安泰维修分享安捷伦示波器拆机详解

安捷伦采样示波器模块拆解

安捷伦采样示波器模块拆解—安捷伦采样波器上的86109B光电信号测量模块拆解。

DCA-X采样示波器主机

86109B是一个40GHz光信号/50GHz电信号测量模块，可以安装在DCA-X主机上。前面板长这样。左边的接口是光信号输入端，右边的是电信号输入端。

86109B的前面板

与实时示波器不同，采样示波器主要用来测量重复信号。它的采样率很低，通常只有几十或者几百KHz，却可以用于GHz信号的测量。原因就是因为被测信号是重复性的，采样信号每次都可以采集在一个信号周期的不同位置，这样多次采集后就可以通过采样点将一个周期的信号恢复出来。

我们能看到采样示波器的内部构造，以及Agilent/Keysight在仪器研发上是如何不计成本的投入的。

首先取下侧面板，86109B里面的主电路板就是这样的。

从上图右侧接口进来的是40GHz光信号，通过黄色的光纤，在电路板上转了一圈，Z后进入图片中间靠上的光电传感器，变成电信号，再经过同轴电缆，向左进入到左上角方形的小金属盒子里，里面应该是采样电路。

光信号输入端下面还藏着一个50GHz的电信号输入端，直接输入到图片右侧同样的金属盒子里。

手指的两个金黄色金属盒里面是采样头，高频的光信号和电信号分别从右侧输入。偏下方的方形金属块，是采样脉冲输出端。由于输入的光信号和电信号频率都很高（40/50GHz），需要上升沿非常快的脉冲信号来触发采样。主机传过来的采样时钟从板子背面送过来，但是它的边沿太慢，不能直接用，需要在这里经过SRD(steprecoverydiode)电路变成非常快速的脉冲信号。

产生的脉冲信号送给采样头，在前面的图里可以看到有两路信号分别从左侧和下方输出，通过半刚性电缆输入到左右两个采样模块中。所以这就是整个86109B的结构了，想想这八万多美元是不是觉得有点心疼。

电源电路板

从另一侧打开86109B，可以看到电源电路板。取下来之后，就是我们之前看到的主电路板背面，从这里看还挺复杂的。

上图中左右两个金属屏蔽盒，它们的背面就是封在金黄色金属盒里的采样头。输入的高频光电信号经过采样变成短时间保持的直流信号，进入到这两个屏蔽盒中进行放大滤波，然后传到示波器主机中进行AD采样。中间竖着的一小块电路板是采样时钟信号的驱动电路，用于把主机传过来的时钟信号进行放大。屏蔽盒打开后，可以看到里面的两个放大器，用来处理采样头输出的差分信号。另外还有一些滤波电路。连接线都是镀金的。

接着看时钟驱动电路：

拆下来的驱动电路

主机传过来的时钟信号，经过这块驱动电路，放大后从板子背面输出，传给SRD电路产生采样脉冲信号。将电路板翻过来就可以看到这个异型接口。

时钟信号的驱动电路

驱动电路与主电路板之间的连接方式很独特，我们从来没在其他的电路上见过这样的设计。在主电路板上有一个45度角放置的长方体金属底座（下图中间位置），与驱动电路背面的金属层紧扣在一起。中间的接头用于与时钟信号连接，两侧是两个螺丝孔。要知道采样示波器的采样频率非常低，只有几十或者几百KHz。花这么大的力气设计这样的连接方式，应该是为了保证良好的信号完整性。虽然看不太懂，但还是觉得很厉害！

这样的定制化接头一定程度上可以解释产品本身的高额造价，但更昂贵的地方还在后面。

驱动电路放大后的时钟信号，经过上面的特殊接口，穿过电路板进入到StepRecoveryDiode电路（上图封装在金属盒内部），变成非常快速的脉冲信号输出。它Z多有四路输出（周围四个方向），在这里只用了其中两路用于光信号和电信号的采样。

拆下上面覆盖的部分，可以看到里面的样子。时钟信号从中间进入，脉冲信号则从四周输出。但是我们并没有看到SRD电路。再仔细看被拆下来的部分。里面镶嵌有一小块集成电路，放在显微镜下观察就是下面的样子。藏在这里的才是真正的SRD（下图）。慢速时钟信号经过周围的四组SRD电路，产生四组采样脉冲，从四个不同方向输出。

SRD电路的作用是把慢速的时钟信号，变成边沿非常快的脉冲信号。就像下面的样子。

SRD在射频仪器里有非常广泛的用途，在脉冲信号源和频率计中都经常出现。HP早年有几篇非常经典的相关设计应用文章。这里所看到的所有器件的封装，信号的连接方式，以及里面的集成电路，全部都是定制设计。这就像就像你买了一块百达翡丽的手表，大笔的钱都花在了这些专门设计的定制化零部件上。Z后我们将一开始看到的采样模块拆开，里面的结构也挺复杂的。因为输入进去的信号频率很高，而整个腔体是由金属制成，所以里面还贴了吸波材料防止信号在腔体内反射共振。而镶嵌在中间就是采样示波器的关键部分——采样头。将采样头放在显微镜下观察，看到的画面是这样的：

电路部分全部镀金，输入信号从正上方进入，采样信号从下方输入。采样后的信号以差分形式，分别从左上和右上两路以差分的形式输出到示波器主机上，进行AD采样。

如果对比1966年HP开发的141A采样示波器，两者结构上没什么区别。在制作工艺上却发生了巨大的变化。据统计，一个minifab的投入大约在3000～5000万美元。而大型芯片生产厂的平均投入在7～13亿美元。据说Keysight在加州有自己的芯片设计和生产ZX，每年只生产四千块左右的7寸晶圆。因为对性能要求很高，芯片的成品率非常低。苹果手机设计一块芯片可以卖几千万片，而高端仪器一年的销量可能只有几百台。平均下来每块芯片的设计成本可以想象。

看到这里，就觉得国内仪器仪表行业发展还是任重道远，希望尽早能看到华为一样的企业出现，尽早把我们自己生产的仪器仪表带入高端市场。

　　安泰维修ZX拥有专业培训的维修工程师，专业维修美国Agilent、TEK、FLUKE、R&S、安立等公司已不提供维修以及在修但是过了质保期的各种示波器、频谱仪、网络分析仪、逻辑分析仪、功率计、发射机、接收机、信号源、各种型号的探头、函数信号发生器、校准源等进口仪器仪表。另外，台湾产的固纬、吉时利也在我们的维修范围之内。

     安泰维修ZX依靠精良的检修设备，过硬的维修技术，合理的维修价格，GX的维修周期和完善的售后服务，打破了原厂的垄断局面，为客户节省维修费用，缩短维修周期。