BI4LBK的最新作品,令人愉悦的新年拆机大礼包。共有150张图片,消耗流量约127MB,用手机的话请谨慎打开L(^_^L)
This is the new year ultimate teardown picture pack from BI4LBK, including 150 pictures with a size of ~127MB. Please use a PC for a better viewing experience.



I.简介

本次拆解的是Wandel&Goltermann公司所生产的SPM-15型选频电压表,正如其名称所描述的,这是一种具备频率选择性的、窄带的、能测量单一频率的信号幅度的仪表。如果您仍然对这个概念感到生疏,那么现在使用广泛的频谱分析仪其实就是一台连续调谐扫描的选频电压表。在过去模拟通讯兴盛的年代,为了长途传输电话信号并且节约电缆数量,通常采用的是频分复用(FDM)载波技术。也就是把每一路语音信道通过一个载波发送机调制到一个较高的频率上(通常会使用载波抑制的SSB调制),然后多个频率合并通过一根同轴电缆传输,到接收端再通过多台载波接收机分别还原每个语音信道,其原理类似向空中发射的广播电台信号,只不过这里信号是在电缆上传输的。因此选频电平表就是用来测量载波电缆线路上每个信道传输质量的仪器。通过选频电平表主要测量信号的幅度(衰减)以及串扰,有些选频电平表还具备解调功能,可以解调出调制信号,也就是直接可以监听语音。

重点:解调。也就是选频电平表有一项大家喜闻乐见的功能:听收音机。当然选频电平表并不是特别适合听收音机,中频带宽较窄,而且其结构设计对中频镜像抑制和带外干扰的抑制都不如专门的短波接收机,但灵敏度不亚于高档接收机。

Wandel&Goltermann是一家成立于1932年的德国公司,主要生产电讯测量仪器,在模拟时代是电讯业测量仪器领域知名度相当高的企业,在90年代电讯业逐渐转向数字技术以后,W&G公司也就逐渐衰落了。本次拆解的SPM-15是1985年的制造的,目前我没有找到该型号的使用手册以及维护手册,因此也不能确定它具体投放市场的时间,同时也并不确切的了解该机的技术原理,因此拆解的描述部分可能存在错误。

根据对机内结构的初步研究,该机的主要技术特性如下:

  • 测量频率范围50Hz-10MHz
  • 最小调谐精度:1Hz
  • 频率合成本振,一本振40-50MHz,二本振40.010MHz
  • 超外差二次变频结构,采用高中频设计,一中频40MHz,二中频10KHz

II.拆解

首先是前面板的样子,这台仪器定位是便携式的(尽管他体积不大重量却有14kg),所以前面板的设计比较简单,虽然是数字化控制的,但没有提供数字键盘。仍旧是模拟调谐风格的设计。

隐藏于机身底部的抽屉,其中放着操作速查卡片。

抽屉里贴着的意义不明的表格,可能表示了该机的选件配置。右下角可能是制造日期。

操作速查卡片,主要讲解前面板按键的功能。

一共6张卡片,每一张都是一面英语一面德语的。

前面板的表头部分,这里可以选择仪器自校准开关,读数模式(模拟表头/数字显示,在数字读出时表头不工作),相对值/绝对值读数等功能。

数字显示部分,显示测量频率,屏幕下面还有一个开关可以调整前面板所有指示灯和数码管的亮度,不过两档区别不大。显示屏右侧的是机内喇叭的音量调节,以及GPIB总线的状态切换按钮。

信号输入部分,该机提供了同轴和平衡输入两种接口,同时还可以选择多种输入阻抗。中间的旋钮是手动调节幅度测量量程的,如果想用指针表头读数,则量程从+20db到-120db每10db一档必须手动调节。如果使用数字读数,机子自动调节量程。旋钮的右侧是设置测量模式的按键,该机还有宽带功率计的功能,可以测50Hz-10MHz范围内所有信号的幅度。选频模式测量带宽可选25Hz/1.74KHz/3.1KHz。DEM按钮可以激活SSB(单边带)解调功能,能够选择USB和LSB(上边带/下边带)解调。SEND按钮用于打开跟踪信号源。

面板的最后一部分,主要是调谐,解调输出,电源开关和跟踪信号源的输出。所谓跟踪信号源就是一个输出频率与调谐频率相同的信号源,可以用来做频率响应测试。跟踪信号源也提供平衡和同轴输出和多种阻抗选择。

侧面的样子,体积不大,非常扎实的感觉。

被卖家撕掉的计量标签,可以看到这台机子最后一次过计量是2001年。

同样是被撕掉的资产标签,大概是中信研究院。

后面板的样子。

后面板左侧,顶部是测量电路的幅度输出,这路信号标识表头从最小幅度到满幅度的跨度,可以用于外接记录仪。下面是电源插座,总开关,电压选择开关。

后面板右侧,圆形DIN接口是用来外接电池的,三个BNC分别是10MHz基准频率输出,40-50MHz一本振输出,10KHz二中频输出。被盖板遮住的则是IEEE488(GPIB)接口卡选件的插头。

这里还有一个附件盒,内部是拆解仪器所需要的几种工具。

甚至还有2根备用保险丝。

附件盒的全部内容,从左到右分别是:六角扳手/Versacon拆装扳手/屏蔽罩提手/保险丝*2

西德制造的六角扳手。

该机使用的是Versacon可互换接口,可以通过这个扳手把接口拧下来,换成其他规格的。

接口基座部分的样子。

这种独特的接口似乎已经失传,目前找不到更多的介绍资料了。

外观看完了,现在开始从上盖拆解,拆掉上盖的四颗螺丝就可以将它拿掉了。

这台机器的机芯与壳体没有螺丝连接,靠两半壳体夹在中间,因此拆掉上盖以后整个机芯可以直接拿出来。壳体是铸铝的,非常坚固。

工艺十分精细的铸铝壳体,表面喷塑处理。

机芯整体,结构非常紧凑,塞的没有一点多余的空间。

机芯的另一侧。

机芯底部,亮闪闪的屏蔽罩。

机芯顶部,处理器板。

因为结构紧凑,这台机器用了折叠式的设计,顶部和底部分别有一根转轴,把最外侧的板卡展开以后就可以检修中层的板卡。

锁住顶部板卡的螺丝,两侧各有一颗。

先从顶部开始吧,展开顶部的中频/处理器板的样子。

从侧面看进去的样子,中层,底层都是正反面安装了电路板,所以一共还有4层结构在下面。

最顶层的处理器板,负责整机逻辑控制。

8085处理器,OKI制造的。

日立EPROM,还是第一次见西德产的。

处理器板的局部。

处理器板背面的是中频测量单元。

中频测量单元上的标注,25Hz中频滤波器也在这里面。

拆除屏蔽罩以后的整体图,左侧的板子是25Hz带宽的中频滤波器,右侧是中频测量单元。

25Hz窄带滤波器,由两颗西门子组合式的晶体滤波器组成

这个部件看起来好像是个耦合变压器,可能是个BALUN的用途。

中频测量板局部#1。这块板子负责中频信号的RMS检波,A/D转换,另外SSB解调器也在这上面。

中频测量板局部#2

中频测量板局部#3

接下来拆解前面板组件,所有字符单独印在了一块铝板上,拆掉这块板子以后才是前面板的框架。

前面板框架的正面。

要拆卸前面板需要先拆除所有红圈标记的螺丝。

分离前面板。

“精密感”。

GOSSEN生产的表头,同样是一家德国企业,我使用的照相测光表也是GOSSEN的PROFISIX,质量优良。

这里可以看到该表头是张丝结构的(taut band meter),所谓张丝结构就是用硬合金丝绷紧以后直接悬吊住指针和动圈组件,因此张丝表头没有轴尖之类的结构,响应速度快,线性良好,重复性良好,并且不会发生磨损。

前面板的后面,前面板是由两块电路板叠在一起组合而成的。

一个插座,这个IC插座上实际上用于安装两个DIP6排线插头,中间的短路片用来防止插头错位。

频率调谐的“飞梭”旋钮的结构,这台机子并没有用常规的光电旋转编码器,而是用了一个FAULHABER生产的测速发电机,这个发电机实际上是经过特殊设计的空心杯直流电机,拥有寿命超长的镀金电刷。

另一个角度看看测速发电机,引线已经拆除。

继续,拆掉上面一层的板子。

表头后面的数码管是单独装在一块小板子上然后连接到前面板的。


表头底部的标签。

表头后面的标签。满度电流600uA。

前面板的铝框。

令人极度舒适的工艺~

显示/按键板的正面。

数码管电路#1

数码管电路#2

调谐飞梭,转轴上还安装了一个铜质的配重陀用来改善调谐的手感。

表头的数码管。

增益调整开关。

拆掉增益调整开关,这个开关采用的是光电式设计,但并不是现在广泛使用的A-B相编码器的原理,而是每转一次三个光电管都会依次导通,通过导通的起始顺序可以判断旋转方向。

增益调整开关的上部结构,三个固定铜柱同时也是顶部光电管的供电连接,圆片周围的齿形和弹簧拉紧的轴承在旋转时形成停顿感。

增益调整开关的侧面。

还有些组装在前面板上,但连线没法断开因此只能拆下来的小部件。这是电源开关和解调输出插座。

电源开关分为四档,分别是充电/电池开机/交流开机/关机(待机)。在关机(待机)时机内RAM仍有供电,因此不会丢失关机之前的设置和频率点。如果拔掉电源线,那设置就丢失了。

机内喇叭的音量调节电位器。

随后拆解的是中层正面的模块,这一层似乎是二中频为主的部件。

要拆开这些屏蔽盒,就需要用到这个提手工具了。

把提手插到屏蔽盒的圆孔里,然后用力拉,屏蔽盒就打开了。

一个打开的屏蔽盒,有点像开井盖的感觉。

屏蔽盒是金属的,而盒盖是经过金属化电镀的塑料材质,四周装有金属的弹片。

我翻译的这一面上所有模块的功能,可能并不准确。

拆除屏蔽罩之后所有模块的全图。

另一个方向。

隔离放大器单元,实际上这个看起来像个缓冲器,是负责10KHz中频输出接口的放大器,也就是把二中频输出到机外的那个BNC接口。

10KHz二中频滤波器#1,全部都由LC滤波器组成。

10KHz二中频滤波器#2

10KHz二中频滤波器#3.在各级滤波器之间可以看到一些粗壮的镀金跳线。

校准混频器单元,这里大概是用于产生校准信号的。

另外,为了搞清楚各个屏蔽盒之间是如何连接的,这里顺便把校准混频器板子拆下来看一下。

用于各个单元之间互连的穿心电容(墨绿色的)和特氟龙绝缘的插针(白色的)

这些是模块对外连接同轴电缆的插针。

校准混频器板正面。

校准混频器板局部#1.可爱的橙色稳压二极管。

校准混频器板局部#2

校准混频器板局部#3

校准混频器板局部#4.一个留作调试用的跳线。

中层的正面看完了,我们把机子翻过来看一下底部,从底部展开以后可以拆开中层的背面模块。

展开下层的模块,这里又有三层屏蔽盒,分别是中层的背面和下层的正反面。整个机子设计非常紧凑。

这里先拆开输入选择电路的屏蔽盒看一下,这里主要是切换输入接口和输入阻抗的。

输入切换电路。

中层背面的所有屏蔽盒,这一层主要是与输入电路/一中频/二本振有关系。

根据我翻译(猜的…)。这一层功能如图所示。

拆除屏蔽罩之后所有模块的全图。

预放大器/输入放大器模块。

40.010MHz PLL和滤波器。这个PLL用于产生固定的40.010MHz二本振信号。

一混频器和限幅器。

一混频器局部,这里有一根双绞漆包线用作微调电容,剪短这根线可以调小电容量。

这一层上还有一个屏蔽严实的40MHz晶体带通滤波器,这个大概就是一中频滤波器了。

拆开滤波器的屏蔽罩,这里由四个小的滤波器模块组成。

出于好奇,这里拆掉其中的一个模块看一下背面的结构。

拆掉的模块#1. 透明的玻璃封装晶振。

拆掉的模块#2

拆掉的模块#3. 晶振的频率是39.9955MHz。

现在只剩下层的模块了,下层的正反面基本都是与频率基准/频率合成相关的部件,该机最小调谐精度达1Hz,在80年代还是一个比较高的指标,因此频合部分也十分复杂。

恕我能力有限,无法准确的理解这一层上所有模块的具体原理,也无法给出恰当的翻译。该机大体上是采用了一种双环路的频率合成器,整数环大约在100KHz的步进范围上粗调振荡频率,插补环则负责产生整数环两个频率点之间的频率值。

下层反面的全部结构。

下层反面#1

下层反面#2

下层反面#3

下层反面#4

下层反面#5

下层反面#6

现在终于到了屏蔽盒的最后一层,也就是下层的正面(外侧)。这一层仍旧是频率合成器的部件,我除了能看懂一个混频器和一个频率基准之外,其它的还是看不明白:(

下层正面的全部结构。

下层正面#1

下层正面#2. 中间的是频率基准。

下层正面#3. 频率基准。

下层正面#4. 中间的是频合部分的一个混频器。

下层正面#5. 混频器。

下层正面#6

这真是一台复杂的仪器,您是否已经看累了?现在还没有结束。在侧面是跟踪信号源的输出放大器部分。

跟踪发生器的输出放大器位于屏蔽铝板下方,上面开有一些用于调节的孔洞。

左上角的是机内的喇叭,印有“23U2”字样的是跟踪信号源的输出变压器,两个屏蔽罩内部是滤波器。

屏蔽罩内部的样子。

另一侧屏蔽罩里面是个爱尔兰生产的DC-DC转换器模块。

拆去屏蔽铝板之后的整体图。

局部#1

局部#2

局部#3

局部#4

局部#5

最后来拆解后面板组件,后面板同样是两层,一层铝板用于丝印字符,另一层做框架。

后面板的框架。这里可以看到电源模块的全部结构,交流输入通过一个单输出绕组的变压器降压,为了能兼容电池供电,机内电源实际上是由两个DC-DC转换器模块产生的,因此变压器输出经整流后也去了DC-DC输入。

机内电源通过一个金手指插座输出,这里我本想拆掉后面板拍照,但后面板和机身之间有许多难以分开的连接线,因此就偷懒不拆了。

机内电源的连接器上标注了各路电压的参数或用途。

两个DC-DC转换器模块上均安装了一个辅助散热的铝块。

拆下来的铝块,铝块的表面有涂敷透明的导热硅脂。

电源模块的全部组件。

整流桥和滤波电容。

瑞士产的DC-DC转换器模块。大体上可以看出来这交流/电池输入先转换到5V DC,然后从5V再产生+/-12V。

本期拆解到此就全部结束了。

最后,顺便附上一个相似的仪器HP3586的拆解文章,正好相隔了一年。感兴趣的话可以对比着看,风格差异还是很明显的,体现了德国人和美国人迥异的设计思路和理念~
《HP3586A选频电压表拆解/清理/使用》


~完~感谢阅读,新年快乐~

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