注: 本文写于2024年10月,由于中间一些事情耽误,直到现在才放在博客上。

I 简介

HP 3582A使用双通道测量Bode plot

HP 3582A是惠普公司于1978年推向市场的一种低频频谱分析仪,它覆盖了20mHz至25.5KHz的频率范围。与它的前辈HP 3580A乃至后续的大多数被称作”Spectrum analyzer”的HP产品相比,HP 3582A都显得十分独特。这是因为该机并非由传统的超外差扫频结构实现、而是由数字采样及FFT运算进行频域分析的设备。但与当时已经存在的FFT分析仪(动态信号分析仪)不同,HP 3582A在操作上更接近传统模拟频谱仪,同时提供的分析功能亦比较精简,比如:时域(波形)、频域(功率谱)、相位谱、传递函数(相位和幅度)、相干运算及曲线平均等。

与扫频式频谱仪相比,基于FFT技术的频谱仪有一些显著的优点,例如具有一定的实时分析能力,可以同时捕获一定时间内分析带宽内的所有信号且不丢失相位信息、RBW滤波器由数字滤波器构成,带宽灵活可变并且在窄带分析时没有模拟滤波器缓慢的建立速度影响,使得窄带分析速度比扫频式频谱仪快几十倍乃至上百倍。这些特性使得3582A通常应用于声学和振动分析领域,同时也用于低频电子电路的测量。

HP 3582A采用的CRT显示器也可以说是具有HP独特的设计结构,该CRT具有内置的刻度线,但并不依靠灯泡照亮刻线,而是由装在CRT内额外的电子枪均匀的发射电子幕激发整个荧光粉面发光,从而使得刻线可见(有点类似存储示波器的FLOOD GUN)。

下面的图片是栅格照明完全关闭

打开栅格照明,可见屏幕均匀的发出绿光

这种独特的效果尽管在视觉上看起来没有灯泡与红色刻度线那么醒目,但似乎适合用于示波器相机拍照。因此我把屏幕照片转换成单色的,看起来确实效果不错,与HP在80年代的手册里常见的测试点波形照片确实很接近。


另一个有趣的细节:HP 3582A的曲线是矢量绘制的,但字符是通过打点显示出来的,这一点与CRT上常见的逐行扫描字符有一定区别。

最后是我用过3582后的一些观点:在拥有3582A之前我已经有几个FFT分析仪了,比如HP 3561A,3562A,小野CF-5220之类。与专门的FFT分析仪相比,HP 3582A操作起来十分简单容易,但它毕竟是1970年代的产物,显然那时的处理器和RAM容量还不够强大,其采样长度很短,虽然我不知道具体有多少,但从FFT结果来看应该只有几百点。ADC的动态范围也很窄,大约70-80db的样子。与其巨大的风扇噪音和24kg的重量相比,这种性能实在是显得过于落伍了,也就是说,以今天的眼光看待,没有什么实用性了。


II 拆解

请注意:拆解照片实际上是整机被拆散后重新组装时拍摄的,因此可能有少数细节与原始状态不同或存在一些错误。

正面


面板细节,一些旋钮帽早已遗失了。尽管3582A是高度数字化的仪器,但面板操作设计却相当“模拟”

侧面和反面





拆去外壳后可见整机大部分电路都在厚重的金属屏蔽之下




以下是CRT驱动电路的一部分

卡笼的盖板是一块十分沉重的钢板,拆去以后可以看到钢板背面贴有固定板卡的海绵

拆掉盖板,露出主要的PCB


输入通道/ADC部分还有一层额外的屏蔽

漂亮的彩色提手,右后方是仪器的DC-DC二次电源部分,装有许多小块的电源板卡

首先拆下来的是前面板部分




这块板子似乎是处理旋转编码器(RPG)的信号的,有趣的是工程师还在上面留下了一块万能板区域


按钮及旋钮板






拆除电路板的面板


拔掉所有板卡的机箱部分

背板的屏蔽罩已经拆去,这里临时用了一些螺丝固定在原位拍照(实际上螺丝是穿过屏蔽罩拧上的)

风扇的电源线有插头可以断开

然后可以拆下后框部分



后面板上的接口板


拆去后框的机箱部分


准备拆掉CRT组件


拆去屏蔽罩后的CRT高压盒







CRT组件。可以看到CRT侧面有许多电极,拆卸时要特别小心不要碰到电极连接线,否则会导致玻璃破裂报废


CRT的面框和滤光片

以下是CRT侧面电极的连接线



出于好奇,我把CRT本体抽出来了。实际上这么做非常困难且危险,因为该机的CRT是用厚实的海绵塞在金属屏蔽罩里面的,很显然这种设计基本上是把CRT本体和屏蔽罩做成一个一体的组件。将它们分开需要一定的技巧,操作不当可能导致玻璃爆裂伤人







下面是背板和变压器部分

这些线束连接到电源背板,随后电源背板通过插针又与主背板相连

电源背板



主背板





以下是电源变压器部分









以下是拆空了的机箱,也是十分好看的钣金结构



以下部分是机内的各种板卡。首先从后方的DC-DC二次电源部分开始

三块DC-DC板完全一致,提手的颜色也是相同的,分别提供+7V,+12V和+18V





线性电源和电源控制板,提供±24V,+150V和DC-DC参考电压及开关信号

线性电源板2,提供+5V RAW,+15V,-15V


其余几个DC-DC板



CRT XYZ输出板

以下部分是插在主背板上的各个板卡,按照面向仪器面板,从左到右的先后顺序展示
A10-显示驱动(模拟部分)



A9-显示驱动(数字部分)


A8-RAM板

A7-处理器板

这个厚重的铝块下是一颗HP自行设计的一种16bit处理器。它最初在HP 9825A计算器中使用,由几个不同功能的IC在厚膜电路基板上组装而成。在一段时间内,这是世界上速度最快的16bit处理器,因此也陆续被运用到其他的HP桌面电脑及测试仪器中,如HP 8568A频谱仪等。因为外形的缘故,也俗称cylinder head





A6-ROM板
因为该机是80年代中期生产的,得益于80年代飞速发展的IC技术,在早期版本中使用的数十片ROM芯片被合并到一片ROM之中,留下了一块空空荡荡的板子


A5-数字滤波器板


这些带着夸张的散热器的IC是HP自行设计的数字滤波器,其内部也包含了数字混频器。滤波器每2片一组负责一个通道。滤波器接收ADC送来的采样率恒定的数据流,并与正交的数字本振混频后分离实部和虚部(因此有两片),再从其中以指定的速率抽取出FFT分析所需的数据流。改变数字本振的频率可以围着着某个感兴趣的频率进行窄带分析(在FFT分析仪里叫做BSA或者ZOOM),从而获得更高的频率分辨率



A4-数字本振板。这里也包括了伪随机噪声源(PRN)部分



A3-ADC接口和时钟发生器
ADC输出的数据流是通过光耦隔离送出来的串行数据流,在这块板子上接收后送到机内的并行总线上


A2- HP-IB接口板


另一种HP自行设计的,被称为nano processor的8bit CPU,常出现在复杂仪器的HP-IB部分或者一些功能简单的仪器上


A1-A和A1-B 模拟通道和A/D转换器
两块板子完全一样,包括提手颜色也一样。




~全文完,感谢您阅读~


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