HP 8562A 1kHz-22GHz 频谱分析仪维修
本系列上篇对HP 8562A频谱分析仪进行了详细拆解。本篇记载这台机器的维修过程，牵扯到电源/本振PLL/中频对数放大器以及CPU系统等。
由于维修周期较长，牵扯的故障较多，不同故障部分的维修时间线有重叠。本文重新按故障区域整理了维修过程，使得阅读更有逻辑性。
I 机器原始状态及准备工作
这台8562A买来时，外表非常脏，前机框腐蚀较严重，机器内部灰尘也很多，因此我对机器进行了比较彻底的清理。
在维修过程中，一个热心朋友送给我一台缺了很多零件的HP 8560A当备件机，由于这台机器外观比较新，我把本机前后机框等腐蚀较严重的外观件用备件机上的拆机件做了替代。面板上的射频输入输出口也做了替换，最终机器整体成色看上去好了很多，至少在日后的使用中心里可舒坦多了。
由于我对EPROM等存储器件的PTSD，拆机后第一时间备份了该机的六颗固件ROM和存储选件/出厂校准信息的EEPROM。
准备工作完成后，下一步要检查的就是电源。
II 电源检查与维护
2.1 电源维护
为确保机器不会开机爆炸，通电前最好先检查电源。电源拆下后，立即就发现了随时可能爆炸的RIFA滤波电容。部分电容已经开裂严重，需要立刻拆除并更换。
经观察发现，电源已经被人修过，部分电解电容已经不是原装。用LCR测量电容的ESR表明，电容暂未失效，因此没有做进一步替换。
由于这是一个开关电源，不需要交流即可工作，出于安全考虑，我试机没有用市电，而是用了一个0-250V的可调直流电源。输入调到大约到215V(DC)时电源开始工作。测得+5V空载电压过高，达到8V。带载后电压正常。
-12.6V实测-20V，经查为一个TO-39的7912损坏。检查电路图后表明，-12.6V只是探头供电，对机器其他功能没有影响。这颗7912在之后的维修中作了更换。
2.2 短路排除
电源初步验证正常后，开始检查机器各电路板的电源轨。8562A中大量使用钽电容，短路是非常常见的故障。所以在通电前，最好检查电源轨是否有短路。机器的电源到各个电路板之间采用一根排线连接。断开该排线，单独检查每块板子。
经查，CPU板+15V短路，模拟部分+5 -15 +28V均短路。从CPU板修起。
拔掉CPU板连接A16校准振荡器的排线，+15V短路短路消除，因此怀疑A16有问题。查找图纸发现A16连接器15V/5V画反，且在pin3/15V电源轨上使用了一个47uf/10V的钽电容，该电容短路。
此处可能是设计错误，不得不说这批电容耐压用错的机器没有喷火已经是很幸运的事了。暂时替换为2个10uf 1206，故障解决。
只插上CPU板/接口板供电，断开模拟和射频部分电源线，给机器上电，系统可以启动，CRT显示测量界面，说明CPU板暂无大碍。检查CPU板右侧的电源指示灯全部点亮，表示电源工作正常。测试各路电压，均在正常范围内。
接下来检查模拟/射频部分的短路。经查，A14频率控制板的-15V 5V 28V均有短路。该板连接了所有射频模块，如YTO/YTF等。断掉与射频器件的所有连接，除-15V外其他短路均消失。经查为输入滤波电容，更换后解决故障。同时有一47uF 10V电容通电后冒烟，一并更换。检查时，使用了热成像，以便快速找到短路点。
射频部分，YTO模块，LO分配放大器模块和二次变频器模块均测出5V短路，但通电后并没有过流/发热等异常，这可能是内部存在保护器件的原因?有待进一步核实。除此之外，YTF的28V加热电源实测电阻较小，导致万用表测28V轨道误报短路，实际也是正常的。
至此，所有电源轨上的短路故障均已排除。把机内的排线恢复正常，进入下一个维修环节。
III 参考时钟故障排除
恢复所有排线后开机，机器报ERR 301 YTO失锁，测不到任何输入输入信号，但可以看到噪底曲线，说明部分射频电路已经正常工作。此时我们首先要排除YTO本振的问题。把机器调至0SPAN，中心频率调到0-2GHz时，可在面板本振输出测到3.9-5.9GHz的信号，说明YTO基本是健在的。按照手册方式粗调YTO，正常。但YTO不能锁定。另外机器面板上的300MHz校准输出CAL OUT无信号，说明机器内部参考时钟部分工作不正常。
打开A15时钟板的屏蔽盖，我震惊地发现Q701被拆除。这颗三极管用在600MHz VCXO振荡电路中，机器的二次混频器以及300MHz的CAL OUT都需要该路信号才能正常工作。这很好解释了上述故障现象。根据手册，Q701为4脚射频三极管，型号NE02135，对应2SC2149。我手上暂时没有响应型号，于是我随手从433M遥控器上拆了个2N3356，装在缺失的三极管处。
此时600MHz信号恢复，YTO貌似可以锁定，频谱也可以测量到输入信号了。
IV Roller Oscillator维修
维修参考振荡器后，机器时不时报错325 FREQ ACC。另外曲线的水平位置存在较大偏差，即使测试300MHz参考信号，依然有约10MHz偏差。这说明机器的频率合成部分存在问题。以下是机器频率合成部分的简化框图，除去已确认正常的参考时钟部分，还剩offset PLL，YTO PLL和Roller PLL三块。
按照手册，我首先测量了Roller PLL相关电路。这块主要由三个VCO组成。测量结果显示，在手册约束的测量条件下，offset roller VCO(A101)、transfer roller VCO(A102)正常。main roller VCO(A103)的粗调(coarse tune)电压应当为12.6V±0.4V，实际为15.4V，远超正常值。且main roller的输出频率为103.7MHz，然而预期的输出应该是94.7MHz，表示main roller失锁。
测量产生coarse tune的DAC电路，未见异常，而此部分的jfet有焊接痕迹，可能有人试图维修未果。测量main roller VCO的HOLD信号未见异常，且板子上鉴相器的输出电压为0，说明main roller的PLL自认为是锁定住了。CPU通过测量该输出电压确定main roller是否失锁，因此也认为main roller是锁定住了，所以没有报roller osc相关的错误。然而实际情况是：由于这一路VCO的频率偏差太大，已经超出鉴相电路的工作范围，鉴相器无法采集到有效的相位，因此给出了错误的相位差信号。至此，我把故障范围缩小到main roller的PLL回路中。
main roller PLL的维修过程走的弯路较多，大致如下：
测量Main roller混频器输出，发现混频后的信号比手册要求的电平低很多。尝试更换了混频器，未解决问题
原机以及尝试更换的混频器
怀疑混频器前的放大器U118/U123性能恶化，增益降低。后排除该可能性
尝试短接混频器输入之前的衰减电路/滤波器，提高环路增益。机器在反复更改频率/SPAN后有概率锁定，但并不稳定
短接滤波器尝试
检查给VCO提供粗调电压的乘法DAC，没有发现DAC故障
检查并更换Transfer PLL输出到混频器之间的两颗PIN开关二极管。该二极管用于在频谱仪锁定/扫频时开关PLL环路。未产生效果
逆向VCO电路，更换VCO模块上的三极管和变容管。VCO其实很简单，只是个单管电容三点式振荡器，变容管串在谐振回路中用于调节频率。粗调和精调输入通过两个电阻和滤波器直接加在变容管上。可惜更换后仍未改善
VCO模块
至此，维修似乎进入了死胡同。直到2022年初，我得到了朋友赞助的8560A配件机，同时捡了个古代的高阻有源探头，故重新开始研究此故障。
将配件机的板子复原后与配件机比较测试。测得几路振荡器的输出以及mixer输入信号电平与故障机相近，说明问题应该不大。故障机的频率偏移在10MHz左右，同时测得混频器输出的频率约8MHz。我仿真了一下混频器后面的滤波器，发现该滤波器通带很窄，到8MHz的时候衰减已达40db。
根据手册，机器正常工作时，这个混频器输出范围本身也很窄，仅有1.89-2.04MHz，缩小输出滤波器的通带有助于降低杂散。但当main roller VCO的频率偏太多时，就有可能导致鉴相器输入太低，无法锁定。因此我推断，问题可能出在主振荡器A103上，可能是电压频率特性出现了超出粗调DAC可以修正的误差。
按手册说明测量机器定频300MHz时的粗调电压，发现偏差很多，于是我决定更换该模块。换模块之前把配件机与此机的模块取下，单独测了一下电压频率特性。
测量结果如下:
可以看出，虽然看似两个模块频率-电压特性差别不大，最大处只有5MHz左右，但这也足以让频率超出滤波器的工作范围，导致失锁。
另外，观察更换的模块和原机模块，可以明显看出原机模块PCB颜色很深，反面有水或助焊剂残留。可能是之前的维修或使用环境导致模块PCB变质，损耗/介电常数发生变化，进而改变了振荡频率。
更换了配件机的VCO模块后，机器恢复正常，频率误差符合要求，也不再报本振相关错误。
V 对数放大器维修
在维修Roller PLL的过程中，发现机器会报ERR 570，手册描述为LOG Offset/LOG Expand电路可能有故障，与对数放大器板A4有关。实际观察确实发现对数幅度出现了偏差，但切换不同的LOG/DIV时，读出的幅度值并不会变化。另外发现，切换衰减器档位并不会影响信号的绝对幅度，但切换ref level或者改变输入信号幅度时，可以看到明显的非线性。由此，我们可以进一步排除射频/中频部分的问题，把目光放在对数放大器板A4上。
设置参考电平10dBm，测量A4J6(Video信号输出)的电压，与输入功率关系如下：
可见接近顶端时信号明显失真。我追着信号路径一路往前查，排除了Video缓冲放大器及检波器的问题(这两极的输入输出都存在失真)。同时，由于机器在线性模式下的幅度也是正确的，说明问题一定出现在对数放大器电路中。以下是A4板的框图。
这台机器的对数放大器一共有9级，中频信号经层层打磨，最终以对数关系送给检波器。手册中表示，对数放大器不建议用户自行调整，但出于无奈我只能硬着头皮上。
经测量，第三级对数放大器的输出TP201幅度异常小。测试表明U114E这颗三极管开路。U114以及对数放大器中的其他三极管为DIP16封装的五胞胎管，一个封装里集成了同一块晶圆上生长的5颗NPN，保证了参数的一致性。我暂时拿一颗TO-92封装的三极管应付了一下，机器幅度恢复正常，并且不再报错。
事后我购买了拆机的器件作了替换，这颗IC的HP编码为1858-0040，实际型号是CA3127。修复后我遵照手册，没有调节对数放大版上的电位器。但使用信号源测试表明精度大致正常，就先这么用着了。
VI CPU板维修
这台8562A不得不说是一台受诅咒的机器，就在我其他维修工作接近尾声时，CPU板毫无征兆地放弃了思考，显示器再也没有输出了。即使把CPU板出来的控制总线拔掉，只保留CPU板和CRT驱动之间的连线，依然无显示。用配件机上的CPU板在本机测试可以出图像，证明确实CPU板损坏。
经测试，CPU的D0/D8等几个数据脚上的信号只有2V左右，怀疑总线上有短路。首先更换ROM，未解决问题。检查ROM数据没有问题。拆除所有RAM并测试，也未发现问题。随后尝试切断矢量图形控制器VPC与数据总线之间的D0线，总线上仍然电平不对，证明不是VPC导致的问题。最后将E1C跳线(CPU D0到总线之间的调试用跳线)换成了一个470R电阻，发现电阻向系统侧有正常5V电平，但CPU侧是0V，表明总线是被CPU侧下拉了。
我从一块8757A的配件板上拆了一颗陶瓷封装的68000，对本机进行了替换，并增加了插座。然而故障未解决。
我又看了下电路，发现CPU的D0 D8 D15接了三个OC门U4，并由跳线控制。跳线跳到E5/6时会将这三路拉低，使CPU板进入DSA调模式。此时CPU数据总线上只有一条由三个OC门决定的MOVEQ指令(0111 xx10 xxxx xxx0)，从而可以让CPU遍历所有的地址线。
该跳线同时也连接到了U401的1号脚，这是颗PAL16L8，它和U406一起负责地址译码及提供部分状态信号给矢量显示控制器VPC。测量发现，该脚电压较低，并不是正常状态。断电测量该脚到VCC的电阻为1K左右，并不是电路图上的4.7K上拉。拆除U4/排阻U71，电阻仍不正常。最后拆除PAL，发现这颗芯片1脚和10脚(GND)之间有2K左右电阻，因此怀疑该PAL损坏。
我顺手糊了个转接器将PAL转换成ROM引脚顺序并用编程器读取，用老外大神做的暴力破解工具破解了两个PAL的逻辑
工具地址：
dreamjam.co.uk/emuviews/readpal.php#download
以下是逆向出的U401逻辑映射，目测没有明显错误(此时我竟然忽略了敏感列表里的I0，即与DSA跳线连接的输入)，并且我还从中推测了部分机器的地址分配信息：
三组ROM分别位于0x00000/0x02000/0x04000地址段中
RAM2/0/1分别位于0x840000-0x843FFF / 0x874000-0x877FFF / 0x87C000-0x87FFFF，
显示控制器位于0x848000-0x84FFFF
由于目测的PAL逻辑没有问题，我将该芯片装回，又检查了机器的上电复位/中断响应等部分，用逻辑分析仪抓取了上电时的地址线信号，并结合IDA反汇编出的代码想找到突破，但都一无所获。我也想过直接把配件8560的CPU板替换进本机，但这块板子更新了部分电路设计，ROM换成四片128K*8的TC571000D，RAM换成两片32K*8的TC55257，甚至PAL也做了替换。因此直接换板不可行。
在与8560对比时我才突然意识到，DSA模式切换跳线的信号被同时输入到了U401的I0，也就是损坏的脚。这个信号与PAL输出什么关系目前还不知道，但是从破解的8562的逻辑来看，4/5/6/7号输出均只有在I0为0，即DSA测试模式时才有定义，在正常工作时未定义。因此DSA跳线跳到正常工作模式时，该PAL无片选输出很可能是这个原因。我打算测试一下正常工作的8560，以确定I0信号的作用。
将8560板子上对应PAL的I0脚与系统断开，直接接上CPU的8MHz时钟信号，这样该输入就会以8MHz翻转，远比地址线的翻转速度快。所以可以通过片选输出是否有高速翻转的信号来判断I0，即SA输入在PAL中的作用。事实证明，没有一个输出与SA输入有关。这个I0很大概率是一个保留输入。
断开U401的1脚并装回机器。该脚由于已经损坏，被芯片内部拉低，故参照逆向出的逻辑，此时所有片选信号应该都会有输出。开机机器正常点亮，CPU板故障排除。
事后，为确保万无一失，我使用WinCupl重新编译了修复后的逻辑并烧录进新购买的GAL16V8，替换了原机里的两颗PAL。同时也更新机器固件至91-04-15(感谢KO4BB!)。至此，整机功能已完全恢复，维修告一段落。至于这颗PAL为何有如此神奇的失效模式(某引脚电气特性改变，且与该引脚相关的逻辑也发生随机变化)我暂时还没有什么想法。
后记
虽然这台机器的维修过程相当持久，可能看上去并不值得，但我还是在这个过程中收获了很多知识和经验。由于维修距今已过去近一年，本文为当时随手留下的维修记录经整理获得，条理性可能有所欠缺，请见谅。
维修后，这台8562A已正常使用一年，没有出现新的故障，但最近发现在机器峰值频率附近1MHz内有-70db左右的杂散，而之前没发现可能是由于RBW通常开得比较大，杂散被淹没在底噪中。目前我还未进一步查找杂散的来源，推测可能与电源有关(可能又该换电容了)。
最后，感谢维修过程中各路大神的帮助尤其是支援配件机的朋友。
本机的固件dump，PAL烧录文件/源文件及我目前拥有的手册请参见以下链接：
http://nas.7400.me:7400/manuals/hp8562a
8562A的拆解请见上篇：
HP 8562A 1kHz-22GHz 频谱分析仪拆解