Reparatur RSA3408A … Logbuch

Leider hat meinem RSA 3408A Spektrumanalyzer der Umzug in das neue Labor nicht so recht gefallen.

Ich wurde beim ersten Einschalten gleich erst mal mit ein paar Kalibrierungsfehlern begrüßt.

Nach weiterer Untersuchung habe ich festgestellt, dass der Basisband-Bereich von DC bis 40 MHz einwandfrei funktioniert. Der Fehler tritt nur auf bei Signalen die größer 40 MHz sind.

Dieser Umstand hat mich sehr erleichtert, weil der komplette Digitalteil incl. ADC damit OK ist.

Weitere Tests ergaben, dass Signale oberhalb 40 MHz nicht richtig dargestellt werden. Sie sind etliche MHz nach unten verschoben und haben einen erheblichen Jitter (FM).

Um jetzt den Fehler einzugrenzen musste ich erst mal die Aufbereitung der Signale im RSA3408A verstehen. Also nix wie her mit dem Service Manual und dort mal die “Theory of Operation” reingezogen. Hier ist recht gut beschrieben wie die Signalaufbereitung funktioniert.

Als erstes passiert die HF ein Relais, welches entweder die HF-Buchse oder eines der beiden Kalibrierungssignale auf den Eingang des Analyzer gibt. Dann folgt der Abschwächer und ein Band-Relais.

Im oberen Bereich (3,5 – 8 GHz) ist nach dem Band-Relais ein variables Bandfilter (Yig Tuned Filter 3,5 – 8 GHz) im Signalpfad. Von hier geht es auf den ersten Konverter. Dieser mischt das Eingangssignal mittels der ersten LO (4-8 GHz) in den ersten ZF-Bereich (4231 MHz für >40MHz bis 3,5 GHz und 421 MHz für >3,5 GHz).

Signale bis 40 MHz (Basisband) werden per Relais an der kompletten HF-Aufbereitung vorbei, direkt auf die ADC Baugruppe umgeleitet und hier digitalisiert.

Signale von >40 MHz bis 3,5 GHz werden in eine ZF von 4231 MHz umgesetzt und diese wird dem zweiten Konverter zugeführt und auf 421 MHz heruntergemischt.

Signale höher als 3,5 GHz werden schon im ersten Konverter mittels der ersten LO (4-8 GHz) auf die ZF von 421 MHz runtergemischt und durchlaufen den zweiten Konverter nicht (Umschaltung im ersten Konverter).

Die ZF von 421 MHz wird im dritten Konverter nun weiter runter gemischt auf eine ZF von 76 MHz. Diese ZF wird nun weiter für den ADC aufbereitet und diesem dann zugeführt.

So weit mal grob zur Funktion des Signalpfades. Dieser Überblick zeigt einem aber schon, dass der Fehler sich irgendwo im Signalpfad befinden muss welcher nur von Signalen größer 40 MHz durchlaufen wird. Wir erinnern uns … Signale im Bereich DC-40MHz wurden richtig dargestellt.

Wir suchen nun also nur in den Signalpfaden, die von Signalen größer 40 MHz durchlaufen werden.

Dies sind folgende:

Bereich RF1 (40MHz bis 3,5 GHz):

HF-Eingang –> Modul RF3 (erster Konverter und erste LO) 1.ZF 4231 MHz –> Modul RF2 (zweiter Konverter und zweite LO) 2.ZF 421 MHz –> Modul RF5 (dritter Konverter und dritte LO) 3.ZF 76MHz –> Modul RF6 (Filterung und Signalaufbereitung für ADC) –> Modul A10 (ADC)

Bereich RF2 (3,5 GHz bis 6,5 GHz):

HF-Eingang –> Modul RF3 (erster Konverter und erste LO) 2. ZF 421MHz –> Modul RF5 (dritter Konverter und dritte LO) 3.ZF 76 MHz –> Modul RF6 (Filterung und Signalaufbereitung für ADC) –> Modul A10 (ADC)

Bereich RF3 (6,5 GHz bis 8 GHz):

HF-Eingang –> Modul RF3 (erster Konverter und erste LO) 2. ZF 421MHz –> Modul RF5 (dritter Konverter und dritte LO) 3.ZF 76 MHz –> Modul RF6 (Filterung und Signalaufbereitung für ADC) –> Modul A10 (ADC)

Ich habe also den kompletten Bereich von 40 MHz bis 8 GHz jeweils mit mehreren Testpunkten pro Band mittels Messsender abgeklappert und in allen Bereichen das gleiche Fehlerbild gesehen:

Einen Offset von der zu erwartenden Mittenfrequenz von fast 10 MHz und einen ziemlich breiten FM-Jitter.

Der Fehler ist also in allen Bereichen (RF1, RF2 und RF3) gleich. Somit muss er in einer Baugruppe seinen Ursprung haben, welche bei allen drei Bändern im Signalpfad liegt.

Dies sind die Module HF-Eingang, RF3, RF5, RF6 und A10. Das Modul A10 können wir gleich wieder ausklammern, da es beim Betrieb im Basisband einwandfrei seinen Dienst tut.

Der weite Offset und der große FM-Jitter brachten mich recht schnell auf die Idee, dass evtl. der YIG, welcher die erste LO erzeugt, nicht mehr per PLL im Zaum gehalten wird, sondern frei schwingt.

Bei YIG Oszillatoren ist es in der Regel so, dass sie eine generelle Abstimmspule haben und eine weitere Spule für eine Feinabstimmung/Modulation/PLL-Regelung.

Die generelle Abstimmspule kann den YIG über den kompletten Bereich abstimmen (in dem Fall von 4-8 GHz) und die Spule für die Feinabstimmung kann den YIG nur wenige Megahertz rauf und runter abstimmen.

Betrachtet man den Offset von 10 MHz in der Frequenz dann ist eine nicht gerastete PLL eine mögliche Erklärung für das Problem. Die Abstimmspannung der PLL klebt an einem Anschlag und der YIG eiert, nur mit der Grobabstimmung getunt, vor sich hin.

Um das nun zu verifizieren, muss ich den Analyzer öffnen und anfangen zu messen.

Haube auf und los …

Nun liegt der RSA3408A ohne Gehäuse auf dem Tisch und wir hangeln uns jetzt Stück für Stück durch den Entscheidungs-Baum zur Fehlersuche aus dem Service-Manual.

1. Die ersten Tests betreffen die Bedienfunktionen wie Display und Tasten. Hier ist aber alles OK.
2. Weiter geht es mit den Spannungen des Netzteils. Auch hier ist alles OK.
3. Dann geht’s weiter zum Base-Band Test. Auch hier alles OK.
4. Test des RF1 Bandes. Hier tritt der Fehler auf (Einstellung Sender: 100 MHz -10dBm). Auf dem RSA3408A ist ein waberndes Spektrum zu sehen mit einer Spitze in der Nähe von 100 MHz.
5. Jetzt wird am Modul RF6 das Kabel W32 abgezogen und hier mit einem Spektrumanalyzer (gut wenn man einen zweiten hat …) kontrolliert ob hier 10 MHz -2 dBm (+- 3dB) anliegen. Das Kabel W32 geht Richtung RF4 zu einem Block der Synthesizer heißt. Ist wohl die Referenzfrequenz für den Synthesizer. Aber das ist auch OK.
6. Wir kommen zu einem Punkt wo wir am RF6 Modul die 345 MHz kontrollieren sollen …. und siehe da … nur MÜLL !!!!!

Aha, das ist doch schon mal was. Also schauen wir doch mal wo die 345 MHz so hingehen und speisen diese in dem geforderten Pegel per Messender ein. Bingo …. das Spektrum (100MHz -10dBm) wird nun richtig angezeigt. Also nix YIG …. wieder Erleichterung !!!!!

Nun muss die Suche auf der RF6 Baugruppe weiter gehen.

Nach weiteren Tests habe ich festgestellt, dass die RF6 Baugruppe einen Wackelkontakt an der Ausgangsbuchse für die 345 MHz hatte. Nachgelötet … alles wieder OK !!!

Voller Freude habe ich dann den Full-Calibration Prozess gestartet und hmmmm …. was ist jetzt das ?!?!?!

Der Analyzer meldet dass die SelfGain-Calibration failed sei und bei weiteren Tests habe ich festgestellt, dass er auch seine eingebauten Optionen vergessen hat. Es sind HW Optionen 02 (Speichererweiterung/Extended Trigger) und 03 (IQ Input) verbaut. Zusätzlich hat der Analyzer die Software Option 21 (Advanced Measurement Suite) gehabt. Und jetzt behauptet er, er hat nix von alle dem.

Weitere Forschungen bringen mich zu dem Schluss, dass die intern auf dem Mainboard gespeicherte Seriennummer nicht mehr ausgelesen werden kann. Es gibt zwar einen Menüpunkt im Service-Menü mit dem man die S/N wieder neu schreiben kann, aber hier wird ein Passwort gefordert welches ich nicht ausfindig machen konnte.

Nach etwas näherer Betrachtung ist die Software des RSA3408A zu fast 95% in Python 2.0 geschrieben. Der kompilierte Python Code lässt sich sehr gut Dekompilieren. Somit war ich recht schnell in der Lage das Passwort herauszufinden … es stand in Klartext im Code …. sagen wir mal nix dazu.

Mit dem Passwort für das Service-Menu (270833) und dem Passwort zum setzen der Seriennummer hoffe ich nun das Problem beheben zu können.

Nach dem neu programmieren der S/N und neu eingegebenem SoftKey sind nun auch die Optionen wieder da.

Was bleibt ist die Neugier bzgl. der Freischaltung weiterer Software-Optionen wie z.B. Audio- oder WLAN-Messungen. Mal sehen was der Python Code da so hergibt.

… stay tuned …