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[工仪] 安捷伦/是德科技N9020A MXA 3.6G频谱分析仪拆机/清灰/原理解析

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发表于 2021-8-25 00:33:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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前段时间在测一个含有运放的电路时,输出的噪声仅用示波器观察一直找不到原因,后来打开了FFT(快速傅里叶变换,即信号从时域向频域的变换),一眼就看出运放在自激,如下,可以看到在1M有自激,2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M处有谐波,于是产生了添置一台频谱仪的想法。
mmexport1629816326647.jpg

刚好因为一些原因,N9020A 3.6G这个机器目前的价格下降到了一个令人非常惊喜的程度,一年前价格还是5000元的样子,由于货源过多、成色好的机器又被先挑走了、商家内卷、急于套现等原因(我乱说的),现在的价格又一度下跌到了大约4000元不含运费……而同样配置官翻的价格……也要6万8,正儿八经淘汰下来的二手机器怎么也得万多两万。正是入手的大好时机。

【打一下广告】Keysight 1688网店会不断更新一些官翻仪器,价格“非常低廉”。成都分公司发出的仪器能在国内迅速交货,马来西亚工厂官翻的仪器价格已经包含国际运费海关清关税费等。例如MSOX4154A 1.5G 4通道示波器的价格就达到了6万5的史低【全新机20万5(天猫价),找代理价格可能能到18万(我乱说的)】,甚至能低于二手仪器商的报价。缺点也有,仅有30天保修,无任何附件(对,连探头也不配),且必须对公交易。对于我们这些DIYer来说,这都不是事,探头去海鲜市场淘,对公交易找亲戚朋友公司帮做。至于保修,商品页面写了,加钱可延保1年,单独咨询过是德1688销售代表,再多加点钱可以直接延保修3年,这和全新机还有差别?其实是德在市场这一点做得挺好,很多东西明码标价,代理也会明确给出折扣力度(天猫的标价直接给你打折)。甚至还专门开了官翻店供客官挑选。不像某些厂家遮遮掩掩(力科、泰克、R&S等多人退出了群聊)。
其实打的这个广告、说的好话,和是德科技送我一台示波器一点关系都没有的哈,哈哈哈。

好了扯远了。先上今天的主角:
全称:KEYSIGHT MXA Signal Analyzer N9020A 10Hz-3.6GHz
中文全称:是德科技 X系列 MXA信号分析仪,型号N9020A,频率范围10Hz至3.6GHz

【拓展阅读】
问:何为MXA?答:是德科技X系列分析仪分为CXA、EXA、MXA、PXA、UXA五个系列,首字母C、E、M、P、U分别为Cost(成本,最廉价机型)、Economical(经济,在指标和价格中权衡)、Measurement(测量?这个我实在想不出啥M开头的意思相近的词了,暂且认为更注重测量指标吧)、Performance(性能,性能指标更优异)、Ultimate(旗舰,指标拉满,价格吓死人)。以对应不同的性能和价格预算。(这段是鄙人挫见,欢迎清楚C、E、M、P、U之意义的同学指正)


拆机前拍的称之为……遗照正面
IMG_20210807_133756.jpg

前面板特写
IMG_20210807_133906.jpg

左侧是双风扇进风口
IMG_20210807_141515.jpg

右侧栅格出风口
IMG_20210807_141538.jpg

背面
IMG_20210807_134159.jpg

这里还有安捷伦的校准易碎贴,弄得跟真的一样。之前刚到手已经拆过一次了,所以贴当然是碎了的。
我们先拆下PC模块,整台分析仪是基于一个x86平台(新版本为x64)+采集硬件打造而成的。
其实现在很多高端仪器都是这样的结构,有些已经用上了win10,当然是LTSC版本,毕竟这种场合是不可能用自动更新能把自己更挂的版本的。

卸下6颗螺丝再把两个把手外翻即可抽出PC模块(型号为PC2)
IMG_20210807_141658.jpg

序列号和标签习惯性涂抹,虽然其中一个标签……并不是真的。
可以看到内置了一个Intel SSD,X25-M 80G,主板用的Kontron的工控板,945平台,32位的T2500 CPU,双核双线程主频2.0G/2M二级缓存/667前端总线,2+2GDDR2内存(945顶配)。这块SSD在这上边跑的……SATA1。
IMG_20210807_141738.jpg
IMG_20210731_151834.jpg
IMG_20210804_115950.jpg

gou东西,板子上明明画了个座子,却直接把CPU焊上了,让人看得手痒。
拆下后部的4个支撑脚和左右两侧的把手,即可抽出机壳。
IMG_20210807_142339.jpg

这里可以看到,对照服务手册,少了一块盖板(红框处)。嗯,拼装机无疑。
IMG_20210807_142436.jpg
QQ截图20210824212833.png

然后卸下两侧的螺丝就可以拆下前面板
IMG_20210807_142520.jpg

注意这里前面板组件的型号是……E6607-60004,待会要考
一根排线相连
IMG_20210807_142716.jpg

卸下8颗螺丝就可以拿下风扇模块,这里因为之前刚买回来的时候受不了拆开清理过,所以比较干净,当时是惨不忍睹的,有多惨?往下看
IMG_20210807_143058.jpg

另一面,卸下11颗螺丝可以拿下侧面盖板,开始可以见到灰尘了
IMG_20210807_143354.jpg

回到仪器前面,位于前面板后方的是模拟前端(A13),下边外接的是A13A1带通滤波器(中频滤波器)
IMG_20210807_143610.jpg

卸下4颗螺丝,拔掉所有接头就可以拿下(拔掉接头前拍照记下位置)
IMG_20210807_144332.jpg

前端模块每个螺丝都封胶了,这里就不拆了
IMG_20210807_144630.jpg

型号,又见E6607
IMG_20210807_144659.jpg
拆完前端模块,拔掉所有线后,提起这个把手就可以拿出前端控制板(A15)
IMG_20210807_144847.jpg

一个赛灵思的FPGA,同时也控制两个衰减器
IMG_20210807_145012.jpg

因为没有前盖板和螺丝固定,直接提起就可以拆下本振板(A14)。
IMG_20210807_145230.jpg

卸下6颗螺丝即可拿下后边的盖板
IMG_20210807_145418.jpg

下面是参考板(A16),内含10MHz精准频率源(右侧CTS),同时这块板还会产生4800MHz和300MHz的第二、第三本振(LO)
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卸下BNC螺母和12颗螺丝可以取下后面板
IMG_20210807_145854.jpg

拍照记录各线的位置,取下参考板(A16),灰尘真的多……,其实每个线上都有相应的线标,和板上插座位号对应,就算不拍照记录也能找到位置,设计挺好,靠前的这个是MMXC射频连接器,一开始以为像SMA那样旋转拧入的,不敢拆,后来发现……一拔就出来了
IMG_20210807_150431.jpg
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然后取下旁边的两个衰减器(A9、A10),分别是-4dB(-2、-2)和-66dB(-30、-20、-10、-6)的步进(STEP)衰减器,通过前端控制板(A15)控制衰减组合从0dB到-70dB,这玩意自检和使用的时候哒哒哒哒哒哒响,比继电器响百倍。


拿掉参考板(A16 )后可以看到电源模块,卸下3颗螺丝
IMG_20210807_152116.jpg

然后从这里使劲,撬动就可以将电源模块抽出
IMG_20210807_152147.jpg

非常脏,这种空气流动大且含高压的部件及其容易积累灰尘(静电吸附)
IMG_20210807_152223.jpg

取下10颗小螺丝(固定外壳)和12颗大螺丝(固定散热片)之后就可以打开电源模块。有一颗小螺丝是隐藏的,这里的螺丝全是十字,电源模块外包生产了,和仪器完全不是一个风格
IMG_20210807_152610.jpg
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取下220V AC插座,带滤波器的,再卸下8颗螺丝就可以取出电源板。既然拆了就要拆光光(主要是想清灰)
IMG_20210807_153457.jpg
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接下来把底部的模拟中频和数字中频模块拆下,拍照记好线的位置之后可以直接拉出来。两块板用3颗螺丝和1根排线相连
IMG_20210807_155402.jpg

两个FPGA,这些灰尘简直了,面对疾风吧!
这里放一张图对比下气泵+刷子清理完的样子
IMG_20210807_155412.jpg

还给配了一条2G DDR2的内存条,有一个散热器死活搞不下来,算了
IMG_20210807_155937.jpg

接下来就剩机框+转接底板了
IMG_20210807_160232.jpg

很多基于PC的仪器都是这么搞的,R&S也是。卸下固定电源模块的横条,然后才可以取下这块蓝色的背板
IMG_20210807_160452.jpg

背面。唉又一个长期面对疾风的家伙……
IMG_20210807_160514.jpg

然后卸下4颗螺丝拆下最底部的转接板,本来不想拆的(太累了,到此已经拆了快3小时了),但是从缝里看到了……灰尘,
处女座表示不能忍
IMG_20210807_161041.jpg

真脏,还好拆了
IMG_20210807_161217.jpg

来一张清理完成之后的,分尸图
IMG_20210807_162347.jpg
然后开始往回装……装到前面板的时候,左右共8颗螺丝,真的少了一个,拼装机无疑
IMG_20210807_181209.jpg

最后安上单独买的把手,完工。前前后后花了5个小时拆光、清理、装回。开机正常使用
IMG_20210807_184317.jpg

下面放一张自己从服务手册抠图重新绘制的框图,解析一下机器的原理(文章较长,不看可以直接跳到文末投币)
【点开、下载查看大图】
N9020A-3.6G-框图 - 水印.png

典型的【超外差式数字频谱分析仪】
RF信号从N型端子输入,首先来到衰减器A9,A9是一个-2、-2dB的STEP衰减器,可以对输入信号进行0、-2、-4dB的衰减,同时具有一个信号注入口,用于本机RF校准(高端仪器的自校准)。经过A9衰减后,信号输入到A10衰减器,A10是一个-6、-10、-20、-30dB的大挡位STEP衰减器,A9和A10串联起来可以对输入信号进行不同倍数的衰减(0~ -70dB)。信号经过衰减器后会直接送入A13模拟前端,(这里只讨论3.6G的信号流程,7.8G、13.6G、25.6G版本的仪器信号衰减后会送入一个波段开关,有兴趣的可以自行翻阅N9020A Service Manual)。注意这个A13模拟前端,3.6、7.8G、13.6G和26.5G的机器都是通用的,内含3个混频器、多个射频选择开关等等。通过搭配不同的选件和使用不同的信号通路、混频器,来达到处理不同频段信号的目的。

进入A13模拟前端的信号,会先经过一个4GHz的低通滤波器,过滤掉无法处理的高于标称范围3.6GHz的信号,然后会经过一个开关决定是否将信号送入电子衰减器、前置放大器(硬件标配,开启就要掏钱买licence那种)。接着信号到达了第一个混频器,超外差的精华所在,第一混频器对应的输入信号为原始输入信号,本振(LO)信号为第一本振(1stLO),输出信号为第一中频(1st IF)。

这里的第一本振信号由A14本振板产生,按照最原始的说法即斜坡信号驱动压控振荡器,进而产生频率随着斜坡变化的第一本振信号,通常第一本振信号要比输入的极值要高(对此机器来说即高于3.6GHz),且第一本振一定是一个频率变化的振荡信号,即扫描,本机第一本振的信号范围是3800~8700MHz(手册表明可产生3636~9232MHz)。变化的第一本振信号输入到混频器1,与原始输入信号混频,这里的混频器1为和频,即非线性相加。

举个栗子:1GHz输入信号 +(混)4GHz本振信号 = 5GHz第一中频信号,如果是简单的线性相加的话,第一中频会出现1GHz和4GHz两个独立的信号
【混频器是非线性器件】
混频器1输出的信号(第一中频)会进入一个中心频率为5.1GHz、带宽为150MHz的带通滤波器A13A1,(也叫中频滤波器,关键部件,这个滤波器材料和性能都很特殊,贵就完了,所以放不下于模拟前端内,只能外接)。本机的第一中频频率为5122.5MHz,刚好在带通滤波器带宽内,注意这个第一中频频率是一定的,是由未知的输入信号+第一本振信号混频得到的,即第一本振刚好扫描到某个频率时,与输入信号刚好混频成5122.5MHz,然后这个第一中频被送入混频器2,这是一个差频混频器,第一中频会被减掉4800MHz,得到第二中频322.5MHz
而第二本振由参考板A16产生,这个4800MHz信号的来源是本机10.000MHz高精度基准源,10倍频后得到100MHz,再3倍频、2倍频、4倍频、2倍频,最终得到4800MHz

【拓展阅读:如果是高于3.6GHz的输入信号呢?】
(1)3.6~13.6GHz高于3.6GHz的信号刚才说过了,从A10衰减器出来后会被送入另一个地方(预选器),本振板依然是产生3.8~8.7GHz的第一本振,然后在A13模拟前端里2倍频,变成7.6~17.4GHz的本振信号,再送入刚才的混频器2(3.6G信号通路的混频器1),直接进行差频,最后还是得到322.5MHz妙啊。
(2)13.6GHz~26.5GHz这条路径的第一本振倍频后送入混频器的频率高于26.5GHz,依然第一混频直接差频的方式得到322.5MHz。(这边的原理没有细看,有兴趣的可以自己研究)
322.5MHz的第二中频,送入A2模拟中频板进行处理,这里还有个混频器3,利用从A16参考板产生的300MHz信号,做个差频,得到22.5MHz的第三中频。再送入数字中频板,利用ADC对这22.5MHz的信号进行转换处理,再累加、累减第一本振、第二本振的信号频率,得到原始输入信号的频率补偿各部分衰减、放大倍数后,最后将频率、功率等显示在屏幕上。
这个原理和超外差式收音机非常的相似,和示波器直接用ADC干输入信号就完全不一样了。也是买了频谱仪之后泡了一天图书馆才把原理搞明白的。这里只是大概说明原理,如有不正确,还望指正。

文中多次提到的E6607,是个啥玩意呢,上图
PROD-1777096-08.jpg

是不是和N9020A长得很像?对,不光长得像,里边的:前面板、模拟前端、前端控制板、本振板、中频板和N9020A用的是同一个型号的东西。E6607本身就是一个频率上限支持到3.8GHz的射频分析仪,全称是EXT Wireless Communications Test Set,EXT 无线电通信分析仪(综合测试仪,综测)
前边提到了,现在时代不一样了,通讯基站发达,没太多人用对讲机,所以测试对讲机的无线电综测仪就大量淘汰,于是经过中国硅谷的魔改,摇身一变成了多年前买不起的频谱仪……
不信去市场上搜搜,诶?没几个人卖E6607了,全被收回去改造、翻新、做标签、仿按键、做易碎贴、算号出lic这些全被搞定,再加上是德放出了N9020A的服务手册、校准流程,魔改出指标优异的机器变得易如反掌,感谢这些人的聪明才智让我们买得起曾经遥不可及的频谱仪。

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