| Das Tektronix TDS 540 ist ein leistungsfähiges Digitaloszilloskope aus dem Jahr 1991. Es ist ein Gerät der ersten TDS 5XX Serie. Die TDS 5XX Serie gab es in vielen Varianten, in den Revisionen A, B und C (die sich teilweise im Aufbau und in der Ausstattung erheblich unterscheiden), zudem mit verschiedenen Speicherausstattungen, monochrom oder color, mit zwei oder mit 4 Kanälen. Mein TDS 540 ist mit 4 Kanälen ausgestattet, jeder hat eine Analogbandbreite von 500MHz, die Empfindlichkeit beträgt 1mV..10V/Div . Die Echtzeit-Samplingrate beträgt 250MHz bei gleichzeitig 3 und 4 Kanälen, 500MHz bei 2 Kanälen und 1GHz bei einem Kanal. Die äquivalente Samplingrate, die nur bei konstanten Signalen anwendbar ist, beträgt beachtliche 100GHz. Die kleinste Zeitauflösung beträgt 500pS/Div. Es gibt zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten, um die Datenwandlung den Erfordernissen anzupassen. Dabei ist alles möglich einstellbar zwischen Peak-Detekt und Hi-Res, bei welchem mittels Digitalfilter das Quantisierungsrauschen der A/D Wandler reduziert wird. Nicht jede Messart ist für bestimmte Anwendungen geeignet, man muss hier sorgfältig auswählen, ansonsten kann es sein, dass man wichtige Signaldetails nicht sieht. Der 540 übernimmt auch automatisch zahlreiche Messfunktionen wie Effektivwert, Mittelwert, Frequenz, Anstiegs-Abfallzeiten, Duty-cycle, Überschwingen usw. Der Umfang entspricht dem, was auch mein LeCroy 9310A kann, die Messergebnisse der beiden Geräte waren bei einem Vergleich praktisch identisch. Mit Mathematikfunktionen hat es Tektronix hingegen zu der Zeit nicht so gehabt. Es gibt nur ein FFT Zusatzpaket, über welches mein Gerät nicht verfügt. Die Auswahl der Mathematik-Funktionen ist somit sehr übersichtlich, es gibt nur einen leeren Bildschirm. Kein Vergleich zu dem LeCroy, der schon in der Grundausstattung gut ausgestattet ist und in der vollen Ausbaustufe diesbezüglich keine Wünsche offen lässt. Dafür hat der Tek Triggerfunktionen, mit der logische Verknüpfungen der Triggerkanäle möglich sind, sowohl statisch als auch zustandsgesteuert. Somit kann man ihn als 4-Kanal Logic-Analyzer einsetzen. Berüchtigt sind diese Geräte, weil mittlerweile nahezu alle TDS5XX defekt sein dürften, falls sie nicht aufwendig instandgesetzt wurden. Und falls noch welche einigermaßen funktionieren sollten, dann werden die auch auf absehbare Zeit ausfallen. Das Internet ist voll von Fehlerbeschreibungen, gescheiterten und gelungenen Reparaturversuchen dieser Geräte. Es gibt zahlreiche informative englische und deutschsprachige Forenbeiträge, die sich in den letzten Jahren damit befasst haben. Liest man das durch kommt man immer nur bis zu einem bestimmten Punkt, denn einerseits ist die Ausfallursache offensichtlich, andererseits ist eine Reparatur dennoch mitunter sehr schwierig. Es gibt bei diesen Geräten zwei eingebaute Zeitbomben, die beide mit absoluter Sicherheit hochgehen werden. Die eine hat bei fast allen Geräten schon „gezündet“, die andere kommt in absehbarer Zeit auch noch zum Tragen. In folgenden Reparaturbericht gehe ich auf beide ein. Ich will aber eines gleich am Anfang anmerken: Leider wird diese Beschreibung auch einige Spekulationen erhalten, mehr als die meisten oft mehr oder weniger ratlosen Diskussionsteilnehmer verschiedener Foren weiß ich auch nicht. Das liegt daran, das Tektronix für die TDS540 der ersten Baureihe keinerlei brauchbare Serviceunterlagen veröffentlicht hat. Das offiziell veröffentlichte sog. „Servicemanual“ ist für eine Reparatur auf Komponentenebene vollkommen unbrauchbar. Neben jeder Menge nutzlosem Quatsch auf dem Niveau „Wie stecke ich den Netzstecker richtig ein?“ und „wie entferne ich den Staub aus dem Gerät“, enthält es nur einen unbrauchbaren Fehlersuchbaum, der damit endet, dass man entweder das Netzteil, das Monitorteil, das Prozessor oder das ACQ-Board tauschen soll. Tek selbst nimmt die Geräte nicht mehr zur Reparatur an. „Out of Service“, damit ist der Fall für Tek erledigt, man tut alles, um die Besitzer regelrecht zu zwingen, sich ein neues Gerät zu kaufen. Für das „Out of Service“ habe ich ja noch ein gewisses Verständniss, die Geräte sind mittlerweile über 20 Jahre alt, irgendwann ist eben Schluss. Für den Umstand, dass es kein brauchbares Servicemanual mit Schaltplänen und Schaltungsbeschreibungen gibt, fehlt mir dieses aber vollkommen. Ganz besonders auch wegen der Tatsache, dass es für die B-Version des 520/540 dieses Manual gibt, komplett mit Schaltplänen und Schaltungsbeschreibung. Es ist unter folgendem Namen bei mehreren Quellen (auch bei Tek selbst) zu finden: 070971003 TDS520B Mod CM Digitizing Oscilloscope Component Service Manual.pdf. Nur hilft einem das für die A Version fast gar nichts, der Aufbau der B-Version unterscheidet sich erheblich von der A-Version, es werden überwiegend ganz andere ICs eingesetzt. Nur das Netzteil und das Monitorteil sind gleich. Unzählige TDS540/520 (und auch die „kleineren“ 300er und 400er Serien) dürften mittlerweile verschrottet worden sein, einige landen regelmäßig bei eBay als Defektgeräte. Die Fehlerbeschreibung ist eigentlich immer die selbe: Fehlermeldung : FAIL ++Acquistion und/oder FAIL ++ATN ACQ Interface. Manchmal ist noch ein Messbild zu sehen, meist instabil und mit zu großem Offset, oft funktioniert aber gar nichts mehr. Auch bei mir fing es mit einem Angebot bei eBay an.
 <Verkaufszustand.jpg> Da ich bereits ein recht gutes DSO besitze (LeCroy9310A), habe ich da eigentlich nur aus Interesse mitgeboten, um auch mal so ein Problemgerät zu untersuchen und sehen, wie weit ich denn so komme bei der Reparatur. Die Auktion hatte ich nicht gewonnen, weil ich mich da nicht besonders bemüht habe. Na gut, auch egal, macht nichts, Geld gespart, dachte ich zuerst. Ein paar Tage später meldete sich der Verkäufer und teilte mir mit, dass der Käufer nun doch nicht will und ob ich vielleicht noch Interesse.... Vernunft und Interesse führten einen kurzen Kampf gegeneinander und ein paar Tage später lag das TDS540 dann doch auf meinem Behandlungstisch..... Insgesamt war das Gerät in einem guten Zustand, nur minimal verschmutzt, keine mechanischen Beschädigungen, alle Gehäuseteile und auch die Frontabdeckung waren vorhanden. So sieht er von innen aus:
 <Prozessorboard> Oben das Prozessorboard. Darauf befindet sich die Haupt-CPU (68020), der Grafikteil, die Steuerung für die verschiedenen Busse, das IEEE488 Interface, Arbeitsspeicher der CPU, Datenzwischenspeicher für die Messdaten, Schnittstellen zum ACQ-Board, ein DSP mit seiner Peripherie sowie verschiedenen Schnittstellen zum Flash-Board (Darauf befinden sich die Flash-Roms mit dem Betriebssystem) und zum ACQ-Board. Auf den Bildern ist das Flashmodul mit dem Betriebssystem nicht zu sehen, es befindet sich hinter dem Frontpanel.  <Power> Unter dem Prozessorboard befindet sich unter einem Abschirmblech das Netzteil und die Monitorelektronik. Das Schaltnetzteil ist bereits mit einer aktiven PFC Schaltung ausgestattet, 1991 war so etwas noch nicht üblich. Sehr sinnvoll, damit wird die Netzversorgung im Labor nicht unnötig mit Oberwellen verseucht.  <ACQ> Auf der Unterseite befindet sich das ACQ-Board mit den A/D Wandlern, den Analog-Frontends, den Daten-Zwischenspeichern, den Triggerschaltungen und dem Timing für die A/D Converter. Vorne an der Frontplatte befindet sich das Attenuator-Modul. Die Ausfallursache dieser Geräte ist allgemein bekannt und auch nach Öffnen des Gerätes sofort zu sehen. In dem Gerät sind rund 90 smd Elkos verbaut, die ausnahmslos alle defekt und ausgelaufen sind. Das hat fatale Konsequenzen. Nicht nur, dass die Elkos alle keinerlei Funktion mehr haben, das ausgelaufene Elektrolyt führt zu massiven Korrosionsschäden und Kriechströmen auf den Leiterplatten. Die auslaufenden smd Elkos sind kein alleiniges Problem von Tektronix, man kann der Firma Tektronix hier keine Vorwürfe machen. Das ist ein weit verbreitetes Problem und betrifft alle Geräte aus den 90ern, die mit diesen Elkos ausgestattet sind. Bei diesen smd Elkos der ersten Generation verändert sich mit der Zeit der Kunststoffstopfen, mit dem der Elko unten abgedichtet wurde. Er quillt auf und verhärtet, damit wird der Elko undicht, das Elektrolyt läuft an den Anschlussdrähten heraus und verteilt sich auf der Leiterplatte. Im fortgeschrittenen Zustand kann man die Anschlussdrähte ohne Kraftaufwand aus dem Elko herausziehen. Zum ersten mal habe ich so etwas schon vor rund 10 Jahren gesehen bei der Reparatur eines Audio-DAT Recorders, der auch deswegen ausgefallen war. Viele Konsumergeräte fielen wegen des Problems aus und wurden dann verschrottet, weil eine Reparatur unwirtschaftlich war. Dadurch ist dieses Elkoproblem eigentlich verschwunden. Nur ein hochwertiges DSO verschrottet man halt nicht so schnell. Zur Behebung dieser Schäden geht man am besten folgendermaßen vor. 1: Alle drei betroffenen Boards ausbauen. Das ACQ-Board ist mit Abstand am stärksten betroffen, da hier wegen der 15V Versorgungsspannungen der OpAmps die größten Korrosionsschäden entstehen. Dann das CPU Board und unbedingt auch das Bedienpanel. In vielen Berichten sieht man, dass die Leute nur die Elkos auf dem ACQ-Board austauschen. Das ist nicht ausreichend, denn auf dem CPU Board funktioniert auch kein einziger Elko mehr. Damit sind einmal die Spannungen auf dem Board unsauber, zudem funktionieren Schaltungen wie z.B. die Reseterzeugung nicht mehr richtig. Auch das Bedienpanel wird oft ganz vergessen, obwohl auch hier dringender Reparaturbedarf besteht. 2: Alle Elkos müssen raus. Das ist eine sehr zeitraubende Angelegenheit, aber diese Zeit sollte man sich unbedingt nehmen und sehr sorgfältig vorgehen. Es sind rund 90 Elkos, die raus müssen. Beim Auslöten der Elkos ist größte Vorsicht geboten. Das Zinn ist durch das Elektrolyt korrodiert und ist kaum zum Schmelzen zu bringen. Deswegen muss man viel frisches Zinn zuführen, bis sich der Anschluss löst. Keine Gewalt anwenden, um nicht die Pads von der Leiterplatte zu reißen.  <VCO> Auf dem ACQ Board gibt es eine kleine Zusatzplatine, darauf befindet sich der VCO der Timingschaltung. Ich empfehle dringend, diese Leiterplatte auszulöten, denn ansonsten kommt man nur sehr schwer an die Elkos ran, auch die Reinigung und der Austausch korrodierter Widerstände ist schwierig. Dazu ist allerdings eine Entlötstation notwendig und ebenfalls ein sehr vorsichtiges Vorgehen, um die Multilayerplatine dabei nicht zu beschädigen. Ich habe während des Ausbaus in einer Liste jeden Elko mit Wert und Position aufgeführt. Es kommen zwei Elkotypen vor, 10µF und 33µF. Mit der Liste verhindert man Fehlbestückungen. Unter http://www.sphere.bc.ca/test/tek-parts/tek-info.html gibt es einen Link auf ein Dokument, welches 2004 von einem Techniker Namens Denis Cobley erstellt wurde. Er beschreibt das Elko-Problem ebenfalls und hat eine Grafik erstellt, wo die entsprechenden Elkos auf dem ACQ Board markiert sind. Das ist eine weitere gute Unterstützung, um Fehlbestückungen zu vermeiden.  <Schrott> Bei der Reparatur sammelt sich dann so einiges an Schrott an, das ist nur eine kleine Auswahl der Ausbeute. Sind alle Elkos entfernt, kommt der nächste Schritt. 3: Sorgfältigstes Reinigen der Leiterplatte. Das ist eine der wichtigsten Arbeiten, und genau hier schlampen einige. Oft werden einfach nur die Elkos getauscht und sonst nichts gemacht, dann geht in den Foren das Gejammer los, dass das Gerät immer noch nicht funktioniert. Das Reinigen ist wichtig, um die Elektrolyt-Reste VOLLSTÄNDIG zu entfernen. Einmal um die Kriechströme zu unterbinden, zum Zweiten um die Korrosion zu stoppen. Das CPU Board und das Frontpanel habe ich mit Isopropylalkohol und einer Zahnbürste mehrfach gereinigt, bis es sauber war. Das muss man so lange machen, bis wirklich alles weg ist. Ein Problem war das ACQ-Board. Hier waren die Verschmutzungen so massiv, dass ich einen anderen, radikalen Weg gegangen bin. Bei mir hat es geklappt, aber das muss jeder selbst abwägen, ob er das Risiko eingehen will. Das ACQ-Board wurde im Geschirrspüler gereinigt. Dazu folgendermaßen vorgehen: Im ersten Schritt wenn möglich die Frau zum Einkaufen mit ihren Freundinnen schicken, das erspart unnötige Diskussionen. Die Leiterplatte mit dem normalen Programm der Spülmaschine reinigen, dazu Standardtaps verwenden, keine „all in one“ Taps. Den Reinigungsvorgang rechtzeitig abbrechen, so dass Klarspülen und trocknen nicht ausgeführt wird. Das Board war danach sehr sauber, die Elektrolytreste, bis auf einige Verkrustungen, vollständig beseitigt. Wer nun meint, mich für bescheuert erklären zu müssen wegen der Spülmaschine, dem sei folgendes gesagt: In der kommerziellen Fertigung elektronischer Baugruppen werden Leiterplatten grundsätzlich auf Wasserbasis gereinigt, oft mit modifizierten Geschirrspülern. Diese Geräte haben einen geschlossenen Wasserkreislauf, als Reinigungsmittel kommen natürlich keine Geschirrspüler-Taps zur Verwendung, sondern spezielle Reiniger. Aber im Prinzip ist es das selbe! 4: Nach dem Reinigen kommt ein weiterer, sehr arbeitsintensiver Schritt, bei dem man sich viel Zeit lassen sollte. Alle Fehler und Defekte, die man jetzt übersieht, kommen spätesten bei der ersten Inbetriebnahme wieder gnadenlos zum Vorschein. Es geht nun darum, die Korrosionsschäden zu begutachten und zu beseitigen. Erst nach der Reinigung wird das Ausmaß der Schäden noch mal so richtig deutlich sichtbar. Auf dem ACQ-Board sind viele Bauteile, vor allem die an den 15V Versorgungen, zerstört worden. Viele OpAmps müssen ersetzt werden, weil sie so aussehen:  <Korrosion1> Vor allem OpAmps vom Typ 34002, TL074 und LM311 sind zerstört. Gar nicht erst versuchen, die zu reinigen, das sind Centartikel, die großzügig ersetzt werden. Der 34002 OpAmp von Motorola ist allerdings schwer bis gar nicht mehr zu beschaffen. Das macht nichts, er ist ohne Probleme durch einen TL072 zu ersetzen. Das selbe gilt auch für passive Bauteile. Alles an Widerständen und Kondensatoren, was auch nur im Ansatz korrodiert aussieht: ersetzen. Warum sieht man oft erst nach dem Ausbau. Hier ein smd-Widerstand von unten, der von oben nur minimale Verschmutzungen zeigte:  <Korrosion2> So etwas sorgt dafür, das Signale unsauber sind, Offsets weglaufen oder die Schaltung sich unvorhersehbar verhält oder gar nicht funktioniert. Ich habe über Tage hinweg immer wieder über die Leiterplatten geschaut, und immer wieder was neues entdeckt. Auch auf dem kleinen VCO Board mussten einige zerfressene Widerstände ersetzt werden, ich war froh, dass ich es ausgebaut hatte.  <Korrosion3> Mittels Isopropyl und Wattestäbchen werden noch die letzten Verkrustungen entfernt. 5: Nun kommt ein weiterer, sehr wichtiger Schritt, auf den man keinesfalls verzichten sollte. Durch die Korrosion ist es möglich, das Leiterbahnen und Durchkontaktierungen unterbrochen wurden. Das betrifft vor allem die Versorgung der OpAmps und die Verbindung der Elkos, weil hier hohe Spannungen die Korrosion gefördert haben. Auch wenn es lästig erscheint, man sollte alle Versorgungspins der OpAmps und alle Elkoanschlüsse mit einem Durchgangstester überprüfen, ob sie noch an dem entsprechenden Versorgungsnetz hängen, oder ob eine Leiterbahn unterbrochen ist. Bei meinem TDS540 habe ich keine Unterbrechungen feststellen können, da habe ich Glück gehabt. Das hängt überwiegend davon ab, wie lange ein Gerät mit ausgelaufenem Elektrolyt betrieben wurde. Im ungünstigsten Fall ist eine zerfressene Durchkontaktierung das Todesurteil für so eine Leiterplatte, denn wenn die Verbindung zu einem Innenleiter des 6-fach Multilayerboards unterbrochen ist, dann wird es sehr problematisch. Wenn man einige Berichte im Netz liest, kommt das wohl durchaus öfter vor. 6: Im letzten Schritt werden nun die neuen Elkos eingebaut. Ich empfehle wieder Elkos einzubauen, wie ursprünglich. Keine Tantals und keine Keramiktypen verwenden, es gibt mehrfache Hinweise in Foren, dass dann der VCO nicht mehr anschwingt. Ich kann das nicht verifizieren, aber es ist durchaus möglich dass die Spannungen dann so sauber sind, das der VCO nicht mehr anschwingt. Also keine Experiment hier und hochwertige 105°C Elkos einbauen!  <Fixed> Die instandgesetzten Boards sehen nun wieder einwandfrei aus, von den Zerstörungen ist nichts mehr zu sehen.  <Fixed1>  <Fixed3> Um den Timingcontroller herum ist eine Menge analoger Technik. Hier werden bei bestimmten Zeiten analog Rampen erzeugt, die zur X-Ablenkung und der Triggerschaltung notwendig sind. Details dazu erfährt man von Tek leider nicht. Aber wenn hier nicht sorgfältig restauriert wurde, gibt es Probleme bei der Wandleransteuerung. Hier wurden, bis auf eine Ausnahmen, alle OpAmps ersetzt.  <Fixed2> Auch im Bereich der Frontendelektronik (Die vorderen Chips mit den Kühlkörpern sind die VCAs und sampe&hold Stufen) wurden einige TL074 und zahlreiche passive Bauelemente getauscht. Übersehene Probleme führen hier u.a. zu unsauberen Signalen und starken Offsets und zu kryptischen Fehlermeldungen im Error Log.  <ACQ-RAM> Die Elkos bei den ACQ-Rams unter dem abgenommenen Abschirmblech sind relativ problemlos, hier gibt es kaum Korrosion, da hier nur 5V anliegen. Auf der CPU Karte wurden die selben Arbeiten gemacht, hier mussten ebenfalls noch ein paar passive Bauteile ersetzt werden, aber die Schäden waren hier bei weitem nicht so schlimm wie auf dem ACQ-Board.  <Panel> Auf dem Frontpanel waren auch umfangreiche Schäden vorhanden, hier musste ich außer den Elkos auch einige smd Transistoren ersetzen. Neben dem Tastaturcontroller und einer „Gongschaltung“, welche ein „bing“ statt einem schnöden Beep erzeugt, ist hier auch die Erzeugung des Abgleichsignals für die Tastköpfe untergebracht. Irgendwann waren diese Arbeiten alle abgeschlossen. Ein letzter intensiver Blick auf alle Leiterplatten, dann wurden sie wieder eingebaut und es wurde spannend. Hat sich die ganze Arbeit gelohnt oder startet der Tek mit einer Fehlermeldung und funktioniert genau so wenig wie am Anfang? Tief Luft holen, einschalten, warten bis der Selbsttest vorbei ist und...Schei*e! FAIL ++Acquistion steht da immer noch nach dem Selbsttest. Och nö, sehr enttäuschend. Erst mal eine Taste gedrückt, damit der Startbildschirm weg ist und der Messbildschirm kommt. Vielleicht sieht man ja wenigstens, dass sich doch etwas verbessert hat. Und man sah es! Nach Zuschalten von Kanal 1 war ein Strahl vorhanden, sauber, ohne Störungen mit einwandfreiem Offset. Er lies sich problemlos über den ganzen Bildschirm verschieben, bei Einstellung Offset 0 war er exakt in der Mitte. Das war doch schon mal gar nicht so schlecht, eine gewaltige Verbesserung. Auch die anderen drei Kanäle ließen sich zuschalten und waren einwandfrei. Nach Anlegen eines Sinussignals wurde dieses einwandfrei dargestellt, das Gerät triggerte auch ohne Probleme. Auch ein 100Mhz Signal wurde problemlos dargestellt, sowohl im Realtime mode als auch im Äquivalent mode. Ja was gibt es denn dann von dem Selbsttest noch herum zu mäkeln? Der erste Schritt war ein Blick in das Error Log im Menue DIAG/ERROR. Dort stand als letzter Eintrag: „SEVERE INTERNAL ERROR diagnostig test failure pu_diag sequence“. Aaah ja, das äh bedeutet....das bedeutet....also das bedeutet bestimmt irgendwas ganz wichtiges, leider bleibt es das Geheimnis von Tek, was es bedeutet. Tja, und jetzt? Nun es gibt noch eine Chance, nämlich die sog. SPC. Das bedeutet Signal Path Compensation. Das ist im CAL Menue zu finden und wird ausgeführt, um Offsets in den Eingangsverstärkern und im Trigger zu kompensieren. Tek empfiehlt das Ausführen von SPC immer dann, wenn sehr kleine Spannungen gemessen werden sollen oder die Raumtemperatur sich um mehr als 5°C geändert hat. Bei einem internen Fehler scheitert die SPC meistens und mit etwas Glück steht im Logfile verständlich drin, was nicht geklappt hat. Die SPC Funktion hätte ich eh starten müssen, denn im empfindlichsten Bereich (1mV/Div) machten die Kanäle einen Offsetsprung von fast einem Devision. Also SPC gestartet. Man sah wie der Offset der Kanäle kompensiert wurde, das schien geklappt zu haben. Dann war der Trigger dran. Das Gerät machte noch längere Zeit irgendwas, dann kam eine Fehlermeldung, dass der SPC gescheitert ist. Im Diag Menue war der SPC ab diesem Zeitpunkt mit „failed“ markiert. Nun noch mal ein Blick in das error log. Und Bingo, nun steht da doch noch was hilfreiches: „SEVERE EXECUTION ERROR 2260 Calibration failed triggers“. Interessant, mit dem Trigger stimmt anscheinend was nicht, obwohl mir bisher kein Problem aufgefallen war. Ich habe allerdings bis jetzt noch keine systematische Überprüfung aller Gerätefunktionen vorgenommen. Die Kompensation des Offsets bei 1mv/div hat allerdings funktioniert, der Offset war weg, die Eingangskanäle funktionierten nun fast perfekt. Warum nur fast kommt später im Bericht. So, nun musste ich mir den Triggerteil anschauen. Eine kurze Einführung in die Details der Triggerschaltung des TDS540. Diese besteht aus einem Analogteil und dem Digitalteil. Der Digitalteil befindet sich in dem Timig-ASIC neben dem Lüfter und in einem weiteren ASIC, der Analogteil ist in zwei gleichen Tek ASICS untergebracht. Jeder dieser beiden Chips hat 5 Signaleingänge, 4 Kanäle und ein externer Eingang. Zudem die verschiedenen Filter (HF-Recekt, LF Reject usw.) und den Komparator für die Triggersignale. Die Triggerschwelle des Komparators kommt von einem DAC, der auch die Steuerspannungen für die VCAs erzeugt. Sie werden über verschiedene Analogschalter vom DAC zugeführt und von einer Sample&Hold Stufe gehalten. In dem bereits oben erwähnten Dokument von Denis Cobley sind diese Chips gut beschrieben. Hier ein Auszug aus dem Dokument: -----------(C) by Denis Cobley------------- The Trigger signal goes to U1552 - Pin 9 is Ch1 , Pin 8 is Ch2 , Pin 10 is Ch3 , Pin 7 is Ch4 input. The inputs are selected by BCD code applied to pins 1,2,3. The logic is Ch1 – Pin1 L , Pin 2 H , Pin 3 H . Ch2 – Pin 1 H , Pin 2 L , Pin 3 H. Ch3 - Pin 1 L , Pin 2 H , Pin 3 L. Ch4 – Pin 1 H, Pin 2 L , Pin 3 L. All are high to switch output off when U1551 is selected for Aux Trigger. The Trigger amp IC (U1552) has it’s output (about 3V or more) on pins 20 & 21, this output is only present if the vertical channels are selected and the Trigger Level input on pin 16 is between the range of +/-700mV. -----------(C) by Denis Cobley-------------
Hier die beiden Chips:
 <Trigger> Der rechte Chip ist der Hauptchip. Aus den VCA-Chips jeden Kanals geht ein Signal in den entsprechenden Eingang beider Chips, zudem die Auswahlsignale. Wenn alle Auswahlsignale auf high sind, wird bei diesem Chip auf Netztrigger umgeschaltet. Bei dem linken Chip wird in dem Fall auf AUX Trigger geschaltet, der über eine BNC-Buchse von der Geräterückseite zugeführt wird. Den AUX-Trigger habe ich als nächstes getestet, es zeigte sich, dass das Oszilloskop nicht triggerte, wenn das Triggersignal über AUX-Trigger zugeführt wird. Ein erstes konkretes Fehlerbild. Der Grund, warum hier überhaupt zwei dieser Chips eingebaut sind liegt vermutlich darin, dass sie für die Logic-Analyzer Funktion benötigt werden. Hier werden dann die Triggerereignisse der beiden Chips entsprechend kombiniert. Das funktionierte auch nicht, in dem Logic-Analyzer Modus triggerte das Gerät nie, egal was man einstellte und obwohl die Triggerbedingungen gültig waren. Ich habe nun alle Signale an den beiden Chips gemessen. Der rechte diente als Referenz, denn der Funktionierte ja. Alle Eingangssignale waren zu sehen, die Komparatorspannung war einwandfrei und lies sich mit dem Triggerpegel-Einsteller auf der Frontplatte verändern. Der einstellbare Bereich stimmte mit den Angaben von Denis Cobley überein. Am Ausgang des Chips lag das Triggersignal als ECL Signal an. Ich habe zum Vergleich beide Chips abwechselnd in den AUX Mode gebracht. Wie oben beschrieben waren dabei alle Auswahlpins auf high. Am linken Chip gab es zwei Abweichungen. Am ECL Ausgang lag grundsätzlich nur ein statisches Signal an. Am Eingang 5 lag aber das externe Triggersignal korrekt an, es wird von der Buchse über einen Vorwiderstand zugeführt, der Eingang ist mit einer Doppeldiode, welche die Spannung auf +/- 0.6V begrenzt, geschützt. Die einstellbare Komparatorspannung war ebenfalls vorhanden, sie lies sich auch mit der Triggereinstellung ändern. Das war also auch ok. Auch die Pegel an den Auswahlpins stimmte. Aber am Chip kam eben nichts raus. An beiden Chips ist ein Tantalkondensator an einen Pin gelegt, der andere Anschluss des Kondensators liegt auf Ground. Am funktionierenden Chip ist dort ein kleines Signal zu sehen, bei niedrigen Frequenzen. Bei hohen Frequenzen ist da nichts zu sehen. Der Gleichspannungspegel liegt bei ca. 0V. Hier wird vermutlich das Signal in einen HF und LF Pfad aufgeteilt und Wechselspannungsanteile des Signals unterdrückt. Am linken Chip war an dieser Stelle nie ein Wechselsignal zu messen, dafür lag hier ein Offset von +3,4V an. Intuitiv würde man nun sofort sagen, dass dieser Offset eigentlich richtig ist, und beim rechten Chip der Tantal einen Schluss hat. Dem ist aber nicht so, denn der rechte Chip funktioniert einwandfrei, der linke nicht. Die Tantals waren beide in Ordnung. Tja, nun blieb nur der unerfreuliche Schluss, dass dieser Chip defekt ist. Vermutlich ist er das schon lange gewesen, denn im Error Log stehen 380 Einträge, die meisten vermutlich deswegen. Der Vorbesitzer hat halt die Fehlermeldung immer weg geklickt, das Gerät funktionierte ja, zumindest so lange, bis die ausgelaufenen Elkos ihm den Rest gaben. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das meine Geschirrspüler-Aktion den Chip zerstört hat, weil vielleicht Feuchtigkeit eingedrungen ist. Ich will das nicht ausschließen, obwohl so etwas eigentlich nicht passieren dürfte. Bei einem freundlichen chinesischen eBay-Händler, der öfter Teile geschlachteter Tek und hp Geräte verkauft, wurde ich fündig. Ich habe bei ihm schon mehrmals Ersatzteile gekauft und dadurch Geräte wieder instandgesetzt, die unvollständig waren. Zwei Wochen später hatte ich ein defektes ACQ-Board hier als Ersatzteilspender. Das Auslöten dieser Chips geht nicht ohne Spezialwerkzeug. Ich habe eine smd Heißluft-Reworkstation dafür benutzt mit passender Düse. Am defekten Board habe ich die optimale Einstellung von Temperatur und Luftmenge ermittelt, da man bei falscher Einstellung benachbarte smd Bauteile löst und von der Leiterplatte bläst. Der Chip des defekten Boards wurde nun auf das Board meines Tek gelötet. Letztendlich ist die Transplantation glücklicherweise ohne Pannen verlaufen. Auf dem Bild oben ist bereits der ausgetauschte Chip zu sehen.
Die Auswirkungen dieser Aktion zeigten sich sofort beim nächsten Einschalten:
 <Selbsttest> Na also, geht doch!  <SPC> Auch der SPC war nun einwandfrei durchgelaufen. Ich sprach am Anfang des Berichtes von zwei Zeitbomben, die sich in den TDS5XX befinden. Neben den Elkos ist hier die zweite:  <NV RAM> Ein NV Ram von Dallas, intern mit Lithiumbatterien gepuffert. Darin befinden sich neben des Setups die wichtigen Kalibrierdaten und die Hardwarekonfiguration des Gerätes. Nach 20 Jahren ist die vom Hersteller zugesicherte Datenhaltigkeit längst abgelaufen. Ein Verlust des Speicherinhaltes macht das Gerät unbrauchbar. Tek hat diesen Baustein auch noch eingelötet statt gesockelt. Ich habe ihn vorsichtig ausgelötet und eine Steckfassung eingebaut. So kann ich ihn demnächst kopieren und gegen einen neuen Speicherchip tauschen. Natürlich unterstützt mein Programmer genau diesen Chip nicht, nur den nächst kleineren, wie sollte es auch anders sein. Hier wird also mal eine Neuanschaffung notwendig. Man kann das Gerät auch selbst kalibrieren, was ohnehin ab und zu gemacht werden sollte. Hat man den Dateninhalt verloren, dann ist dies ohnehin unumgänglich. Aber auch hier macht es einem Tek wieder unnötig schwer. Man benötigt dazu eine Spezialsoftware für einen PC, damit wird über die GPIB Schnittstelle die Kalibrierung gesteuert. Nach einigem Suchen habe ich die auch im Netz was gefunden. Es ist eine DOS Software, die aber eigentlich für den TDS 544A ist. Angeblich funktioniert sie aber mit allen TDS 5XX. Überprüfen konnte ich das nicht, da ich sie derzeit nicht zum Laufen bringe. Dummerweise greift diese Software direkt auf die GPIB Karte zu und benutzt nicht die API von National Instruments. Damit funktioniert das ganze nur auf einem alten DOS Rechner mit passender ISA Karte, mal sehen, wo ich so etwas noch auftreiben kann. Bei einer letzten Überprüfung ist mir noch ein weiterer Fehler aufgefallen, der auch nichts mit dem Elko-Problem zu tun hat. Auf Kanal 1 ist kein Signal mehr sichtbar ab einer Eingangsempfindlichkeit von 100mV/Dev (bzw. ab 1V/Dev mit 10:1 Tastkopf) und darunter. Da war offensichtlich der Attenuator dieses Kanals defekt. Die Eingangsspannungsteiler sind beim TDS 540A in einem separaten Modul untergebracht. Im Blockschaltbild des 540B ist der Aufbau gut beschrieben, allerdings ist der Gesamtaufbau anders. Ich nehme nur den Teil raus, der mit dem 540 übereinstimmt.  <Att_sch> Das Signal geht zuerst über ein Relais, welches zwischen AC/DC umschaltet, ein weiteres Relais schließt den Eingang mit 80 Ohm ab. Drei weitere Relais schalten einen 1:1, 10:1 oder 100:1 Teiler zu. Diese Signale werden in einem Chip wieder auf eine Leitung gebracht, zudem nimmt der Chip eine Impedanzwandlung auf 50 Ohm vor. Die feinen Stufen der Empfindlichkeitseinstellung werden von der nachfolgenden VCA Stufe gemacht. Defekt musste der 1:1 Spannungsteiler sein. Ich vermutete ein defektes Relais.
Zuerst musste das Modul mal ausgebaut werden, was recht einfach ist.
 <Att_Modul> Nun muss man das Ding noch öffnen, daran versucht einem der Ausdruck links unten auf der Leiterplatte nachdrücklich abzuhalten. Auf der Leiterplatte befinden sich Schieberegister für die Relaisansteuerung und Polyswitch-Sicherungen für die 5/-5V und +/-15V, die zur Versorgung aktiver Tastköpfe dienen. Tja, es hilft nichts, trotz Warnung muss die Leiterplatte runter.
Dann kommt das zum Vorschein:
4 Hybridmodule, die in einen Kunststoffrahmen eingebettet sind. In dem
Kunststoffrahmen befinden sich zahlreiche winzige Goldkontaktfedern,
welche die Verbindung zwischen Hybrid und Leiterplatte herstellen. Man
muss peinlichst darauf achten, das ja keiner dieser Federn
herausfällt, die findet man nie wieder! <Att1>  <Att2>  <Att3>  <Att4> Hier nochmal größer Eine Vergleichsmessung an einem anderen Hybrid zeigte, dass der ursprüngliche Wert 90 Ohm betragen hatte. Der defekte Widerstand war vollständig unterbrochen. Vermutlich ist das ein Dämpfungswiderstand im 1:1 Teiler. Wie man den allerdings so durchschießen kann ist mir ein Rätsel. Die Reste des verbrannten Widerstandes habe ich weggekratzt und mit zwei 1206 smd Widerständen die Verbindung wieder hergestellt.  <Att-patch> Nach dem Zusammenbau funktioniert der Attenuator wieder einwandfrei. Auch bei höchsten Frequenzen und bei steilen Flanken konnte ich keinen Unterschied zu den anderen Kanälen feststellen, so wie es aussieht ist das Modul also noch korrekt abgeglichen. Dennoch ist das natürlich eine Bastelreparatur, die man so nicht kommerziell machen darf! Bei einer professionellen Reparatur muss das Hybrid selbstverständlich ersetzt werden. Ich kann nicht garantieren, dass der Hybrid noch voll in der Spezifikation liegt, obwohl mir keine Abweichung aufgefallen ist. Zudem sind die Dickschichtwiderstände, die mit dem Keramik eine große Wärmeableitung haben, mit hohen Impulsleistungen belastbar. Ob meine zwei smd Widerstände da genau so belastbar sind, bezweifle ich. Aber für mich privat ist das ok so, das Gerät funktioniert nun einwandfrei, der Dämpfungswiderstand sitzt an einer Stelle, wo er keinen für mich erkennbaren Einfluss auf Genauigkeit und Frequenzgangverhalten hat. Alle weiteren Überprüfungen anhand der performance specification zeigten keine Abweichungen, das Gerät ist nun in einem sehr guten Zustand und voll einsatzfähig. Und obwohl ich eigentlich ein Fan von LeCroy bin, mag ich den TDS 540 inzwischen. Beide DSOs haben ihre spezifischen Stärken, ich setze sie beide gerne ein.  <600Mhz> Speziell bei sehr hohen Frequenzen ist der Tek gut brauchbar. Selbst 600Mhz sind noch darstellbar, auch wenn der Pegel nicht mehr stimmt und und man die Mittelwertbildung benötigt, um noch ein vernünftig aussehendes Signal zu erhalten. Aber das ist bereits weit außerhalb der Spezifikation und spricht für den Tek. |
Ich danke Karlheinz für die Zusendung von diesem Super Bericht und den schönen Fotos.
Was für ein Aufwand - von wegen " Reparier mal schnell " wie es häufig gesagt wird.
Karl-Heinz, thank you for the excellent text and the nice photos.
