SML03 信號發(fā)生器的故障分析與檢修

劉 輝

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088）

引言

R&S SML 系列信號發(fā)生器是一款經(jīng)濟(jì)型、實用型儀器。具有最新的通用信號發(fā)生器需要的所需特點；寬頻率范圍、大量的調(diào)制功能和高可靠性。R&S SML 在開發(fā)、服務(wù)或生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，并可以作為自動測試系統(tǒng)中一種靈活的信號源。具有高對比度的LCD 顯示屏，較高和精確的輸出電平，很好的調(diào)制特性，用戶可分配的菜單鍵，在線幫助，包括IEC/IEEE-總線指令。主要特性如下：頻率范圍從 9 kHz 到3.3G Hz，0.1 Hz 頻率精度；輸出電平-140～+13 dBm，高電平精度，偏差小于 0.5 dB，由于采用電子衰減器，電平設(shè)置切換時，不會有過沖及干擾現(xiàn)象。

一臺SML03 開機(jī)工作運行30 min 后，檢測其各個頻點輸出功率是否準(zhǔn)確，檢查發(fā)現(xiàn)該儀器在1.2 GHz 以上頻段輸出功率偏小，儀器并且報錯誤，錯誤為“Error 110 Ouput unleveled OPU3”，儀器報此錯誤，說明儀器相關(guān)電路存在故障。在檢修儀器之前，必須了解錯誤信息的具體含義和熟悉儀器的基本工作原理。針對該信號發(fā)生器所報錯誤信息，“Error 110 Ouput unleveled OPU3”，表示 3 GHz 輸出單元（簡稱OPU3）電路單元輸出不穩(wěn)幅。而OPU3 電路單元為3 GHz 輸出單元，頻率范圍從1.2～3.3 GHz。了解錯誤信息含義后，可以先檢查儀器設(shè)置是否正常，設(shè)置正常后，再對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過程如下：選擇面板上的“MENU1”，再選擇“utilities”，再選擇“protect”，選擇“LOCK level 1”，然后輸入 password：123456 再選擇其中“off”，再按下“BACK”鍵，選擇“Cal”，選擇其中的“All”，儀器就開始校準(zhǔn)。儀器校準(zhǔn)完后，發(fā)現(xiàn)錯誤信息不能消失，說明儀器存在故障，需要維修。

1 儀器的基本工作原理

主要包括開關(guān)電源、主板、3 GHz 輸出板、脈沖調(diào)制板、電子衰減器板、REF OSC（選件 OPT SML-B1）等電路。該儀器的RF 信號通路為（見圖1）[1]：主板LF 信號發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)波信號，頻率范圍從9 kHz到 1.1 GHz。RF 信號再送到 3 GHz 輸出板（OPU3），RF 經(jīng)輸出板后，再送到脈沖調(diào)制器單元（該電路單元為選件OPT SML-B3），最后送到電子衰減器單元輸出。

圖1 FR 信號通路圖

開關(guān)電源為儀器整機(jī)各單元電路提供工作電源，輸出 +5 V、-12 V、+12 V、+24 V 四組電源，輸入交流電壓，電壓范圍100～240 V，工作頻率為50 Hz和60 Hz，不帶調(diào)節(jié)功能。

3 GHz 輸出單元（簡稱OPU3）主要由輸入級電子開關(guān)、功能梳狀發(fā)生器，包括階躍恢復(fù)二極管（SRD）、帶通濾波器，以濾波所需的諧波、射頻預(yù)置、AM 調(diào)制器、倍頻器、3.3 GHz 輸出放大器、ALC、電平檢測等電路。輸入級電子開關(guān)為SPDT。該模塊由SML 主板通過通常的串行控制接口使用調(diào)制信號進(jìn)行尋址。3.3 GHz 輸出級由三級放大器N20、V66 和V23 組成，將電平放大到最大，最大輸出電平為27 dBm。輸出級之后是一個截止頻率為3.4 GHz 的諧波低通濾波器，將諧波抑制至少30 dbc。

脈沖調(diào)制器通過脈沖調(diào)制來擴(kuò)展SML 的調(diào)制類型，其非常高的動態(tài)范圍通常為90 db，并且非常短的脈沖上升或下降時間小于10 ns。此外，它提供了一個脈沖發(fā)生器，可調(diào)脈沖周期為100 ns～85 s，脈沖持續(xù)時間為20 ns～1.34 s。提供了外部觸發(fā)輸入和額外的脈沖輸出。在射頻路徑中，脈沖調(diào)制器直接位于衰減器之前。脈沖調(diào)制器由元件脈沖發(fā)生器（Xilinx-FPGAPGEN）和調(diào)制器（GaAs 開關(guān)與控制和射頻放大器）組成。它由SML 通過串行控制接口尋址。電子衰減器模塊的衰減范圍從0～125 dB，步進(jìn)范圍為5 dB，頻率范圍為9 kHz 至3.2 GHz。電子衰減器模塊由電子開關(guān)衰減電路、開關(guān)控制電路、過壓保護(hù)電路、溫度測量電路、診斷電路、修正數(shù)據(jù)存儲電路、邏輯控制等電路組成。

2 儀器維修過程

了解儀器的基本工作原理后，針對此儀器的故障，可以采用信號跟蹤法和關(guān)鍵點測試電壓的方法來檢修。根據(jù)故障現(xiàn)象、錯誤提示、校準(zhǔn)信息和電路原理分析，初步判斷是3 GHz 輸出板出了故障。首先設(shè)置儀器，按表1 將“FREQ”設(shè)置為不同頻率點，“LEVEL”設(shè)置為0 dBm，用功率計測量3 GHz 輸出板的RF 輸出端口，記錄各個頻點的輸出功率。通過測試，發(fā)現(xiàn)1.2 GHz 以上頻段輸出功率不正常。再將功率計連接到主板LF 的RF 輸出端，按照表1 設(shè)置不同頻率點和輸出功率，發(fā)現(xiàn)輸出功率正常[2-3]。這說明故障出在3 GHz 輸出板。針對該板的故障，依據(jù)電路工作原理，可以采用在線電壓測試法來檢修。由于該板基本由開關(guān)、放大、倍頻等電路組成，根據(jù)故障現(xiàn)象和電路工作原理，重點檢查該板的輸出放大級相關(guān)電路。檢測放大級電路時，采用從后往前的辦法查看。首先測量最后一級V23，測得柵極電壓Vg=-1.4 V，漏電電壓Vd=8 V，說明該管工作正常。再測第二級V66，測得Vg=0 V，Vd=0 V，說明該管工作不正常，屬于短路狀態(tài)。

該管為高性能的GaAs 異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET（HFET）高頻效應(yīng)管，它的損壞導(dǎo)致1.2 GHz 以上頻段信號基本無輸出。該場效應(yīng)管的特性是寬頻帶、增益高、輸出功率大，其主要參數(shù)為：FREQ：DC～3 GHz，漏源電壓VDS=8 V，漏極電流ID＝1 A，輸出功率1 W（在1 dB 壓縮點時），增益為13 dB（典型值）。將該場效應(yīng)管更換，開機(jī)預(yù)熱一段時間后檢查，將儀器“FREQ”設(shè)置在1.2 GHz 以上各個頻點，“LEVEL”設(shè)置為10 dBm，儀器的“Error 110 output unleveledOPU3”錯誤信息消除，再檢查其他頻率點，錯誤信息不再出現(xiàn)，說明儀器故障排除。由于換上的新場效應(yīng)管的工作參數(shù)與原管有差別，為了獲得儀器的最佳性能，儀器修復(fù)后一般要進(jìn)行維修校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過程如下：選擇面板上的“MENU1”，再選擇“utilities”，再選擇“protect”，選擇“LOCK level 1”，然后輸入 password：123456 再選擇其中“off”，再按下“BACK”鍵，選擇“Cal”，選擇其中的“All”，儀器就開始校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完后，用功率計測量信號源的各個頻點的輸出功率，看是否符合指標(biāo)要求。按照表2 設(shè)置不同的頻率點。儀器的“LEVEL”設(shè)置為0 dBm，所測數(shù)據(jù)見表2[4]。

表1 3 GHz 輸出板RF 輸出端所測數(shù)據(jù)

表2 儀器在各個頻率點時功率輸出所測數(shù)據(jù)

根據(jù)表2 所測數(shù)據(jù)分析，該儀器的故障已排除，再開機(jī)連續(xù)工作4 h，故障再也沒有出現(xiàn)。檢測完這個指標(biāo)后，還相應(yīng)檢查其他指標(biāo)，如最大輸出功率等。經(jīng)檢查其他指標(biāo)符合要求，說明該機(jī)工作已正常。