I 简介


ROHDE & SCHWARZ EZM SPECTRUM MONITOR(374.4019.03)是罗德与施瓦茨公司在西德时期,大约1984-1985年左右推出的频谱监视器,这是与测试接收机配套使用的仪器.在1980年R&S公司推出了第一台基于微处理器控制的测试接收机,也就是ESH3,这种接收机普遍用于电磁兼容(EMC)测试、无线电监测、场强测量等用途。ESH3覆盖9KHz-30MHZ(VLF-HF)的频率范围。1983年R&S推出了与ESH3相似,但频率扩展到20MHz-1300MHz(HF-UHF)的ESVP接收机。这两种接收机均没有自带图形显示器,因此只能读出单点频率的幅度,若想画出频谱图,用户需要自备电脑并且开发控制软件,或者使用接收机上的模拟电压输出连接X-Y记录仪这类的设备。于是EZM的出现使得ESH3/ESVP接收机可以简便的组成完整的EMC测试系统或者无线电监测设备。

EZM与ESH3接收机

EZM源于两种设备的组合,一种是传统的中频频谱分析仪,或者也俗称中频全景显示器(IF PANORAMA),这是一种简易的窄带频谱分析仪,接在接收机的中频输出上,可以看到当前的信道频谱以及临近信道的频谱,方便进行调谐,调制分析,或者信号搜寻。另一种是R&S推出的PCA仪器电脑(R&S把它们称为PROCESS CONTROLLER),EZM本身既是一台完整的微计算机,同时也包含了一套窄带频谱分析仪的硬件,常用的测量和分析功能均已固化到EZM的固件中,同时也支持运行MS-DOS系统进行二次开发。

EZM的一些主要技术特点如下:

  • 支持中频频率为75MHz和10.7M的接收机,对于ESH3/ESVP还可程控。
  • 合成本振,最大扫宽2MHz。
  • 一次变频结构,中频4.5MHz,模拟检波(可能是avg)。
  • 最小RBW 30Hz,最大10KHz,按1-3-10步进。

除此之外,EZM内部使用了两颗intel 80188 CPU,一颗负责数据采集,运行操作系统等,另一颗专门负责图形显示,并且使用了uPD7220 GDC,因此EZM具有比较惊人的1024*512显示分辨率,同时还支持彩色显示输出。

EZM的固件基于VRTX实时操作系统,在VRTX上还可以运行MS-DOS 3.11。不过DOS需要特殊的引导软盘,目前我还没找到。软盘寿命很短,再加上软件类的东西本来就难找,估计以后找到的概率也很低了,但如果有人发现了EZM-B2软盘,还请与我联系。 Please don’t hesitate to contact me if you have the EZM-B2 boot disk. These floppy disks are volatile and hard to find. We’d like to archive this if possible. THANK YOU!!!

下面是EZM的一些系统界面。

EZM开机后显示的非常有特色的主界面,下面一排就是所支持的全部功能,具体功能如下:

  • IF-Analysis :中频分析,相当于传统的中频全景,EZM扫描中频频谱并显示。
  • RF/IF Analysis:射频/中频分析,实际上是射频频谱分析的一种模式,频谱由EZM内部扫描,接收机按照较大的频率步进调谐,EZM拼接每个小SPAN。这种方式可以利用EZM内置的窄带中频滤波器,RBW最小30Hz,频率分辨率也较高,但检波模式只有一种,同时由于通讯数据少,扫描速度比较快。
  • RF Analysis:完全由接收机进行幅度测量,EZM内部的中频分析电路不参与工作,接收机在GPIB总线的控制下逐个频率描点取值。由于测试接收机自带各种检波器,因此在这种模式下运行可以满足EMC及其它测量的规范要求,并且只使用接收机的校准,同时接收机的噪底相比EZM也更低。在这种模式下传输的数据量较大,过程也更复杂,扫描速度慢。
  • Relay Control:使用ESH2-Z5 LISN的时候,控制LISN内部的继电器切换。
  • Setup:对EZM本机以及通讯接口,IO口等参数进行设置。
  • MS-DOS:按下此按键后机器会要求插入特制的DOS系统盘并引导DOS系统。

ESH2-Z5的继电器控制界面


设置界面,主要是设置EZM本体的IO参数,以及接收机的GPIB地址,接收机所安装的中频滤波器带宽等参数(带宽似乎无法通过GPIB读到,只能人工设定)


中频分析界面,下面可以选择ESH3和ESVP接收机以及通用的75M和10.7M中频输入,当选择对应的接收机的时候,EZM会实时回读接收机的频率和中频带宽并显示在屏幕上,另外也可以通过EZM触发幅度自校准,设置中心频率等功能


中频分析界面,当选择MKR->CENTER的时候,游标所处的频率会直接下发到接收机上并设置为调谐频率


射频/中频分析界面。大致上设置与射频分析相差不多,因此设置内容就不再多写了


射频分析界面,下面一排选择分别控制显示范围/单位,接收机组合扫描顺序,扫描控制/光标,以及限值测试,数值补偿这些功能


显示范围和单位的界面


设置扫描参数的界面,两台接收机可以按顺序扫描,合成一条频谱曲线


有关接收机模式的设置界面


设置扫描顺序的界面

下面是一段有关EZM和接收机设置,以及IF,RF分析的视频,质量不太好,以后再补录。

II 拆解

首先是整体的样子,本来应该还有个提手,已经遗失了。非常沉重的机器,尽管看起来很简易,但这东西有25kg重。

前面板是整体铸铝的,固定的倾斜角度。

键盘区域,黑色的盖子是选装软驱的位置,软驱作为EZM-B2选件和两张软盘一起销售。可以装两个3.5英寸,720k的软驱。

侧面。

后面。

后面的接口,风扇顶上是RGBS彩色视频输出,以及一个CVBS单色视频。风扇下面是中频输入和10M基准输出,另一边是GPIB,串口,GPIO,外置软驱,EZM中频输出,10M基准输入这些。AM和FM口没有用,手册也没有写到相关的选件。

拆去外壳,里面是一层铝制的内壳。

顶部的内壳,开着一些调整孔。

调整孔的标记。

拆除内壳,下面是完全被屏蔽起来的各个单元。

继续拆掉两个屏蔽盖。

整体顶视图。

整体底视图。

这台机器刚买来的时候是电源短路,烧保险丝,因此首先拆的是电源部分,这是拆掉电源模块的样子,电源模块和后框是连着的,整体都拆掉了。

拆下来的电源组件,散热片也是后框的一部分,整体铸铝的结构。

两种电源输入口,既可以用交流电也可以用直流供电。

从机内方向看的样子。

变压器,滤波电容,DC-DC部分。



两颗硕大的滤波电容。

良好屏蔽的环形变压器,上面贴着HI-POT测试的合格标签。

DC-DC转换器部分,下面一层是开关电源,上面是线性稳压和电源保护电路。


从侧面可以看到散热片上装的是一排线性稳压器。




另一面与交直流输入保护相关,螺栓形的二极管可CROWBAR电路的可控硅。

随后是开关电源部分。








开关电源板后面有两条飞线,都是地线,把一排地线汇流端子引到了内部几组电容的接地端上,可能是是设计完了发现高电流回路压降太大的补救措施。


地线飞线在屏蔽罩入口的地方套了磁珠,可能只想维持直流通路,抑制干扰传导。

因为前面板按键不太好用,所以这次做了彻底的拆解,前面板也拆掉收拾一下,首先是把面板从机壳上整体拆下来。

CRT显示器设计很有趣,因为机内空间紧张无法将显示器整个屏蔽起来,因此只把扫描线圈部分伸进CRT驱动模组的盒子里做屏蔽。


为了把CRT完全拆掉,抽出CRT驱动模组,拔掉偏转线圈插头,尾板插头,另外高压线也是可以从高压包上拔掉的,因此就不拆CRT的高压帽了。一定记得给莱顿瓶放电!即便是关机数小时甚至数天之后,仍然可能存在高压。该机的高压包似乎就没有放电电阻,关机大概4个小时之后仍然可以打出强烈的火花。

完全分开整个前面板组件。

显示驱动板,大体上相当于一个MDA制式的显示器。







继续,回到前框上,拆掉键盘进行清理。

键盘的按钮手感相比ESH3和ESVP接收机有了很大的改善,按键居然还舍得用双色注塑的。旋钮则是R&S特色的磁力阻尼旋钮,靠软磁圈两侧的两个U形软铁产生停顿感,一流接收机应当具备的舒适手感。

感应旋钮信号的霍尔。

按键开关,不认识是哪家公司的产品。

键盘周围有一圈屏蔽框,不过没有盖。


然后是拆掉CRT,方便把前框拿去水洗。

拆下来的CRT。

松下制造的CRT。

偏转线圈。

尾板,上面包含简单的视放电路,视频信号通过同轴线单独送到尾板上。


CRT下面的一排选择按键。

非常讲究,两端线束都套了磁珠。


这个大概是R&S设备里难得一见的镀金PCB了,也是EZM里唯一一块镀金PCB,显然R&S的设备没有HP的那么奢华…

这是经过超声波清洗干净的按键。

剩下的就是前框和上面的开关了,焊接的,懒得拆,一块拿去水洗了。顺便一提,这种结构复杂缝隙很多的零件,用电动牙刷清理十分的好用…但记得和刷牙用的分开!


回到主机里,剩下的就是这些插槽中的板卡了,屏蔽盒被又隔成三个部分,电脑和图形处理占一部分,IO板独占一部分,剩下的射频部分占一部分。

先从电脑板开始。








电脑板的设计算得上是比较奢侈的了,用了两个80188处理器,分别在板子的两头,中间是8207双口RAM控制器。其中一个处理器只负责图形数据处理。

图形处理板,或者比较通俗地说:“显卡“。



NEC uPD7220显示控制器。

为了达到1024*512的显示分辨率,板子上大多数空间都被显存占据了。

VALVO生产的晶振,不算常见。

其他板卡,最前面的IO板和后面的射频部分板卡。

IO板,仪器的控制,采样,通讯,IO,软驱等信号相关电路都在这里。



通往其它模块的的控制信号以及大量的滤波网络。

板子一角的RTC芯片和电池。

拆下来的电池。

A/D转换器。

这个大概是软驱控制器了。

这是我在这里发现的宝藏。


这个写着“DIP ALARM DA505”的神奇蜂鸣器,发出的声音和它的结构一样奇特和恐怖…听起来就像汽车喇叭的声音,动静还不小。一度让我以为声音是喇叭发出的,但找不到喇叭装在哪里。


开始拆解射频部分,首先是频率合成器模块。





在各个屏蔽区域之间传递信号的半刚线,非常细。

中频模块。


中频模块正面和背面都开了不少调节孔。



中频模块内部,大部分空间都被晶体滤波器占据。




射频模块。

射频模块同样遍布调节孔,这台机器的校准是个一定苦力活。



各种颜色的电感非常好看,但想到如何校准这些电路,顿时不可爱了…好吧,还是让它继续当摆设,这不需要校准。

最后一个较小的模块是对数放大器,可能也包含中频检波器。




最后是拔掉所有模块的背板。

III 维修

这台EZM是卖家作为报废设备出售的。不过卖家比较猛,和我说他发现通电烧保险丝,于是换了几次保险丝还是会烧…好吧。
根据过去维修ESH3和ESVP的经验,以及实际拆解电源观察到的结构,这类电源大体上是二级结构的,第一级是变压器降压以及外接直流输入,变压器输出的电压和直流供电差不多,通过继电器或者晶体管选择其中一路进入主电源母线。
收到机器后,因为已经知道会烧保险了,就没再给交流电测试,抱着侥幸心理,比如安规电容损坏,或者整流桥击穿这类的想法,先给直流电试试。结果发现直流输入就是短路的,低压部分一定存在问题。
把低压电源和整流桥分开,无论从整流桥接口输入直流电(限流的),或者从电池接口输入直流电,都是短路的。两路直流电压是通过模拟电源板上面的电源切换和保护电路然后去了开关电源板的,这里直接拔掉去开关电源板的线,这时候再给直流供电,模拟电源板的短路消除并且亮起了一个Vin的指示灯,静态电流30mA左右。
问题追踪到电源板上。用伪四线低电阻测试的方式,也就是把直流电源设置0.1A限流,电压0.2V,电源输出直接夹在表笔前端,万用表固定在200mV档,用表笔顺着短路的走线移动,当读出的电压最小的时候,表笔就非常接近短路点了。
问题很快就找到了,是一颗短路的电解电容。

欧洲特产的,胶木外壳的电解电容。故障率比较高。

因为这类电容在我手头已经坏掉很多了,所以不讲究什么原样修复了,直接把电源板上全部换掉,这是从电源板以及其它接收机里面拆下来的几包电容。

电容更换为长寿命,高工作温度的电解电容。


另一项例行维护是散热条件改善。这类电源可能追求低射频泄露,屏蔽的比较严实。开关和整流晶体管都统一安装在一侧,通过导热桥再连接到外壳的散热片上。这种设计热阻比较高,原机也几乎不涂导热硅脂,另外就是晶体管的绝缘片是硅胶的,早已经硬化了。这里把硅胶绝缘片换成陶瓷片,并适当的涂一点硅脂,同时从导热桥到外壳也涂硅脂。这里外壳指的不是电源的屏蔽罩,是机器的后框。安装电源的时候需要注意电源到后框接触紧密。
完成电源维修和维护后,单独测试了一下电源,能够通电启动,电源上没有故障指示灯,各输出电压正常。装机测试,还是先给直流电,28V时耗电大约2.85A,对于这种仪器来说感觉功耗还是比较低的。随后就是测试交流电源,也能正常启动,到此维修初步告一段落。
电源修复后,对整机进行连续开机的老练测试,在测试中发现偶尔启动困难,花屏,不启动,或长时间开机死机的问题。在发生这些故障的时候,观察电源板的故障指示灯没有点亮的,说明各输出电压正常,同时冷机比较容易启动成功,热机启动困难。观察这两种状态启动时电源板故障灯熄灭的顺序,冷机启动时故障灯只点亮很短的时间就熄灭,同时设备启动。热机时点亮时间则相对长一些,有可能启动失败。插拔板卡对故障现象没有改善。这样问题可能源于其它电解电容,也可能是某些关键的IC热稳定性不好。本着从简单开始检查,先拔出几块板卡,上面使用的也是ROE电容,大部分电容的顶端都已经有结晶物了,这意味着这些电容已经临近失效了。考虑到该机我会长期保留,首先更换所有与电源相关的电解电容(信号耦合通路上的部分小容量电容不换,避免影响校准,这些电容也基本没有损坏的迹象)。

于是经过两天时间,又获得了一大堆废电容。更换后无论冷热机均能顺利启动,并且电源的故障指示灯仅在按下开关的时候一闪即灭,说明电源电压很快就上升到额定范围内,也说明曾经有些电容可能存在软击穿。到写这篇文章的时候已经正常运行运行数十个小时了,本次维修结束,希望它能活的长久一点。

~完,感谢您阅读~


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