拆解：HP 8112A脉冲发生器

这个 50 MHz 脉冲发生器的构造像岩石一样坚固。它几乎全是金属。我们将该单元完全拆开，从系统和电路板级别进行观察。

在 2024 年参观麻省理工学院 swapfest 时，我遇到了一台 HP 8112A 50 MHz 脉冲发生器。花了 20 美元，我把它带回家拆开。该仪器于 1987 年左右在柏林墙倒塌前在德意志联邦共和国组装，是坚固测试设备的经典例子。这是里面的内容。

图 1.我在 swapfest 上购买的 HP 8112A 脉冲发生器被出售用于维修或零件。

拆解 8112A 既是挑战也是冒险，因为该乐器几乎完全由金属制成。我找到的唯一可拆卸的塑料部件是作按钮和开关、连接电源按钮和交流电源开关的臂，以及隐藏一些螺丝的条带。我需要一个杯子来装所有的螺丝。为什么？内部结构完全由金属制成;难怪 8112A 这么重。仅变压器就重 1750 克。当将 8112A 从 Swapfest 中取出并放在架子上时，设备背面的重量让我感到惊讶。

图 2.取下塑料条会露出将表圈固定在表壳上的螺钉。

如图 1 中的标签所示，它用于部件或维修。我确实尝试为设备供电，但没有启动。好消息是它没有产生任何烟雾。打开外壳后，我可以看到为什么仪器没有启动。正如你所看到的，我不是第一个揭开盖子的人。

在尝试了几种打开外壳的方法后，我在前挡板后面发现了那条塑料条。用螺丝刀将其弹出，露出几颗将前面板挡板固定到顶盖的螺钉（图 2）。现在我可以看看里面了。

图 3.HP 8112A 由三块板组成，（从下到上）一个主板、控制板和处理器板。

拆下前面板，露出三块板。图 3 显示了电路板：主板（底部）、控制板（中间）和处理器板（顶部）。在视频中，您将参观这些板。请继续阅读以获得更多见解。

图 4.顶盖 （l） 的底面提供了主板 （r） 上电源电路的调整位置。

取下顶盖后，我在它的底部发现了标记，指示了主板上仪器电源电路的调整位置。图 4 显示了主板（右）和盖板内的相应名称。显然，该测试仪器是为可维护性而设计的。作/服务手册提供电路板布局、原理图、零件网格、零件清单、校准说明和服务说明。是德科技不提供这种过时仪器的服务手册，但当然，它仍然可以在线获取。正如我在视频和下面的解释中所解释的，微处理器板与手册中的布局不同。我将在下面的处理器板部分中解释原因。

主板

图 5.主板包含电源和脉冲整形电路。电源电路包括电源变压器、稳压器、功率晶体管和散热器。

主板包含电源和脉冲整形电路。图 5 显示了电源，其变压器、二极管桥、线性稳压器和功率晶体管占据后部，如右图所示。带有小散热器的两个 IC 处理形状和斜率。它们通过板子下方的一根电线连接到三个插槽，这些插槽应该包含 period generator、delay generator 和 width generator。有人删除了它们。显然，我不是第一个打开这个案子的人。根据原理图，缺失的部分似乎是相同的。图 6 显示了三个缺失的时序 IC 的框图。

图 6.主板上缺少的三个时序 IC 的框图。以前有人来过这里。

可见线将脉冲整形电路（最终的信号处理阶段）连接到前面板连接器。图 6 中的顶部电线用于触发器输入，而底部电线用于触发器输出。中间的线是 ±20 V 控制输入。其他电路包括：

• 触发电平电路和输出放大器

• 级别检查器

• 输出放大器

• 偏移控制

• 地址解码器

• 参考电路

• 电流源

图 7.主板的交流电源部分的特写显示了变压器、交流电源二极管桥、交流电源插座和电源开关。

查看电源，您将看到图 7 显示了电源变压器、交流电源开关和三个二极管桥之一，它位于开关的正上方。交流电源输入连接器位于照片的右上角。

图 8.散热器冷却电源电路中的稳压器和功率晶体管。

图 8 沿电路板向下移动。变压器（看不见）位于大电容器上方。你可以看到散热器旋转，露出两排稳压器和功率晶体管中的一排。右侧显示两个稳压器。最右边的稳压器用于 +15 V，向左移动的是 +23 V 稳压器。负电压调节器位于黑板的另一侧。稳压器都有带有 National Semiconductor（现为 Texas Instruments）徽标的 HP 零件编号。再次向左移动，您可以看到两个功率晶体管。Darlington 对的每个 form output stage。右侧（稳压器旁边）的晶体管是 NPN 2N5191（摩托罗拉标记）。它的左边是 PNP 2N5194，也是摩托罗拉（后来的飞思卡尔，现在的 NXP）。

图 9.控制板包括六个产生脉冲的 AD7522 DAC。信号调节电路调整上升/下降时间和振幅。

控制板（图 9）位于图 3 所示的板堆栈的中间。控制板使用来自处理器板的数据生成输出脉冲。然后，它将脉冲发送到主板进行信号调节，然后再发送到外部世界。该板包含以下电路：

• 定时电路

• 地址解码器

• 时序范围解码器

• ADC 和 DAC 参考电路

• 字节偏移和偏移 DAC

• 参数控制

控制板的核心由 6 个 10 位 D/A 转换器 （DAC） 组成。图 9 显示了带有 Analog Devices 徽标的 HP 零件编号。服务手册中的原理图将其标识为 AD7522。在这 6 个 DAC 中，两个驱动电流源，一个分别驱动幅度控制、周期控制、脉冲宽度控制和延迟控制。

与其他两个板一样，控制板包含一些来自 Texas Instruments 和 Signetics（1975 年被 Philips 收购，现在被 NXP 收购）的 74LS 系列逻辑。Signetics 部件是 74LS273 八进制 D 型人字拖。

控制板包含 22 个 TRIM 电位计。它们允许工厂和服务技术人员调整连接到 DAC 的运算放大器电路，产生电流源并控制输出幅度。我想知道校准 HP 8112A 的模拟电路需要多长时间。服务手册介绍了调整过程。

图 10.处理器板包含 MC6802 8 位处理器、RAM、ROM 和 GPIB 电路。

图 10 显示了处理器板及其 Motorola MC6802 8 位微处理器（标记为 HP 部件号 1820-2099）。另一个 40 引脚 IC（右上）是 GPIB 控制器。鉴于 HP 发明了 HPIB （GPIB/IEEE 488），您会期望控制器 IC 将是 HP 的部件，事实确实如此。原理图将其称为 HPIB644尽管零件本身标记为 1820-2219。

这就是事情变得有趣的地方。我发现主板和服务手册之间存在差异。请注意电路板顶部边缘的 5 个 ROM IC。右边的四个是 TI TMS2532，一个 32k EPROM。左边的是 Hitachi HN462532，也是 32k EPROM，使总 ROM 容量达到 160 kB。服务手册显示了后来的电路板的原理图和布局，利用了更大的 ROM 容量。原理图显示了图 11 中突出显示的单个 256 kB EPROM 取代的 5 个器件。左上角的 RAM IC 仍然是 HM6116，这是一款 2048 字× 8 位高速（在当时）静态 CMOS RAM。

图 11.服务手册中此图中突出显示的 ROM 显示，处理器板上显示的五个 32 kB ROM IC 后来被单个 256 kB ROM 取代。

处理器板的其余部分包含地址和数据总线、解码器和 74LS 系列逻辑门。它还包含一个电源部分和 RAM IC 的电池。该板还使用多个配置为比较器和梯形电阻电路的 LM324 运算放大器，用于向主处理器生成复位信号。晶体管控制 RAM 的 +5 V 电源。处理器板上还有一个 Intersil 显示驱动程序，用于驱动前面板显示器。LM324 四通道运算放大器仍然可用，即使采用通孔封装。

他们不像以前那样制造它们

拆开HP8112A展示了惠普如何构建坚固耐用、可维护的测试仪器，该仪器可以产生多年的测试脉冲。坚固耐用的金属设计适合重型包装。今天，更轻的材料肯定会占据主导地位。功耗肯定比 1980 年代要低。今天，您永远不会找到线性电源，除非开关电源发出的任何噪音都是不可接受的。开关电源将使电源变压器体积更小、重量更轻，重量远小于 1750 克。更小、更高效的电源也会产生更少的热量，从而转化为更小、更轻的散热器。

至于电路，所有的 logic、addressing、and decoding 现在都可以在单个 ASIC 或 FPGA中进行。不需要 GPIB 控制器，因为当今的仪器使用 USB 和以太网连接，这两者都是串行总线。如今，脉冲发生器还需要产生脉冲模式来测试这些串行总线。

虽然在 1980 年代产生 50 MHz 的脉冲速度很快，但今天却慢得令人痛苦。事实上，Keysight 脉冲发生器现在的速度高达 3 GHz。今天的脉冲发生器会产生过冲和下冲，这在 8112A 中是不可能的。

他们不像以前那样制造它们。如今的仪器更快、更轻、功耗更低，并且功能比 HP8112A 更多。今天的仪器是否与 40 年前的仪器一样坚固？40 年后问这个问题。