要好好考验下手腕功夫了。

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费了九牛二虎之力，终于拆掉全部螺丝，打开腔体上下盖。其中一面目测是数字电路和低频中频为主，另一面金碧辉煌，全是微波器件。经观察，故障信号输入点连接到低中频板上。这个板子除了用大量螺丝和腔体固定，还有很多焊盘和引脚延伸到下面镀金板传递信号，看来想把这个板子拆下来检查可能性不大。要测试此板故障点，需要做几条两边都是MCX公头的射频延长线，一条16X3的欧式插座延长线。射频线找路边吃瓜群众给做好，欧式插座延长线只能自己买排线回来焊，花了约2个钟做好。

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回头再仔细观察一下信号输入点附近电路，发现这是一组由三极管组成共发射级射频放大器，共三级，中间包括一些信号衰减，分配部分。由于这种电路结构在射频仪器中比较常见，根据经验基本可能以三极管为核心，通过板子上电阻电容排列和走线，区分出放大器输入端，供电，输出端位置。往后还有一些混频器之类器件，由于不确定走线位置，没有继续检查。随后接好延长线，开始通电测试。

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    一开始不给输入点接入信号，先测试各管子静态工作点电压，发现第一级放大器基极只有0.1V，集电极1.2V，明显不正常，再测另两个也是类似情况，分析可能该放大器单元供电异常。断电后用万用表排查供电来源，发现居然由一个LM317提供。

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玩过电子制作的朋友肯定对LM317不会陌生，一款非常古老且常见的可调线性稳压器。这种05年以后设计的精密仪器居然还是用如此古老的片子而没采用后期开发的低噪声精密稳压器，有点令人不解。通电测试，发现稳压器调整端为0V，输出端1.25V，输入端12V。再用万用表测试发现稳压器调整端对地短路。经过观察，调整端对地有一个10uF的钽电容，马上怀疑击穿，查下测量果然证实猜测，将该电容换新后，重新通电，LM317输出端变为8.5V，三个三极管静态工作点也恢复正常。再将信号接入，用频谱仪测试三个三极管放大器工作均正常，至此该问题解决。但由于不知其他部分有没有问题，所以将腔体前后盖装了几个螺丝后就装回试机。
         重新开机期间去了趟厕所，回来一看真是喜忧参半——信号源失锁提示消失，但YIG校正失败依旧。既然信号源失锁问题修复，我觉得可以再看看信号源输出情况，就把频谱接到T/R口，按之前设定测试。结果在频谱上看到一个-30dBm信号，貌似挺稳定，频率幅度也正确。但放大仔细一看，这个信号在做有规律的变化，以100MHZ为中心，大约2-30MHZ为变化范围，从低到高扫动，扫到最高处时又回到最低点周而复始。而且频率扫动时，不是连续无级变化，而是明显看出有一档一档变化（每一档约1MHZ），扫描一轮约20秒。把信号源中心频率设置到其他（如500M 1G 2G等），中心频率基本正确，但输出依旧围绕设定的中心频率来回规律性扫动。

从这个故障现象判断，我做如下分析：输出信号频率的变化可能确实是由YIG引起的，但由于实际输出频率和设定频率基本接近，所以暂时排除YIG的锁相环完全开环可能性，因为如果开环，频率偏差会非常大且不受控；另外此前最担心的YIG损坏导致无输出问题也基本排除；从现象看，频率是一档一档有规律扫动变化，不排除是程序控制YIG做有规律的扫描，原因不详。只能再拆开信号源腔体一探究竟。

这次打开腔体后就仔仔细细研究了一遍。在镀金板上，大部分是混频器，腔体滤波器，MMIC，微带滤波器的部分，板子上有几个比较引人注意但不知功能的器件，随手上网搜了一下，确定了功能，为后面信号分析提供便利。而刚才更换电容的板上，右上方有一个正方形金属块器件，上网一搜震精了，原来这就是YIG，怪我这么多年维修技艺没有长进，现在东西都做这么迷你，但我思维还停留在当年大罐子时代。找到YIG后，在旁边有2个NMOS管，根据YIG工作原理分析应该是用来给YIG粗调和细调线圈提供调谐电流的控制管。

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此时先确定频率偏移是不是由YIG造成。把腔体接上所有延长线后通电，测量2个NMOS管栅极，发现一个管栅极电压随着频率移动而微弱变化，虽然变化量只有0.2V（从2.02V变化到2.22V），但这是个非常重要的线索，起码确定频率移动就是由YIG直接造成，而且是受到内部电路控制，并不是由自由震荡漂移导致；接着再分析控制信号来源。在NMOS管旁边有一些74系列芯片，模拟开关，还有一片DAC8512芯片。经查阅资料，这是一片SOP-8封装的串行输入数据的D/A转换器。找到该芯片8脚（转换电压输出），测量发现该电压也随着频率扫动变化而变化，电压和NMOS管栅极电压一致，看来频率变化很有可能来源于该DAC。接着测量该芯片5脚（数据加载），理论上如果电压变化是程序控制的，电压每次变化，该脚就会有一个低电平，用于确认加载的电压调节数据。而测试结果也证明这个设想。也就是说，频率扫动确实是由程序（软件）主动控制导致的。顿时感到眼前一黑，就好像王子打退了无数怪去到城堡救公主，但到了城堡才发现原来是个深不见底的黑客帝国，而王子是个连计算器都不会用的乡巴佬——我们不可能去分析软件控制工作流程。到这里线索暂时断了，果断去睡个觉安慰下自己受桑的心灵。
第二天醒来，眼前没那么黑了，感觉生活还要继续，工作还得开展，又拿起那腔体慢慢分析，但确实对于一个从来没接触过的精密复杂仪器，没有任何图纸资料，几乎全凭自己经验来维修，虽然有台几乎正常的机器可以板级对比，但精确到板级维修还是会像失去了舵手的船在海上航行一样。
到这一步要先确定故障是不是由信号源腔体内电路造成，避免由其他板卡故障导致牵连故障而走弯路。把另一台机信号源整个换到故障机上，故障彻底消失，可以非常肯定判断问题就出在信号源腔体内，为接下来维修指明关键方向。
为什么频率会有规律的不停从低到高扫动变化？我突然想起锁相环工作原理，锁相环有一个鉴相器，当输入频率和待对比频率（相位）有误差时，输出误差信号。而现在的故障，频率从低到高扫动时，输出频率会经过设定频率，如果锁相环工作正常，频率会停止扫动，但此时没有停下，可能软件在反复搜寻锁定的点，但直到错过了都没停下来，说不定没检测到那一个刚好正确的频率。所以猜测当时鉴相器工作不正常，或者和鉴相，驱动等相关部分有异常。当然这是个猜测，在没有其他线索情况下，只能病急乱投医，怎么也得试试，后来证实这条路基本被蒙对了，但非常曲折。

因为YIG输出信号高达数GHZ频率，这么高频率一般不会直接通往鉴相器，需要通过分频或其他方法降低到100MHZ以下方便处理，当时第一反应是寻找疑似微波分频器的器件，通过这个顺藤摸瓜找到YIG对应的锁相环电路。而且这个分频器应该就在镀金板一面。但搜寻了一大圈也没发现型号和分频器沾边的器件。但在板子上发现一个可疑单元电路（如下图）。

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从器件排布看，有一个变压器，右边是YIG信号输入，左边是一个射频功率三极管输出，看起来像是把两个信号做混合（混频），出来结果送到一堆RCL和有源器件。后来想起有的微波电路中会采用混频方式将被测信号降低到器件可接受范围。难道这是个混频器？但YIG输出是宽达2GHZ的可变信号，也就是说如果混频源是一个固定频率，则混频产物变化量在0~2GHZ里变化，那鉴相器还是接受不了。打算还是通电实测一下。结果用频谱仪测试发现，变压器左侧，功率三极管输出是一组非常丰富的谐波信号，这才明白是谐波混频大法（具体理论此处省略）。再顺着疑似混频输出回路查找，发现一个16脚的美国国家半导体芯片（由于时间匆忙，没记住型号），经查阅是一个双路带触发器的高速信号整形电路，板子上只用其中一路。再用示波器观察该路输出情况，当综测输出频率扫动时，该路会输出一个从1.5MHZ~30MHZ左右从低到高变化方波信号，和输出扫动变化基本一致。那么可以基本确定这里就是送往鉴相器的信号。

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万用表检查发现信号通往数字电路板部分，经过约1小时查找发现到达一片74ATC74触发器。通电测试，触发器CLK有变化频率输入，幅度基本正常，但触发器输出为高电平，也就是该触发器没有工作。而对比好的板子（此处有大量再次拆螺丝过程），该触发器有输出。那么怀疑目光就落在这个74ACT74上。再和好板对比，发现故障板触发器有一个端子缺少信号输入。是不是由于缺少该输入导致故障呢？我想了个办法，把好板子该触发器对应输入脚悬空（从焊盘上翘起），结果好板子出现了和坏板完全一样的故障（频率扫动），也提示YIG校正失败，而且此时测量悬空的焊盘，是有一个固定频率的信号（约5MHZ），当调节信号源设置频率时，该频率会有微小改变。再把该引脚复原，故障消失，而且该频率和之前一致。至此案情有了重大突破：故障是由于鉴相器系统缺少一个必须信号引起，而且该型号是一个独立受控信号。接下来思路基本清晰，需要在板子上寻找一个可变受控的信号发生器单元。但由于该板有多组中频锁相环独立回路和一片AD9850 DDS芯片，所以确定该信号来源花了非常多时间（约3个小时，过程略）最后确定信号来源就是AD9850输出，而且故障板AD9850没有输出。

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到了这一步，顿时有种柳暗花明的感觉，仿佛王子终于学会电脑和黑客技术，冲破层层阻碍，公主就在眼前。此时要确定一下AD9850工作状态。由于大学时用过很多AD9850做信号源，对芯片工作原理了如指掌。但测量结果又差点眼前一黑。大部分信号都正常，唯独芯片RESET（复位）脚为持续高电平，也就是芯片一直处于复位（不工作）状态。根据一般仪器（包括我自己设计大型电路系统产品）设计一般思路，这类芯片复位信号是程序受控信号，也就是有可能程序控制方面出了问题。而最令我菊花再次一紧的是，板子上有片内置EEPROM的大型FPGA（可编程逻辑），如果AD9850复位端连接到FPGA管脚上，而FPGA控制出现问题（最糟糕情况是FPGA管脚损坏），那此前一切工作都前功尽弃。怀着决一死战的心态，在板子上全方位搜索AD9850复位信号来源（大概花了1个钟头，过程略），终于发现复位信号来自一片DG412模拟开关。为什么一个复位信号会来自模拟开关呢？有点奇葩，但仔细一看，原来是利用模拟开关，把一个独立RC复位电路的充放电电压做“放大”输出给被复位芯片，这和以前51系列单片机常用的复位方式类似，但在仪器中这样设计确实令人费解。经检查，这片DG412工作异常，且芯片有轻微发热（但不很明显）。又花一早上去电子城买几片DG412，换上后，装机，综测终于没再出现YIG失锁故障提示，所有功能恢复正常，经过测试，指标均基本符合要求。至此，这台3XX0维修告一段落。

整个维修，没有任何资料，从第一次学习使用该型号综测，对比分析故障，到最后修复，共计2.5天时间（包括外出买器件，腐败等），总维修工时约20小时。这期间多次想放弃，还好每次在最绝望时候都能发现一些新线索，促进维修工作继续艰难的开展。也非常感谢朋友提供了正常机做拆机（板级）对比，不然维修工作几乎不能正常开展。这个维修过程，基本没走太多弯路，没有错换任何器件，完全凭自己多年产品设计和射频仪器维修经验进行信号流程级别分析，个人觉得基本对得起自己积累的经验和能力。（完）

占楼33333333333

手头有个热红外，少走一堆弯路

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BA7CK:手头有个热红外，少走一堆弯路[表情] (2017-02-14 14:57) 

没错，下次叫鸡贩子果断进货

功力深厚！！！！！！！！！！！！

广东人民发来贺电！楼主牛逼，锲而不舍！赞！

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牛帖留名

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珠海也有电子城？什么时候修修我的27兆鸡

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BD7IS:珠海也有电子城？什么时候修修我的27兆鸡 (2017-02-14 21:09) 

十米传播已瘫痪，按照七刀方法办

看这样的维修文章很是爽看，远胜过少女之心

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多数像这种故障，机器当垃圾堆放一角啦。

学习了，维修好贴！

热成像可以节省一半时间
佩服！

享受，看了两遍！！！

      

唐山人民发来贺电。

高手  

围观高手修机