ZT;拆解Tektronix THS710 隔离通道手持示波器
转载有许可，请勿用于商业用途https://tvax3.sinaimg.cn/crop.0.0.440.440.50/7406e5bcly8gg87rmclvyj20c80c8dg8.jpg?KID=imgbed,tva&Expires=1604945794&ssig=ItyQro667REE_Archeology
本文为李老师(BI4LBK)原创，拆解于2017年并于最近整理成文
本次属于存货拆解系列，照片基本都是2017年拍摄的。THS710是90年代中期发布的产品，是TEK非常成功的一代手持示波器。过去我使用过PHILIPS(FLUKE) PM97以及FLUKE 196B，从我主观感觉上这两种示波器都偏向电工使用，从设计上也更接近多用表的操作方式。而THS700系列则更接近TDS300/TDS500系列的操作逻辑，尽管是给电工设计的，却继承了TEK在90年代台式示波器的标准操作逻辑，因此使用起来要更有效率一些。http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfr1kznwj212w0px1kx.jpg
示波器正面的样子，除了把旋钮改成按键之外，基本同台式的机型布局差不多。示波器背面，这里的铭牌上标注了各个通道之间的安全耐压。常规的示波器两个BNC输入插头的外壳和示波器的电源地都是相连的，也就是整个示波器使用同一个参考地。而所谓隔离通道就是说示波器的CH1和CH2之间可以看作是没有电气连接的，两个通道的参考地相互独立。对于THS710，两个通道之间可以承受600V RMS的电压。那么隔离通道有什么优势？比如说可以利用这台示波器直接测量开关电源AC侧的驱动波形而不用额外加隔离变压器，或者同时测半桥电源高边MOS和低边MOS的驱动信号而不需要昂贵的高压差分探头（如果用普通示波器这么干，会直接引起短路，烧毁探头，还可能损伤示波器）。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfsbahgrj212w0pxb2a.jpg
下面是拆解：
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfsdnprcj20w20u0e83.jpg
我刚买来的时候是这样的，屏幕偏光片完全变质，只能勉强看到一点显示。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfsgjstvj212w0px4qq.jpg
外壳拆解非常容易，拆去背面仅有的四颗螺丝就可以拿下前壳。首先看到的是按键以及按键板。http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfsiltvvj212w0s5npe.jpg
按键板，柔性PCB贴在一块铝板上。拆解的时候要注意这块铝板没有额外固定，不要翻倒下来折断排线。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfsprwrfj212w0px4qq.jpg
从左侧拔掉电池盒的连接线即可把机芯部分整体给拿出来，这个设计十分简洁但仍然很坚固。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfstf6xmj212w0owhdu.jpg
示波器通道输入插座，出于安全考虑这里使用的是塑料外壳的BNC，靠内壁的金属体导电，但是使用普通探头的时候也比较容易磨损卡口上的定位柱。与它搭配使用的P5100探头外螺套都是塑料做的，使用时不会暴露金属的接口部分。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfswiu6ij212w0qjqv6.jpg
位于仪表侧面的多用表输入插口。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfsztyvzj212w0px4qq.jpg
再次回到正面，掀开按键板以后是液晶屏，CCFL灯光的电源，以及一个空腔，这里一个插座可以连接到主板上，可能是留作扩展选件板卡用的。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhft267quj212w0px4qq.jpg
液晶屏没有固定螺丝，直接掀起来就可以拆掉，底下有一个弹簧把屏的金属框和主板上的接地连起来，应该是降低EMI发射的。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhft4hv9nj212w0mq7wi.jpg
BNC插口的同轴线也是可插拔的。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhft71ks1j212w0pxhdu.jpg
继续拔掉多用表输入端子，以及CCFL灯驱动板的插头以后，主板就可以取下来了。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhft8mbqbj212w0pxe82.jpg
主板上包括充电/电源部分，CH1/2隔离通道部分，采集/触发部分，CPU部分，和多用表部
分组成，下面是主板个部分的图片。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhftc9qe4j212w0pxkjm.jpg
主板正面。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhftopi3dj212w0pxhdu.jpg
主板背面。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfu26eq0j212w0t81kz.jpg
电源/充电部分。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfudh92zj212w0pnkjm.jpg
电源/充电部分。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfuv5uvij212w0sjx6q.jpg
多用表部分，MAX134多用表专用ADC以及AD736做的RMS转换器电路，靠近继电器的是
分压网络电阻。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfvf1hdhj212w0rdqv6.jpg
多用表部分的背面，这部分电路做了很多的保护环（Guard ring）设计。通常是在分压电阻上做保护，通过额外加一组分压比例和主分压电阻相当的，但阻抗要更低一点的电阻来产生和主分压电阻各个节点相同的电势（也有时候是用运放来产生保护环的驱动电位）。这样保护环和被保护的高阻抗节点电位差很小，因此这两个节点基本不产生泄露电流，而保护环本身阻抗比较低，可以吸收环外区域对环内产生的漏电流，这种设计主要是消除PCB表面脏污造成的漏电影响，防止高阻抗信号受影响。对于一个三位半的多用表电路来说，这个设计还是非常讲究的。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfvfj836j20bv09v401.jpg
附一张示意图帮助理解这个概念，摘自ADI的应用文档。用低阻抗驱动源保护高阻抗输入信号。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfvsnyloj212w0ozhdu.jpg
然后是喜闻乐见的隔离通道部分，这里因为有一点小故障，必须拆除两个屏蔽罩来维修，正好可以一睹衰减器的面貌。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfw1qu1uj212w0qpkjm.jpg
另一侧，三个光耦，以及一些变压器。其中HCNR201线性光耦承担一部分传输低频模拟信号的任务，以及将调整垂直位移的电压传输到前端电路上的作用。这些光耦会随着时间的推移逐渐老化，内部的两组PD误差逐渐增加，最后导致无输入信号时示波器基线不能归零。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfw92rzpj212w0qwnpe.jpg
衰减器/模拟前端，代号H2545。表面的烧蚀痕迹是激光调整造成的。通过激光切断一些厚膜电阻和电容的连接点来微调衰减倍率和频率响应，厚膜电路稳定性很好，一经调整完成在仪器整个寿命周期内基本不用再调整。当然成本也非常昂贵，现在的示波器已经很少使用陶瓷基板的厚膜电路做输入通道了。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfwomdlcj212w0riu0y.jpg
两个都拆去屏蔽罩的衰减器。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfx47ussj212w0rcqv6.jpg
模拟通道的背面。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfxh4okcj21240u04qr.jpg
实现隔离通道的一个关键部件，隔离变压器。可以看到磁环的变压器是信号传输变压器，体积较大全封闭的是电源变压器。按我个人理解模拟前端是把信号分成LF和HF分别传输，低频或者DC成分走光耦，高频成分走变压器，至少在PHILIPS PM97里面也是相似的设计。HF信号可能有加一些简单的调制。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfxphitzj212w0ruhdu.jpg
透过光可以看到各部分电路的接地分割结构。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfxv5598j212w0so1kz.jpg
看完隔离通道，主板的另一侧是采集/触发部分。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfy46k60j212w0nmkjm.jpg
采集系统的起点首先是这两颗IC，234-1503-20是前端接收器/FISO驱动器。234-1606-20是触发逻辑电路。前端接收器用来接收模拟前端变压器和光耦传输来的信号，对信号进行恢复以及合成到一路差分信号上，用于提供给触发和FISO部分。触发逻辑则选择触发边沿，控制触发电平等功能。所谓FISO是TEK自己的一个概念，含义是FastIn Slow Out，通过使用FISO技术可以用低速的A/D转换器来实现极高的实时采样率。具体的实现类似模拟CCD存储器，该机的FISO容量有2.5k，这2.5k个存储单元在高速采样时钟的驱动下逐个把模拟电压波形移入，然后在低速读出时钟的驱动下再把模拟电压移出到低速ADC转换器进行转换测量，就完成了波形的数字化过程。这个过程看起来非常像是数字电路的FIFO存储器，同样起到缓冲作用，只不过FISO直接缓冲模拟波形，因此可以省去昂贵的高速A/D转换器并且降低功耗，代价是存储深度低，而且触发的死区时间长。同样的原理也应用在TDS200/300/,TDS3000,TDS6000示波器上。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfyhvn99j212w0qsu0y.jpg
ADG289以及ADG250B是采集系统的终点，ADG289D就是FISO本体了，其中包括FISO存储器和A/D转换器。A/D转换的速率不得而知，但按经验来说通常不超过25Msps。ADG250B是显示控制器，该芯片主要负责显示刷新。从FISO送来的波形直接刷新到显存上，不需要经过CPU额外处理，另外也产生LCD的驱动信号，把显示数据刷新到LCD上。示波器的处理器是MC68331，在角落里，属于CPU32内核系列的产品，集成度比较高，实际上是个MPU，内部集成了系统所需要的大多数硬件资源。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfyqpg3kj212w0sx4qr.jpg
处理器和采集部分的背面，主要是通讯接口电路，以及显示/MPU的RAM。还有一片10412是多通道DAC，用于产生模拟部分所需要的多个可调电压，包括通道位移电压，触发电平的产生，FISO接收器的调整等。有关主板上各部分的功能基本上就到此结束了，接下来再看看液晶屏的修复：
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfz7ye7oj212w0px1ky.jpg
液晶屏正面，偏光膜已经发生变质，由于屏幕昂贵，这里采取更换偏光膜的办法来进行维修。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhfztutc0j212w0px4qq.jpg
液晶屏背面，型号LM32P10。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg09clx2j212w0sde82.jpg
拆掉屏幕侧面的塑料盖即可取下灯管，把这个灯管换成LED的会更省电一些。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0bh826j212w0pxx6p.jpg
掰开后盖四周的铁扣，可以拿下背光板部分。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0dzqt6j212w0ryb2a.jpg
变质裂开的偏光膜。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0g9400j212w0pxe82.jpg
我搞不懂这东西是如何在密闭的机壳内变质的，偏光膜表面仍然是坚韧的塑料膜，但中间夹着的一层东西完全变成了坚硬的塑料，而且我试了几种溶剂丝毫不能软化它。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0icpyij212w0px4qq.jpg
….因此偏光膜是的残留物是被我硬生生给铲下来的，这层东西还会释放出类似醋酸的难闻气味。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0kd3l0j212w0px4qq.jpg
这个屏幕的排线是超声波压接的，比较坚固，铲的时候保持足够的细心，不要让排线受力，
基本是安全的。
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0me4dqj212w0px1ky.jpg
最后得到一张通透的玻璃板，用有机溶剂彻底擦干净残留的油脂，贴膜就没什么可说的了。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0pjw4uj20u00wnkjn.jpg
已经重新贴膜的液晶屏。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0ri78qj212w0px7wi.jpg
http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0vfiu7j212w0pxe82.jpg
最终效果：显示清晰，干净。它已经准备好继续服役了。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg0y2lytj212w0px7wi.jpg
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gkhg106kicj212w0px1ky.jpg
在3325B信号源上测量输出波形。
-完-
不管是tek还是fluke，都是公司买的东西，私人，买不起买不起
页:
[1]