拆解：HP 8112A脈沖發生器

這個 50 MHz 脈沖發生器的構造像巖石一樣堅固。它幾乎全是金屬。我們將該單元完全拆開，從系統和電路板級別進行觀察。

在 2024 年參觀麻省理工學院 swapfest 時，我遇到了一臺 HP 8112A 50 MHz 脈沖發生器。花了 20 美元，我把它帶回家拆開。該儀器于 1987 年左右在柏林墻倒塌前在德意志聯邦共和國組裝，是堅固測試設備的經典例子。這是里面的內容。

圖 1.我在 swapfest 上購買的 HP 8112A 脈沖發生器被出售用于維修或零件。

拆解 8112A 既是挑戰也是冒險，因為該樂器幾乎完全由金屬制成。我找到的唯一可拆卸的塑料部件是作按鈕和開關、連接電源按鈕和交流電源開關的臂，以及隱藏一些螺絲的條帶。我需要一個杯子來裝所有的螺絲。為什么？內部結構完全由金屬制成;難怪 8112A 這么重。僅變壓器就重 1750 克。當將 8112A 從 Swapfest 中取出并放在架子上時，設備背面的重量讓我感到驚訝。

圖 2.取下塑料條會露出將表圈固定在表殼上的螺釘。

如圖 1 中的標簽所示，它用于部件或維修。我確實嘗試為設備供電，但沒有啟動。好消息是它沒有產生任何煙霧。打開外殼后，我可以看到為什么儀器沒有啟動。正如你所看到的，我不是第一個揭開蓋子的人。

在嘗試了幾種打開外殼的方法后，我在前擋板后面發現了那條塑料條。用螺絲刀將其彈出，露出幾顆將前面板擋板固定到頂蓋的螺釘（圖 2）?，F在我可以看看里面了。

圖 3.HP 8112A 由三塊板組成，（從下到上）一個主板、控制板和處理器板。

拆下前面板，露出三塊板。圖 3 顯示了電路板：主板（底部）、控制板（中間）和處理器板（頂部）。在視頻中，您將參觀這些板。請繼續閱讀以獲得更多見解。

圖 4.頂蓋 （l） 的底面提供了主板 （r） 上電源電路的調整位置。

取下頂蓋后，我在它的底部發現了標記，指示了主板上儀器電源電路的調整位置。圖 4 顯示了主板（右）和蓋板內的相應名稱。顯然，該測試儀器是為可維護性而設計的。作/服務手冊提供電路板布局、原理圖、零件網格、零件清單、校準說明和服務說明。是德科技不提供這種過時儀器的服務手冊，但當然，它仍然可以在線獲取。正如我在視頻和下面的解釋中所解釋的，微處理器板與手冊中的布局不同。我將在下面的處理器板部分中解釋原因。

主板

圖 5.主板包含電源和脈沖整形電路。電源電路包括電源變壓器、穩壓器、功率晶體管和散熱器。

主板包含電源和脈沖整形電路。圖 5 顯示了電源，其變壓器、二極管橋、線性穩壓器和功率晶體管占據后部，如右圖所示。帶有小散熱器的兩個 IC 處理形狀和斜率。它們通過板子下方的一根電線連接到三個插槽，這些插槽應該包含 period generator、delay generator 和 width generator。有人刪除了它們。顯然，我不是第一個打開這個案子的人。根據原理圖，缺失的部分似乎是相同的。圖 6 顯示了三個缺失的時序 IC 的框圖。

圖 6.主板上缺少的三個時序 IC 的框圖。以前有人來過這里。

可見線將脈沖整形電路（最終的信號處理階段）連接到前面板連接器。圖 6 中的頂部電線用于觸發器輸入，而底部電線用于觸發器輸出。中間的線是 ±20 V 控制輸入。其他電路包括：

• 觸發電平電路和輸出放大器

• 級別檢查器

• 輸出放大器

• 偏移控制

• 地址解碼器

• 參考電路

• 電流源

圖 7.主板的交流電源部分的特寫顯示了變壓器、交流電源二極管橋、交流電源插座和電源開關。

查看電源，您將看到圖 7 顯示了電源變壓器、交流電源開關和三個二極管橋之一，它位于開關的正上方。交流電源輸入連接器位于照片的右上角。

圖 8.散熱器冷卻電源電路中的穩壓器和功率晶體管。

圖 8 沿電路板向下移動。變壓器（看不見）位于大電容器上方。你可以看到散熱器旋轉，露出兩排穩壓器和功率晶體管中的一排。右側顯示兩個穩壓器。最右邊的穩壓器用于 +15 V，向左移動的是 +23 V 穩壓器。負電壓調節器位于黑板的另一側。穩壓器都有帶有 National Semiconductor（現為 Texas Instruments）徽標的 HP 零件編號。再次向左移動，您可以看到兩個功率晶體管。Darlington 對的每個 form output stage。右側（穩壓器旁邊）的晶體管是 NPN 2N5191（摩托羅拉標記）。它的左邊是 PNP 2N5194，也是摩托羅拉（后來的飛思卡爾，現在的 NXP）。

圖 9.控制板包括六個產生脈沖的 AD7522 DAC。信號調節電路調整上升/下降時間和振幅。

控制板（圖 9）位于圖 3 所示的板堆棧的中間?？刂瓢迨褂脕碜蕴幚砥靼宓臄祿奢敵雒}沖。然后，它將脈沖發送到主板進行信號調節，然后再發送到外部世界。該板包含以下電路：

• 定時電路

• 地址解碼器

• 時序范圍解碼器

• ADC 和 DAC 參考電路

• 字節偏移和偏移 DAC

• 參數控制

控制板的核心由 6 個 10 位 D/A 轉換器 （DAC） 組成。圖 9 顯示了帶有 Analog Devices 徽標的 HP 零件編號。服務手冊中的原理圖將其標識為 AD7522。在這 6 個 DAC 中，兩個驅動電流源，一個分別驅動幅度控制、周期控制、脈沖寬度控制和延遲控制。

與其他兩個板一樣，控制板包含一些來自 Texas Instruments 和 Signetics（1975 年被 Philips 收購，現在被 NXP 收購）的 74LS 系列邏輯。Signetics 部件是 74LS273 八進制 D 型人字拖。

控制板包含 22 個 TRIM 電位計。它們允許工廠和服務技術人員調整連接到 DAC 的運算放大器電路，產生電流源并控制輸出幅度。我想知道校準 HP 8112A 的模擬電路需要多長時間。服務手冊介紹了調整過程。

圖 10.處理器板包含 MC6802 8 位處理器、RAM、ROM 和 GPIB 電路。

圖 10 顯示了處理器板及其 Motorola MC6802 8 位微處理器（標記為 HP 部件號 1820-2099）。另一個 40 引腳 IC（右上）是 GPIB 控制器。鑒于 HP 發明了 HPIB （GPIB/IEEE 488），您會期望控制器 IC 將是 HP 的部件，事實確實如此。原理圖將其稱為 HPIB644盡管零件本身標記為 1820-2219。

這就是事情變得有趣的地方。我發現主板和服務手冊之間存在差異。請注意電路板頂部邊緣的 5 個 ROM IC。右邊的四個是 TI TMS2532，一個 32k EPROM。左邊的是 Hitachi HN462532，也是 32k EPROM，使總 ROM 容量達到 160 kB。服務手冊顯示了后來的電路板的原理圖和布局，利用了更大的 ROM 容量。原理圖顯示了圖 11 中突出顯示的單個 256 kB EPROM 取代的 5 個器件。左上角的 RAM IC 仍然是 HM6116，這是一款 2048 字× 8 位高速（在當時）靜態 CMOS RAM。

圖 11.服務手冊中此圖中突出顯示的 ROM 顯示，處理器板上顯示的五個 32 kB ROM IC 后來被單個 256 kB ROM 取代。

處理器板的其余部分包含地址和數據總線、解碼器和 74LS 系列邏輯門。它還包含一個電源部分和 RAM IC 的電池。該板還使用多個配置為比較器和梯形電阻電路的 LM324 運算放大器，用于向主處理器生成復位信號。晶體管控制 RAM 的 +5 V 電源。處理器板上還有一個 Intersil 顯示驅動程序，用于驅動前面板顯示器。LM324 四通道運算放大器仍然可用，即使采用通孔封裝。

他們不像以前那樣制造它們

拆開HP8112A展示了惠普如何構建堅固耐用、可維護的測試儀器，該儀器可以產生多年的測試脈沖。堅固耐用的金屬設計適合重型包裝。今天，更輕的材料肯定會占據主導地位。功耗肯定比 1980 年代要低。今天，您永遠不會找到線性電源，除非開關電源發出的任何噪音都是不可接受的。開關電源將使電源變壓器體積更小、重量更輕，重量遠小于 1750 克。更小、更高效的電源也會產生更少的熱量，從而轉化為更小、更輕的散熱器。

至于電路，所有的 logic、addressing、and decoding 現在都可以在單個 ASIC 或 FPGA中進行。不需要 GPIB 控制器，因為當今的儀器使用 USB 和以太網連接，這兩者都是串行總線。如今，脈沖發生器還需要產生脈沖模式來測試這些串行總線。

雖然在 1980 年代產生 50 MHz 的脈沖速度很快，但今天卻慢得令人痛苦。事實上，Keysight 脈沖發生器現在的速度高達 3 GHz。今天的脈沖發生器會產生過沖和下沖，這在 8112A 中是不可能的。

他們不像以前那樣制造它們。如今的儀器更快、更輕、功耗更低，并且功能比 HP8112A 更多。今天的儀器是否與 40 年前的儀器一樣堅固？40 年后問這個問題。