Philips PM5193 Service Manual
PHILIPS
Programmierbarer Synthesizer /
Funktion Generator 0.1mHz - 50 MHz
PM 5193
9445 051 93001
Service Manual
ACHTUNG:
Diese Übersetzung ist eine direkte 1:1-Übersetzung aus dem Englischen.
Lesen Sie dieses Dokument zusammen mit dem englischen Original, die Abschnittsnummern in
beiden Versionen sind identisch. Bilder und Zeichnungen aus dem Originaldokument wurden nicht
verwenden.
Inhalt
1. SICHERHEIT ANWEISUNGEN ........................................................................................ 4
1.6 ANSCHLÜSSE ........................................................................................................................................ 4
2. NETZSPANNUNGS-EINSTELLUNG UND SICHERUNGEN ..................................... 4
3. BETRIEBSGRUNDPRINZIP, ABB. 30 (BLOCKDIAGRAMM) ................................... 5
3.1. Allgemeines Betriebsgrundprinzip .................................................................................................... 5
3.2 Beschreibung des Blockdiagramms .................................................................................................. 5
DFS .................................................................................................................................................................... 5
PLL ..................................................................................................................................................................... 5
Modulator .......................................................................................................................................................... 6
Pulse Generator ............................................................................................................................................... 6
Amplifier ............................................................................................................................................................. 6
CPU .................................................................................................................................................................... 6
4. LEISTUNGSPRÜFUNG ..................................................................................................... 7
4.1 Allgemeine Informationen .................................................................................................................... 7
4.2 Selbsttest beim Einschalten ................................................................................................................ 7
4.3 Allgemeiner Funktionstest ................................................................................................................... 8
5. DIAGNOSEPROGRAMM PM 5193 ................................................................................. 8
TEST 1: Display- und LED-Test ............................................................................................................................. 9
TEST 2: Tastatur Test .......................................................................................................................................... 9
TEST 3: Speicherregister-Test ............................................................................................................................. 9
TEST 4: Strobe Test (Fehlersuche im internen C-Bus-System) .......................................................................... 10
TEST 5: IEC-Bus-Test ......................................................................................................................................... 11
6. SCHALTUNGSBESCHREIBUNGEN ............................................................................ 11
6.1 Digitaler Frequenz Synthesizer /U2 .................................................................................................. 11
Signal-Synthesizer ............................................................................................................................................. 11
Der DAC .......................................................................................................................................................... 13
Burst Control Section ..................................................................................................................................... 14
6.2 PLL/U1 ................................................................................................................................................... 15
DAC .................................................................................................................................................................. 15
Der Phasendetektor ....................................................................................................................................... 15
VCO ................................................................................................................................................................. 15
Der Frequenzteiler ......................................................................................................................................... 16
Der Sinus Former ........................................................................................................................................... 16
6.3 Modulator/U1 ........................................................................................................................................ 17
Der Spannungskonditionierer ....................................................................................................................... 17
Dioden Schalter .............................................................................................................................................. 17
Schalter Kontrolle ........................................................................................................................................... 18
AM (Amplitudenmodulation) ......................................................................................................................... 18
Modulation Oszillator ..................................................................................................................................... 18
Kontrolle der Modulator-Einheit ................................................................................................................... 19
Pulsgenerator/U1 ........................................................................................................................................... 19
6.5 Verstärker / U1 ...................................................................................................................................... 21
Amplitudenregler ....................................................................................................................................... 21
Leistungsverstärker .................................................................................................................................. 21
Gleichstromgenerator ............................................................................................................................... 22
6.6 CPU/U2 .................................................................................................................................................. 22
6.7 Tastaturanzeige Unit/U3 ..................................................................................................................... 23
7. Zugang zu den Bauteilen ...................................................................................................................... 25
8. ÜBERPRÜFUNG UND EINSTELLUNG ....................................................................... 26
8.1 Allgemeine Informationen .................................................................................................................. 26
8.2 Empfohlenes Prüfequipment .................................................................................................................... 26
8.3 Tabelle der Überprüfungen und Einstellungen .............................................................................. 27
9. SICHERHEITSINSPEKTION UND TESTS NACH REPARATUR UND WARTUNG
(IN DER PRIMÄRSCHALTUNG) ........................................................................................ 27
9.1.Allgemeine Richtlinien ........................................................................................................................ 27
9.2 Sicherheitskomponenten ................................................................................................................... 27
9.3 Überprüfung der Schutzleiterverbindung ....................................................................................... 27
9.4 Überprüfung des Isolationswiderstands ......................................................................................... 27
9.5 Test nach Reparatur und Wartung ................................................................................................... 27
10. ERSATZTEILE ................................................................................................................ 28
10.1 Allgemein ............................................................................................................................................ 28
10.2 Stromempflindliche Komponenten ................................................................................................ 28
10.3 Umgang mit MOS – Integrierten Schaltkreise .............................................................................. 28
10.4 Löttechniken ....................................................................................................................................... 28
1. Sicherheit Anweisungen
1.6 ANSCHLÜSSE
Das Potential der Schutzleiterverbindung wird auf die externen Kontakte der BNC-Buchsen angewendet
und durch parallel geschaltete Kondensatoren mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch werden
Brummschleifen vermieden und eine klare Hochfrequenz-Erde erzielt.
Wenn das Potential des Schutzleiters in einer Messaufstellung von dem Potential der Schutzerde
abweicht, ist Folgendes zu beachten:
Die BNC-Buchsen können berührt werden, und sie dürfen nicht unter Spannung stehen.
Beachten Sie hierzu die Sicherheitsvorschriften (VDE 0411) zu diesem Thema.
Alle Buchsen, die mit dem Zeichen "L" gekennzeichnet sind, sind intern miteinander verbunden.
2. Netzspannungs-Einstellung und Sicherungen
Die Sicherheitsanweisungen in den vorherigen Kapiteln müssen beachtet werden. PM 5193: Bei
Auslieferung ab Werk ist das Gerät auf 220 V ~ AC eingestellt. PM 5193 M {USA}: Bei Auslieferung ab
Werk ist das Gerät auf 120 V - AC bis Seriennummer LO-05957 oder auf 120 V - AC ab Seriennummer
LO-05951 eingestellt. Wenn das Gerät mit einer anderen Netzspannung verwendet werden soll, müssen
die Verkabelung geändert und die Haupt-Sicherung entsprechend der Netzspannung ausgetauscht
werden. Die Verkabelung des Lüfters darf nicht geändert werden. Gehen Sie wie folgt vor:
Lösen Sie 2 Kreuzschlitzschrauben auf der Rückseite des Geräts (siehe auch Kapitel 7.1).
Entfernen Sie die oberste Abdeckung.
Entfernen Sie die Isolierabdeckung des oberen Teils des Netztransformators und entfernen Sie
zuvor den Kabelbinder.
Ändern Sie die Verkabelung des Netztransformators gemäß dem Anschlussdiagramm.
Setzen Sie die Isolierabdeckung wieder ein.
Wenn erforderlich, setzen Sie die empfohlene Sicherung anstelle der eingebauten Sicherung in
den Sicherungshalter ein. Ändern Sie in diesem Fall das Stromkennzeichnungsetikett des
Sicherungshalters.
Ändern Sie das Etikett für die Netzspannung auf der Rückseite des Geräts entsprechend der
ausgewählten Netzspannung. Die Etiketten für die Netzspannung, den Strom und die Sicherung
sind in einem Plastikbeutel beigelegt.
Schließen Sie das Gerät.
Anschlussdiagramm
3. BETRIEBSGRUNDPRINZIP, Abb. 30 (Blockdiagramm)
3.1. Allgemeines Betriebsgrundprinzip
Die grundlegenden Funktionseinheiten, die die Erzeugung, Verarbeitung und Konditionierung der
Generatoren Ausgangs Signale durchführen, werden wie folgt bezeichnet:
DFS, Digitaler Frequenzsynthesizer, auf Einheit 2
PLL, Phasenregelschleife, auf Einheit 7
MODULATOR, auf Einheit 1
PULSE GENERATOR, auf Einheit 1
AMPLIFIER, auf Einheit 1 Diese Funktionseinheiten stehen unter der Kontrolle der CPU
(Central Processing Unit), bestehend aus einem Mikroprozessor und seinen
Peripheriekomponenten auf Einheit 2. Die primären Steuerdaten für die CPU stammen
entweder von der TASTATUR & ANZEIGE an der Vorderseite auf Einheit 3 oder von einem
externen Controller über die [EEE/IEC-Bus-Schnittstelle. Die Ausgangssignalparameter werden
numerisch auf einer 7-Segment-LED-Anzeige angezeigt. Tasten-LEDs dienen zur Anzeige des
Betriebsmodus. Im Folgenden wird eine kurze Beschreibung des Gesamt-Blockdiagramms
(Abb. 30) des Generators gegeben.
3.2 Beschreibung des Blockdiagramms
DFS
Im Frequenzbereich bis 2147 kHz werden die Primärsignale - Sinus-, Dreiecks-, positive und negative
Sägezahnsignale - durch direkte digitale Signalgenerierung erzeugt.
Binäre Samples der Welle werden im Abschnitt SIGNAL SYNTHESIZER erstellt und mit einer schnellen
Digital-Analog-Umsetzung (DAC) mit der Taktrate fc in analoge Spannungen umgewandelt. Die
Ausgangsfrequenz fo ist direkt mit fc verknüpft, gemäß der Formel:
fo = 0,1-N x 2
-33
x fc = N x 10-4 Hz
wobei N der Dezimalwert des binären Frequenzworts ist, das über den U2-CONTROL BUS vom CPU
zum SIGNAL SYNTHESIZER geleitet wird. fc wird von einem Quarzoszillator, dem 8,59-MHz-TAKT,
erzeugt. Der AUTOMATIC SWITCH leitet alternativ die externe Taktfrequenz zum SIGNAL
SYNTHESIZER weiter, wenn diese am CLOCK-EINGANG anliegt. Das Ausgangssignal des DAC wird
durch den 3-MHz-Tiefpassfilter (LPF), einem antialiasingfähigen Tiefpassfilter, geglättet. Der Abschnitt
BURST CONTROL LOGIC erzeugt die Träger-Ein/Aus-Signalsteuerung im Burst-Modus des
Generators.
PLL
Im Frequenzbereich über 2147 kHz wird die primäre Sinuswelle in der PLL erzeugt. Die PLL besteht
aus einem breitbandigen VCO (Spannungsgesteuerter Oszillator) mit einem DreieckwellenAusgangssignal, das dem SINUSFORMER zugeführt wird. Des Weiteren sind ein Frequenzteiler, ein
Phasendetektor und ein Schleifenfilter Teil der PLL. Durch die PLL wird die PLL REF Frequenz, die im
DFS erzeugt wird, um den Faktor 4096 im FM-Modus und sonst um den Faktor 32 multipliziert. Für eine
schnelle Phasenregelung wird der VCO grob durch den DAC auf die programmierte Frequenz
voreingestellt
Modulator
Durch den SPANNUNGSKONDITIONIERER wird die DFS-Sägezahnwelle oder die Sinuswelle - wenn
die Haversine ausgewählt ist - in Amplitude halbiert und in Gleichspannung verschoben, wodurch
unipolare Signale entstehen. Die Sinuswelle - wenn die Sinuswellenform programmiert ist - und die
Dreieckswelle werden unverändert durch den SPANNUNGSKONDITIONIERER geleitet. Im BURSTModus wird das Ausgangssignal des SPANNUNGSKONDITIONIERERS durch den
DIODENSCHALTER 1 ein- und ausgeschaltet und zum VERSTÄRKER geleitet. Im NON-BURSTModus wird das Signal von DIODENSCHALTER 1 entweder direkt oder über den AMPLITUDE
MODULATOR zum VERSTÄRKER geführt. Im Frequenzbereich über 2147 kHz wird die RF SINUSWelle von der PLL zum DIODENSCHALTER 2 und zum AMPLITUDE MODULATOR oder direkt zum
VERSTÄRKER geleitet. Beide Dioden Schalter werden durch die SCHALTERSTEUERUNG gesteuert,
die das genaue Steuersignal von den Ausgängen SQUARE BURST und BURST für die DFS, das 2MHz-SCHALTERSTEUERSIGNAL von der CPU und das GATE-Signal von der
SCHALTUNGSEINRICHTUNG im Gate-Modus des Generators auswertet. Im internen GATE-, AModer FM-Modus wird das Modulationssignal aus dem Ausgang des MODULATION OSZILLATORS
abgeleitet. Die Ausgangssinuswelle wird in der AMPLITUDE CONTROLLER in der Amplitude skaliert,
um die genaue AM- oder FM-Modulationstiefe zu erreichen. Die modulierende Sinuswelle wird im AMModus zum AMPLITUDE MODULATOR oder im FM-Modus zur PLL durch die
SCHALTERSTEUERUNG geführt. Alternativ - in den externen Modulationsmodi - wird das
Modulationssignal vom MODULATION INPUT des Generators bereitgestellt.
Pulse Generator
Der PULSGENERATOR repräsentiert im Wesentlichen eine elektronische Schaltschaltung, die ein TTLSignal erzeugt und entweder eine Rechteckwelle oder einen positiven bzw. negativen
Rechteckimpulszug erzeugt, wobei jedes Signal ein Tastverhältnis von 50% aufweist. Die Zeitpunkte
der positiven und negativen Flanken dieser Signale werden durch die Nulldurchgänge des
Referenzeingangssignals bestimmt. Im Frequenzbereich bis 2147 kHz dient das DFS-Signal, z. B. eine
Sinuswelle, das dem NULLDURCHGANGSDETEKTOR zugeführt wird, als Referenz. Über 2147 kHz
bestimmt das TTL-Ausgangssignal des PLL, RF TTL genannt, direkt die Schaltpunkte.
Durch die STEUERSCHALTUNG wird entweder das TTL-Ausgangssignal des NULLDURCHGANGSDETEKTORS oder das RF TTL in Kombination mit einem der Burst-Schaltsignale im BurstModus - POSITIVE PULSE BURST, BURST oder SQUARE BURST - zum Schaltausgang der
Signalverstärker geleitet. Die TTL-AUSGANGSSTUFE und der RECHTECKSIGNALVERSTÄRKER
erzeugen die TTL-Ausgangsspannung des Generators und die primäre Rechteckwelle mit genauer
Amplitude und Form. Der PULSZUGVERSTÄRKER erzeugt eine Rechteckwelle mit extra steilen
positiven und negativen Flanken und einer programmierbaren Amplitude, die durch die
Gleichspannungsausgabe des DAC gesteuert wird. An der Generatorausgabe wird diese Rechteckwelle
durch den GLEICHRICHTER in unipolare positive oder negative Impulse umgewandelt.
Amplifier
Die Feineinstellung der Generatorausgangsamplitude erfolgt durch den AMPLITUDENREGELER. Nach
der Verstärkung durch den LEISTUNGSVERSTÄRKER wird das Signal entweder direkt oder nach einer
20 dB bzw. 40 dB Dämpfung durch den STUFENDÄMPFER zum AUSGANGSANSCHLUSS geleitet.
Der GLEICHRICHTER fügt die programmierte Gleichspannung hinzu.
CPU
Ein 8-Bit-Mikroprozessor (8031) und eine 10-MHz-Taktung bilden den Prozessor und die Uhr
(PROCESSOR & CLOCK). Der PROGRAMMSPEICHER ist ein 16-KByte-EPROM. In einem externen
Datenspeicher werden die Inhalte der 10 Speicherregister des Generators in einem 256-Byte-RAM
gespeichert. Über den CONTROL BUS DRIVER wird die erforderliche Lastfähigkeit der U1- und U2Steuerbus-Serialdatenleitung (SDA) und der Taktleitung (SCL) erreicht. Die Geräteauswahl-Strobe
Signale STR1...15, die für CPU-Komponenten und Schieberegister zur Speicherung von Daten in
verschiedenen Funktionseinheiten verwendet werden, werden aus 4 Ports des Prozessors durch den
STROBE DECODER abgeleitet.
Über den DIRECT PORT LATCH werden zwei Ausgangssignale des Ports - 2 MHz SWITCH und PLL
CNTL - aus drei Adress-/Datenbusleitungen des CPUs abgeleitet. Der SWEEP VOLTAGE DAC erzeugt
eine Spannungsrampe während eines Frequenzsweeps. Der PEN LIFT SWITCH dient zum Anheben
des Schreibstifts eines x-y-Plotters während der Rückkehr des Frequenzsweeps.
Die IEEE/IEC-Bus-Schnittstelle des Generators besteht aus dem IEC-BUS-CONTROLLER, dem
DEVICE ADDRESS LATCH & SHIFT REGISTER und dem 3-STATE GATE & LATCH.
4. Leistungsprüfung
4.1 Allgemeine Informationen
WARNUNG:
Stellen Sie vor dem Einschalten sicher, dass das Gerät gemäß den Anweisungen in Abschnitt 2 des
Bedienungshandbuchs (Installationsanweisungen) installiert wurde. Dieses Verfahren dient dazu:
Das Gerät zu überprüfen
Bei der Eingangsprüfung zur Bestimmung der Akzeptanz von neu gekauften Geräten und/oder
kürzlich kalibrierten Geräten verwendet zu werden.
ACHTUNG:
Das Verfahren überprüft nicht jedes Detail der Kalibrierung des Geräts. Es konzentriert sich
hauptsächlich auf die Teile des Geräts, die für die Messgenauigkeit und korrekte Funktion unerlässlich
sind. Das Entfernen der Geräteabdeckungen ist für die Durchführung dieses Verfahrens nicht
erforderlich. Alle Überprüfungen werden vom Bedienfeld aus durchgeführt. Wenn dieser Test innerhalb
einer kurzen Zeitspanne nach dem Einschalten gestartet wird, beachten Sie, dass die Schritte aufgrund
unzureichender Aufwärmzeit möglicherweise nicht den Spezifikationen entsprechen. Um diese Situation
zu vermeiden, lassen Sie das Gerät die angegebene Aufwärmzeit von 30 Minuten einhalten.
4.2 Selbsttest beim Einschalten
Unmittelbar nach dem Einschalten wird ein Selbsttest-Routine gestartet, bei dem PROM und RAM
getestet werden. Wenn ein Fehler erkannt wird, erscheint eine der folgenden Fehlermeldungen:
ERR 1 PROM-Prüfsummenfehler
ERR 2 RAM (Prozessor) Prüfsummenfehler
ERR 3 RAM-Prüfsummenfehler; Betrieb möglich, aber Inhalte des Speichers sind zerstört.
Bei keinem Fehler in den PROMs/RAMs werden alle LEDs und alle Segmente der Anzeige etwa 3
Sekunden lang eingeschaltet, nachdem die Softwareversion im 'LEVEL'-Bereich der Anzeige angezeigt
wurde. Das Gerät muss dann im eingeschalteten Zustand sein, was durch eine Null in jedem der
Anzeigebereiche und die eingeschalteten LEDs in den Tasten SINE, START, OFF und Vpp angezeigt
wird.
4.3 Allgemeiner Funktionstest
Die Funktion des Synthesizers kann nun mithilfe der folgenden Beispiele überprüft werden: Amplitude
= 5 Vpp; Offset = 0 Vdc Schließen Sie den Ausgang mit 50 Ω ab und verbinden Sie ein Oszilloskop.
Es ist ratsam, das Oszilloskop mit dem 'MODULATION OUTPUT'-Signal zu triggern.
Wenn eine der Funktionen nicht funktioniert, kann das Diagnoseprogramm helfen, festzustellen, ob der
Defekt in der betreffenden Einheit oder in der CPU mit ihren C-Bus-Treibern/Decodern liegt. Durch
Auswahl von TEST 4 (Stroboskop-Test) können die Datenkommunikationsleitungen und die Decoder
der Untergeräte überprüft werden.
Falls alle Funktionen in Ordnung sind, muss dieser Test fortgesetzt werden, indem die Ausgangssignale
überprüft werden:
TTL OUT: Dieser Ausgang zeigt immer eine Rechteckspannung mit TTL-Pegel und Signal-
Frequenz.
INT CLOCK: Dieser Ausgang enthält das Takt-Signal des internen digitalen Frequenzsynthesizers
mit TTL-Pegel und einer Frequenz von 8,58993 MHz.
MODULATION: Dieser Ausgang zeigt ein Sinuswellensignal mit einer maximalen Amplitude von
1 V, abhängig von der Modulationstiefe/-abweichung und der
Modulationsfrequenz.
PEN LIFT: Im kontinuierlichen Sweep-Modus zeigt dieser Ausgang eine Sequenz von Impulsen.
Die Frequenz entspricht der Sweep-Wiederholrate, die Amplitude beträgt 20 Vpp.
SWEEP: Während des kontinuierlichen Sweep-Betriebs zeigt dieser Ausgang eine
Sägezahnspannung mit einer Amplitude von 10 Vpp.
5. Diagnoseprogramm PM 5193
Dieses Testprogramm enthält 5 Untermodule:
TEST 1: Display- und LED-Test
TEST 2: Tastatur -Test
TEST 3: Speicherregister-Test
TEST 4: Stroboskop-Test (Test der internen Schnittstellen)
TEST 5: Test der IEEE/IEC-BUS-Schnittstelle
Um dieses Testprogramm zu aktivieren, drücken Sie die Taste MODULATION OFF, während die
Stromversorgung eingeschaltet ist, und halten Sie sie etwa 3 Sekunden lang gedrückt.
Die Rückkehr zum Hauptbetriebsmodus ist nur durch Ausschalten und erneutes Einschalten der
Stromversorgung möglich.
Wenn das Testprogramm aktiviert ist, zeigt das Display "TEST x", wobei "x" eine Zahl von 1 bis 5 ist.
Diese Zahl ändert sich kontinuierlich und langsam, und durch Drücken der Taste MODULATION OFF
zum richtigen Zeitpunkt wird das entsprechende Test-Untermodul gestartet.
Um die Test-Untermodule zu verlassen, drücken Sie die Taste MODULATION OFF etwa 2 Sekunden
lang.
TEST 1: Display- und LED-Test
Schritt 1:
7-Segment-Anzeige Alle Anzeigensegmente und LEDs werden für etwa 2 Sekunden eingeschaltet.
Danach beginnt das Programm, nacheinander ein Segment nach dem anderen für vier
Anzeigepositionen gleichzeitig einzuschalten. Schließlich bleiben die Dezimalpunkte dieser vier
Positionen beleuchtet, und das Programm beginnt mit den nächsten vier Anzeigepositionen dasselbe
zu tun. Nachdem die letzten vier Stellen getestet wurden, schaltet das Programm alle Segmente und
LEDs ein und bleibt in diesem Zustand, bis die Taste MODULATION OFF erneut gedrückt wird.
Schritt 2: LEDs
Alle LEDs werden nacheinander, beginnend mit der obersten linken (innerhalb der Taste "Sinuswelle"),
für ca. 0,5 Sekunden eingeschaltet. Wenn die letzte LED eingeschaltet ist, erscheint die Anzeige "Ende",
bis die Taste MODULATION OFF gedrückt wird. Anschließend kehrt das Programm zum Testmenü
zurück.
TEST 2: Tastatur Test
Die Anzeige zeigt die Anzeige: 1—01 - - - -
Jetzt müssen Sie die erste Taste der ersten Reihe drücken: 1 -01 - - - -
(Reihe 1) - (Spalte 1)
Wenn die richtige Taste gedrückt wurde, zeigt die Anzeige für etwa 1 Sekunde Folgendes an:
1—01 1 1 1 1
und ändert sich dann zu
1—02 - - - -
als Aufforderung, die zweite Taste in der ersten Reihe zu drücken.
Bei einem Fehler würde die Anzeige anzeigen:
Err 1—01 x – x x
x – x x den falschen Code (Reihe und Spalte) angibt. Diese Fehleranzeige wird nur zurückgesetzt,
indem die angeforderte Taste gedrückt wird. Bei einem Hardwarefehler in der Tastatureinheit wäre es
nicht möglich, den richtigen Code zu erhalten und somit die Fehlermeldung zurückzusetzen.
Wenn die letzte Taste gedrückt wurde, ist der Tastaturtest beendet und die Anzeige zeigt "Ende" an.
Um dieses diagnostische Untermodul zu verlassen und zum Testmenü zurückzukehren, muss die Taste
MODULATION OFF gedrückt werden.
TEST 3: Speicherregister-Test
Achtung: Dieser Speicherregistertest zerstört den Inhalte der Register. Wenn das Instrument nach dem
Ausführen des Speicherregistertests eingeschaltet wird, zeigt die Anzeige "Err 3" an, was bedeutet,
dass sich keine Parameter mehr im Speicherregister befinden - der gesamte Inhalt (Parameter) wurde
zerstört.
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