一 历史
HP 8551A 出自1964-8 HP Journal
不久后的1968年，惠普又发布了全晶体管，一体化的141T频谱分析主机，通过搭配不同频率范围的中频和射频插件，可以覆盖20Hz-40GHz的频率测量范围，极大程度扩展了使用场景，也简化了频谱分析仪的使用。
HP 141T,本人有一台正在吃灰,有待后续拆解维修
频谱仪发展史上的第三个里程碑，是惠普在1978年发布的8568A。这是惠普的第一款搭载微处理器的频谱仪，使用了惠普自研，与9825计算器同款的16bit高性能处理器。与其他厂家更早发布的带有微处理器的频谱仪(如采用一颗Intel 4004进行简单控制的Tektronix 7L18)不同，8568A第一次在频谱仪上实现了完善的数字控制和分析。同时，这台机器优异的射频电路设计，也使它拥有了当时业界最高的技术指标。在相当长时间内，1.5GHz版本的8568和22GHz版本的8566都是频谱分析仪业界的黄金标准。直到整整20年后的1998年，8568才和同系列的8566一同从惠普选型手册中移除。
二 HP 8562A简介
HP 8562A的主要指标如下:
下图是8562A的简化框图，可以看出该机的射频部分为超外差结构，在低频段为三次变频，信号先上变频至3.9107GHz，再下变频至310.7MHz，最后变频为10.7MHz的中频信号。工作于高频段时，机器则是二次变频，输入信号与本振谐波混频后直接产生310.7MHz的二中频，再变为10.7MHz的中频。直到今天，很多频谱依然沿用了类似结构，但数字中频已几乎取代了该机使用的模拟中频。
值得一提的是，由于8562A切换基频/谐波混频器的开关为机械开关，因此无法实现1KHz-22GHz的连续扫描，只能实现1KHz-2.9GHz/2.75GHz-22GHz两个频段内的连续扫描。在后续推出的改良型号8562E中，机械开关被替换成电子开关，从而实现了full span扫描。但电子射频开关相比机械开关脆弱很多，故障率较高。
除了硬指标外，856x系列频谱与外观很像的经济型859x还有一个很大的不同，就是后者采用的是点阵式CRT，而前者还是沿用了高分辨率的矢量CRT显示，从而使得曲线更为细腻，字体也与点阵显示有着明显差别。
本篇主要记录8562A拆解，维修过程放在Part 2中。
三 拆解
机芯底部，这一半主要安装射频电路和机器本振的频率合成器
机芯顶部，安装了机器的中频电路板/CPU板/电源和CRT等部分
CRT屏蔽盖上贴的拆解说明，写明了电路板堆叠方式和不同螺丝尺寸
这是固定两侧电路板的螺丝，分三种长度。拆解说明上居然有1:1的示意图，相当贴心
与惠普早期台式设备喜欢采用的背板/插卡式电路堆叠结构不同，这台机器为了最大程度利用空间，采取了折页式电路板堆叠，每块电路板上的功能更多，且元件密度相当大。机器上下两半分别有4块和2块大电路板，电路板之间的互联采用了定制的排线，而非总线背板。
8562的结构设计依旧充分考虑了可维护性。要想维修机器，只需要把机器90度放置，把两侧电路板翻开，水平摊在桌子上，就可以很方便对电路板进行测量。这是一侧电路板完全翻开的样子
翻开电路板后的机器内部，露出了开关电源(保护盖已拆除)
固定电源板用的螺丝(柱?)，相当鬼畜，但方便拆装
拆出电源板
市电输入处的RIFA滤波电容，看上去相当不健康，随时可能喷发。赶紧拆除
电源板有很多维修痕迹，就连整流二极管都似乎被更换过
电源设计得相当紧凑，初级和次级之间分隔不太明显，且没有开槽。这边的U101光耦用作市电触发，旁边的LT1021则是电源的基准。这么个高精度基准用在开关电源上着实显得有些奢侈。
这颗套着管子的东西是个金封的7912稳压器，它用来给探头提供-12V电源，除此之外机器内部没有其他地方用到这路电压。而套着的管子其实是铝制散热器。
这颗稳压器的引脚已经松动，可能和散热器过重有关系。显然芯片也已损坏，后续维修时进行了更换
另外比较恐怖的是，这块电源板在轻载时不能正常稳压，输出的5V比偏高很多，直到加了相当大负载之后才可正常工作。其实这在不少设计中是正常现象，经过测量，本机的电源板加负载后工作正常，且电容暂时不存在失效问题。
在CRT左侧，有两块电路板，分别是校准信号源板和CRT驱动板。想拆除需先拆掉侧面支撑结构。
校准信号源板，用于产生前面板上的300MHz校准信号，同时有一个功放用于驱动喇叭播放AM/FM解调后的音频
镀金接插件。在后期生产的机器里这些接插件被换成了不锈钢材质
拆下校准信号源板。这台机器的每块电路板基本都装有专门定制的铸铝屏蔽盖，用于减少关键电路之间的干扰。一台机器的模具成本就相当高，但也最大程度压缩了模块的体积
拆除屏蔽盖
电路板正反面
我在这块板子上找到颗短路的钽电容，暂时更换成两个普通的X5R陶瓷电容。
下面是CRT驱动板。这块板上有高压，所以套着透明的保护壳。保护壳上标注了各个测试点和调节点信息，部分藏得较深的电位器周围还加了限位，防止调试时螺丝刀捅错地方导致触电。
CRT驱动板正反面
几颗高压薄膜电容
这边是CRT偏转驱动电路。这台机器的CRT还是采用了静电偏转而非磁场偏转，响应速度更快，线性度也更好
CPU板是位于机器上方的第一块电路板，显示驱动电路也集成在这块板上。因此整机哪怕只有这块电路板工作正常，CRT也能点亮。这是它翻开后的样子
机器的大脑，一颗Signetics生产的MC68000
这颗是机器的EEPROM，属于比较早期的EEPROM，用于存储出厂校准信息
机器的固件存放在6片64KB的EPROM中，总容量384KB，还是比较大的。边上的是运行内存，采用的是SRAM而不是DRAM。部分内存还连接至备份电池，掉电后仍能备份信息。
这颗是HP设计的ASIC，用于控制矢量绘图。它有自己的显存，也是两颗SRAM芯片，在图的右下角(拍漏了，只露了个边)
这是矢量绘图的模拟部分，最左侧两颗PMI芯片为高速DAC，用于生成坐标点，右侧则主要是积分器等电路用于描线。整个电路的功能和原理与HP 1345/1349矢量显示模块的控制部分差不多，但作了很大简化，且分辨率也有所降低。
电路反面有维修痕迹，连电路板都被烫起泡了，可见维修手法相当不专业。好在后续测试表明这部分电路并没有问题。
CPU板反面
后续维修中，CPU板也加了不少戏，导致我更换了CPU/部分逻辑电路，拆装了所有的RAM，并且更新了固件。好在机器最后顺利修复，这是修复后CPU板的样子。CPU被我换成了金光闪闪的陶瓷芯片，并且增加了插座。
接口板是连接CPU板与其他功能区的桥梁，包含总线驱动电路/键盘驱动/触发电路以及最重要的视频放大器、峰值检波器和视频ADC。这里所说的“视频”是个频谱仪中特有的概念，它指的是经检波后，表示待测信号幅度的信号，在频谱仪显示器上控制曲线在Y轴上的位置。同时，控制频谱仪视频带宽VBW的滤波器也在这块板子上。
拆掉屏蔽盖的样子，盖子下是视频信号相关的模拟电路
局部特写，感受一下这恐怖的元件密度
电路板反面
重要电路周围有等电位走线处理
我们都知道，射频功率通常使用对数单位，如dbm表示。为了让频谱仪能以对数方式绘制曲线，同时又要在视频ADC分辨率有限的情况下达到尽可能大的动态范围，需要将线性信号进行对数转换。这块电路板主要就是实现这个功能。
拆掉屏蔽照，下面的器件密度也是相当可观。对数放大电路主要占据电路板右上方区域，一共有9级。线性信号在9级转换电路中被逐步整形为对数输出
电路板局部
DIP8封装的排容
这块电路负责AM/FM音频解码，左下角的1826-1326实际上是LM3189，一颗常见于收音机的FM中频芯片
Mini Circuits生产的高频变压器，10.7MHz的中频信号由此耦合进对数放大电路
信号输出级电路，包含放大器和调节偏移的DAC
某一级对数放大器局部。这些RCA生产的集成电路内部其实是5颗生长在同一晶圆上的NPN三极管。这样的生产工艺保证了晶体管之间的一致性，也减少了体积。因此这种五胞胎晶体管在整个机器里都被广泛使用
对数放大器反面
中频板用于处理10.7MHz的中频信号，调节RBW带宽和中频增益。它的核心是两个晶体带通滤波器和两个LC滤波器。通过切换滤波器组合，实现不同的中频带宽。
拆开屏蔽罩的样子
屏蔽罩外围有大量DAC芯片。这些DAC驱动中频滤波器上的变容二极管，对滤波器特性进行微调
第一级晶体滤波器(左侧)和LC滤波器(右侧)
第二级晶体滤波器和LC滤波器
藏在LC滤波器中间的四个变容二极管，右下角的四个串联二极管也是变容二极管
驱动滤波器的放大电路
可爱的变压器
电路板反面
似乎是测试用的图案
机器的底部主要为本振和射频功能区，由两块电路板和射频模块构成
这两块电路板实现机器各种频率信号的合成与主振荡器YTO的控制，包含大量的PLL
机器的射频电路
上图中各个模块的功能如下:
金光闪闪的射频模块特写
隐藏在黑暗中的YTO本振
以下是网友BA7LHS提供的故障HP 8563A YTO拆解，揭露了魔法的内幕。可以看到巨大的YTO内核其实只是一块指甲盖大小的陶瓷射频模块，整个振荡器其他部分主要被励磁线圈占据(图片未拍出)
模块左侧是实现震荡的射频三极管裸片，模块各处的方形薄片为高频电容，而右侧陶瓷片盖着的是检测输出功率的耦合器。耦合器下方连着的可能是检波二极管
真正的魔法，传说中的YIG，其实就是这颗固定在针尖上的小球。它全称是Yttrium Iron Garnet(钇铁石榴石)，是一种磁性材料，直径只有约0.5mm。YIG小球套在一段环形电感中。当外界静磁场发生变化时，小球的电磁谐振频率发生变化，从而改变振荡器的频率。
由于维修初期测试，这块二次混频器电源存在短路，我将其单独拆下检查
拆除屏蔽盖
电路板标注
这块电路是300MHz 6倍频器，产生3.6GHz二本振
穿心电容，电源由此输入
藏在吸波材料下面的微带滤波器
电路板反面和混频器腔体，由于拆解腔体会影响射频性能，且暂时不具备较准能力，就没有做进一步拆解
这块是机器的射频板，它实现三个功能：
生成机内所需各路基准频率
对310.7MHz中频下变频，产生最终的10.7MHz三中频，提供至对数放大器
对YTO本振频率采样，与频率控制板上的roller PLL形成闭环，控制扫频
这颗大金块就是本振采样器，输入来自本振分配放大器。这台机器的本振PLL比较复杂，原理就不展开说了
这块电路区域为各路基准频率发生器，包含几个倍频器/PLL。右上角的是机器的频率基准，一颗10MHz的TCXO
TCXO特写
金光闪闪的600MHz晶体滤波器，这块电路产生600MHz基准频率
这边一颗射频三极管居然被人拆掉了，不知道出于什么目的。难怪机器一开始报各种错误，且没有本振信号
这块区域是三次变频电路
漂亮的混合模块，是二中频放大器，放大后的信号进入混频器，与300MHz本振产生10.7MHz三中频
来自Mini Circuits的三次混频器
带座子的射频变压器
这边的电容跳线用于方便调试时断开信号
板子上还有一根同轴线做的电感，属于采样振荡器回路的一部分
射频板反面
频率控制板是控制频谱仪扫频的核心，它驱动YTO线圈，改变YTO频率实现扫描。板子上有三个VCO，构成所谓roller PLL，实现频率精调。同时板子上还有YTO粗调DAC等电路，实现本振频率在大范围内的调节。
根据扫描频率范围的不同，这台频谱仪控制YTO的方式也不同。在1MHz以下的SPAN，扫描斜坡信号通过roller PLL注入。在1MHz-20MHz之间，扫描斜坡信号通过YTO的FM线圈注入，而更大范围的扫描信号则通过YTO的主调谐线圈注入。
由于扫描时，PLL无法同步跟踪频率的变化，所以这台机器的扫描采用了所谓“锁定-滚”(雾 的方式。扫描开始时，PLL控制YTO频率锁定在起始频率上，随后将PLL开环，并向相应位置注入扫描斜坡，开始扫描过程。这其中牵扯到多个PLL环路的调节，以及多个VCO的预调谐，逻辑相当复杂。因此我们能看到频率控制板上有大量的DAC，用于产生各种预调谐电压。
这些金色的是来自ADI的DAC，分布在板子的各个部分，实现VCO的控制
VCO(压控振荡器)模块，上面使用了本机里为数不多的贴片器件
一颗混频器，用作PLL鉴相
板子反面，有少许原厂飞线和飞电阻，也能看到不少维修痕迹
这是连接机器不同电路板的排线，它取代了传统仪器中的背板PCB
机器屁股上安装的台达的暴力风扇，声音非常大。我维修到最后才发现，这台机器就连风扇都不是原装的。后面我用配件机的风扇作了替换，噪音恢复了正常水平。
拆掉机器后壳。后壳也是铸铝材质
前面板，下面是本机的，上面是朋友给的配件8560A，很显然本机状态差了很多
CRT
前面板反面，显示屏保护玻璃也作了镀膜处理，减少眩光同时也增强屏蔽
键盘板
键盘是橡胶的，但加了塑料键帽，手感比纯橡胶更好。后续的机型为了节约成本，逐渐改为纯橡胶键盘
面板用卡簧与机框固定。拆下面板清洗干净，并将机框用成色更好的备件替代
铸铝前机框，非常重，各种流道和加强筋纵横，有种汽车发动机一样的工业质感
生产日期标记
塑料键帽，出乎意料采用了昂贵的双色注塑工艺。这台机器的键帽有些发黄，本来我也打算用备件机的键帽替代，但两者键帽有部分差别，如果只是替换相同部分则会产生色差，于是作罢。
机框与铝外壳之间的缝隙填充了屏蔽条，改善EMI特性与抗干扰能力
面板上的接口，也比较旧，用配件机上的做了替换
最后是翻新完成的前面板，看上去好多了~
拆解部分到此结束。
