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Was mir in meinem Labor schon lange fehlte, war ein vernünftiges
Messgerät für Audio Anwendungen, da ich nach längerer
Abstinenz mal wieder was mit Audio machen möchte. Eigentlich sollte es ein kleineres System für Pegel und Klirrmessungen werden. So etwas gibt es von vielen Herstellern, es sollte etwas preisgünstiges sein von HP, National oder ähnlichen Herstellern. Oder einer der selektiven NF-Pegelmesser von Wandel und Goltermann, die sich ebenfalls dafür ganz gut dafür verwenden lassen. Noch besser Geräte der Klasse Audio Precision System One, Rhode und Schwarz oder Neutrik. Aber es ergab sich über einen langen Zeitraum keine Möglichkeit von den gewünschten Geräten etwas zu bekommen, was in meine Preisvorstellung passte. Doch irgendwann bot bei eBay ein Händler ein wahres Monster von Audio Analyzer an, ein Wandel und Goltermann NFA-1. Nie vorher was darüber gehört, im Netz war darüber auch nicht viel zu finden, außer von zwei Gebrauchtgerätehändlern die Datenblätter. Die waren durchaus beeindruckend. Ein paar Daten kurz zusammengefasst, die Gesamtbeschreibung würde jeden Rahmen sprengen. Wer sich für die Details interessiert sei auf die Informationen im Internet verwiesen. Gemessen werden können Breitbandpegel, Selektivpegel, Klirr, Störspannungen (mit Bewertungsfiltern und ohne), Phasen und Amplitudenverhältnisse. Der Eingangsteil arbeitet 2-kanalig und funktioniert für Pegel und Frequenzmessungen bis 200kHz, Phasenmessungen bis 60 kHz. Die Eigenstörung liegt meistens unter -90 dB. Daraus resultiert auch die kleinste Auflösung bei Klirrmessungen von 0.001% bei Verwendung des eingebauten Generators. Der Hersteller selbst gibt nur -80dB an, das ist der schlechteste Wert, der in einem kleinen Bereich bei ca. 10kHz auftritt, ansonsten sind die Eigenstörungen wesentlich besser, im besten Fall sind es fast -100dB. Der Analyzer ohne Generator hat eine noch bessere Dynamik. Klirr kann bis zur neunten Harmonischen gemessen werden. Bei allen Messungen können die Parameter, Filter, Auflösungen, Schrittweiten usw., in sehr weiten Bereichen verändert werden. Der Generator liefert Signale bis 60 kHz, es können dabei bis zu 17 verschiedene Frequenzen gleichzeitig erzeugt werden. Es können jeweils 99 Setups, Referenzkurven und Toleranzmasken gespeichert werden. Zudem ermöglichen die Zusatzmodule umfangreiche Messungen an Plattenspielern und Tonbandmaschinen. Das ist inzwischen natürlich obsolet, außer man betreibt eine Werkstatt für historische Revox Maschinen. Entsprechende Mess-Schallplatten sind ebenfalls nicht mehr erhältlich. Das ist jetzt heutzutage nichts extrem beeindruckendes mehr, aber auch nicht schlecht, aber man kann auch heute noch eine Menge mit dem Gerät machen. Dazu kommt auch, dass das Gerät eben extrem flexibel ist, man kann alles mögliche konfigurieren und kombinieren, die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Das Gerät wurde als defekt angeboten, der Defekt war aber sehr dezent beschrieben. Ein Error 53 würde nach dem Einschalten angezeigt, aber nach Bestätigen einer Taste bootet das Gerät durch. Ob es danach auch funktionierte oder nicht stand nicht dabei Der Verkäufer betonte noch, dass er nix weiteres über diesen Error wusste. Nun ja, hört sich so an, als wäre z.B. nur der Akku für den Setup defekt und nach Bestätigung der Fehlermeldung ist das Gerät einsatzbereit. Nur Akku tauschen und alles ist ok... Leider waren im Netz keinerlei Serviceinformationen zu dem Gerät zu finden. Egal, auch wenn es nicht rational ist, beim Anblick des Monsters war mir sofort klar: Haben will! Zumal auf den Bildern zu erkennen war, dass das Gerät mit nahezu allen erhältlichen Optionen ausgestattet war und mit der erweiterten Software. Zudem war es die letze Hardwarerevision "D". Das war aus dem Vergleich der Händlerangebote mit den Aufklebern auf dem Gerät zu ermitteln. Solche Geräte werden noch für bis zu 3500 Euro gebraucht und voll funktionsfähig angeboten. Ich habe mich auf einen Kaufpreis von 500..800 Euronen eingestellt. Das wäre ich zu bezahlen bereit gewesen. Doch es kam anders. Zu meinem ungläubigen Staunen und vermutlich zum Entsetzen des Verkäufers ging das Gerät für 301 Euro weg- an mich.... Wahrscheinlich hat die Komplexität des NFA-1 und der mysteriöse Error 53 viele Bieter abgeschreckt. Zurecht, wie sich noch zeigen sollte.... Nach zwei Wochen ungeduldigem Warten und einer freundlichen Nachfrage nach dem Verbleib des Gerätes klingelte an einem Samstag Vormittag ein Paketzusteller, stellte am Hauseingang eine 30 KG schweren Kiste ab und beeilte sich wegzukommen, bevor ich unten ankam. Somit durfte ich das Ganze alleine in das dritte OG schleppen... |
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Als erstes geht es darum eine Bestandaufnahme zu machen und das
Gerät etwas kennen zu lernen. Leider standen mir, wie schon
erwähnt, keinerlei Manuals zu Verfügung. Es musste also erst mal
ohne gehen. Das Gerät startete mit einem Countdown (Selbsttest) und meldete dann "ERROR 53, press Key". Nach Betätigung einer Taste kam dann die Meldung "Gerät wird kalibriert" und nach einiger Zeit: "Kalibrierfehler" und der Hinweis, man möge den Selbsttest starten. Das ist schon mal ganz übel und wurde von dem Verkäufer "vergessen" zu erwähnen. Dann schien das Gerät bereit zu sein. Beim Herumspielen in den Menüs lernte ich einige Teilfunktionen kennen. Wichtig waren unter anderem die Selbsttest-Funktion, der Generator und einige Grundfunktionen wie selektiver Pegel, Breitbandpegel, Klirrmessung. Zuerst habe ich den Selbsttest gestartet. Dabei kam das hier raus: Ein Fehler in der Master CPU, im Quarzgenerator und im ZF Filter wurden angezeigt. |
| Als der Selbsttest einige Zeit
gelaufen war, war eine Art Rauschen aus
dem Gerät zu hören und der Bildschirm flackerte leicht. Zeit
zum sofortigen Ausschalten und Öffnen des Gerätes. Der Anblick, der sich einem nach dem Öffnen bietet, ist schlichtweg atemberaubend. Aber dazu später mehr bei der Beschreibung des Inneren. Eine erste Sichtung zeigte schon mal was interessantes. An dem Netzteilmodul befindet sich am Gehäuse außen ein Modul für die Versorgung der Speicher bei ausgeschaltetem Netz. Die Spannung wird mit 3 Akkus gehalten, 3 AAA Akku-Zellen, die sich auf dem Modul befinden. Statt der Akkus waren 3 Standard-Batterien eingesetzt, einer der Kontakte, der die Akkus hält, fehlte und der Pluspol einer Batterie war über ein Stück Draht mit dem Rest der Klemme verlötet. Die noch vorhandenen Klammern waren leicht korrodiert. Der Vorbesitzer vermutete also ebenfalls, dass der Error53 mit den offensichtlich vergammelten Akkus zusammenhing und baute zum Testen statt dessen 3 Primärzellen ein. Eine sehr dumme Idee, da hier ständig ein Ladestrom im Betrieb fließt. Das hätte bei längerem Betrieb eine riesen Schweinerei gegeben. Ich schaltete das Gerät wieder ein und ließ es laufen, bis das Geräusch wieder auftrat. Es kam eindeutig aus dem Netzteilmodul. Offensichtlich eine Regelschwingung. |
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Links befindet sich das Schaltnetzteil für die digitalen 5 Volt,
rechts werden über Linearregler 5 Spannungen für die
Analogstufen erzeugt. Der Schaltregler war ok, die Ausgangsspannung stimmte
und es waren
keine auffälligen Störungen in der Spannung zu sehen. Ein ESR Test bescheinigte allen Elkos in dem Teil beste Gesundheit. Ganz anders sah es in der Analog-Abteilung aus. Es war sofort zu erkennen, dass bei einigen Elkos die Kunststoffumhüllung stark geschrumpft war. Die Linearregler sind alle mit ICs aus der LM317/337 Reihe bestückt. Bei allen 5 Regler-ICs waren die Elkos, mit der die Spannung am ADJ Pin entstört wird, defekt. Sie hatten nur noch ca. 30% ihrer Kapazität und einen sehr hohen ESR von über 20 Ohm. Die erste Arbeit war also, diese Elkos zu ersetzen, zudem tauschte ich auch die Tantal-Elkos am Ausgang der Spannungsregler gegen Typen aus aktueller Fertigung aus. (Die Hersteller der Spannungsregler schreiben hier zwingend Tantals vor) Zudem wurden die Ladeelkos überprüft, die aber in Ordnung waren. Das instand gesetzte Netzteil wurde unter Last getestet, alle Spannungen stimmten und waren sauber. Regelschwingungen traten keine mehr auf. Ehrlich gesagt, dieser Fehler ist mir ein absolutes Rätsel. Die defekten Elkos werden nicht mit Rippleströmen belastet, da sie hochohmig an die ADJ Pins der Regler angeschlossen sind. Sie sind auch nicht so platziert, dass sie übermäßig warm werden können. Das ist schon etwas seltsam. |
| Das nächste war die
Akkuversorgung. Die alten Akkuhalter waren
korrodiert bzw. fehlten teilweise, der Rest wurde von mir entfernt. Ich
habe sie durch Standard-Batteriehalter ersetzt. Das passt zwar
nicht genau auf das Board und sieht nicht so schön aus wie das
Original, aber es funktioniert. Zudem gibt es auf dem Markt schlichtweg nichts anderes zu kaufen. Als Akkus habe ich die wirklich guten Sanyo Eneloop Akkus eingesetzt, die auch eine sehr geringe Selbstentladung haben. Genau das richtige für diese Anwendung. Somit war das Netzteilmodul wieder in Ordnung und wurde zu weiteren Tests wieder eingebaut. |
| Der NFA-1 begrüßte
mich wieder mit einem "ERROR53, press
Key". Aber auch nach langer Betriebszeit blieb das Netzteil stabil, ein
erster Fehler war also beseitigt. Aber das war eben das geringste
Problem von allen. Nun ging es weiter darum, eine Bestandsaufnahme zu
machen. Zuerst versuchte ich den Generator in Betrieb zu nehmen. Das Ergebnis war sehr ernüchternd, was da raus kam, hatte mit einem Sinus meistens nichts zu tun. Stellte man per Keyboard eine Frequenz ein, so wurde sie zwar auf dem Display angezeigt, der Sinus sah dann aber so aus: |
| Benutzte man den Drehknopf zur Frequenzeinstellung, so änderte sich zwar die Kurvenform, die angezeigte Frequenz auf dem Display blieb aber immer konstant. Zudem piepst das Gerät mit jeder Bewegung des Drehgebers. Das bedeutet hier keine Bestätigung sondern das der Befehl nicht ausgeführt werden kann. Nur ab und zu und nicht reproduzierbar gelang es mit dem Drehknopf einen Sinus zu erzeugen, aber nur mit den sehr niedrigen Frequenzen von entweder 10Hz oder 29Hz. |
| Alle weiteren Versuche blieben erfoglos, das einzige, was funktionierte war die Messung eines Breitbandpegels über die Zeit, hier auf dem Bild sieht man eine eingespeiste Spannung eines Funktionsgenerators, bei dem am Pegel gedreht wurde. Zumindest der A/D Wandler schien zu funktionieren. |
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Sonst funktionierte rein gar nichts, das Gerät war so vollkommen
unbrauchbar. Es machte in den meisten Fällen einfach nichts
und verwies penetrant auf die fehlende Kalibrierung. Gelegentlich blieb es
auch hängen und war nur durch aus
und wieder Einschalten zu reanimieren. Nix also mit leerem Speicherakku
und schnell lösbarem Fehler..... So gesehen relativierte sich der Kaufpreis dann doch, denn dies war mit Sicherheit auch dem Verkäufer bekannt. Nun ja, ich hatte ein defektes Gerät gekauft und musste nun sehen, wie ich weiterkomme. Es ging ab jetzt nur noch mit einer systematischen Fehleranalyse weiter, dazu sind die Serviceunterlagen für das Gerät unabdingbar. Ohne diese hat man in dem Zustand nicht die geringste Chance. Man braucht die Bedeutung der Fehler im Selbsttest, eine Schaltungsbeschreibung, die Beschreibung der Service-Modes und selbstverständlich die Schaltbilder. Frei war das nirgends verfügbar, bei den bekannten Anbietern von Service-Manuals gab es auch nichts. Die Rettung war ein bekannter Gebrauchtgerätehändler in Zwingenberg, der auch Manuals verkauft. Dieser hat ein großes Angebot für Geräte von Wandel und Goltermann auf seiner Website, das NFA-1 war aber nicht dabei. Inzwischen leicht verzweifelt habe ich bei der Firma nachgefragt, und siehe da, man konnte mir das Bedienmanual, das Service-Manual und die Schaltpläne als Paket anbieten, zu einem sehr professionellen Preis allerdings. Dieser verdoppelte den Einkaufswert meines NFA-1 fast. Aber was sollte ich machen, ich hatte nun die Wahl aufzugeben oder halt noch mal 200 Euros locker zu machen. Ich biss die Zähne zusammen und entschied mich für letzteres und zwei Wochen später kamen 3 dicke Ordner, gefüllt mit doppelseitigen Kopien. Letztendlich muss man sagen, dass der Spaß zwar teuer war, die Qualität und der Umfang der Kopien aber den Kaufpreis rechtfertigt. |
| In der Wartezeit bis zur Ankunft
der Ordner habe ich die Zeit genutzt und alle EPROMs ausgelesen und
gesichert. Das sollte man grundsätzlich bei so alten Geräten
machen,
denn ein so langer Datenerhalt garantiert kein Speicherhersteller. Ein
Verlust oder eine Veränderung des Dateninhaltes der EPROMS wäre
fatal, die Zeit, die man
für die insgesamt 16 EPROMs zum Auslesen benötigt ist gut
angelegt. Jetzt konnte es also endlich losgehen. Das begann mit dem ausführlichen Studium der Dokumentation. Das nimmt schon mal ein paar Tage in Anspruch, bis man sich da durchgelesen hat und einen umfassenden Eindruck von dem Gerät gewinnt. Zuerst mal zu den Fehlermeldungen. Der Error 53 entspricht dem Fehler 3 beim Selbsttest der Master-CPU Baugruppe. Laut Manual ist er fatal und führt zur Unbrauchbarkeit des Gerätes. Das habe ich auch schon bemerkt... Hier muss nun die Digitalabteilung des Gerätes erst etwas beschrieben werden. Sie besteht im wesentlichen aus 4 CPU Karten, verschiedenen I/O Karten und der Grafikkarte. Es gibt eine Master-CPU Karte, die für die allgemeine Ablaufsteuerung verantwortlich ist, eine Co-Prozessor-Karte, welche die Messdaten verarbeitet, die Sender-CPU Karte, welche die Generatorsignale digital erzeugt und den Bildrechner, welcher die Grafiken aus den Daten erstellt und an die Grafikkarte weitergibt. Master-CPU und Co-Prozessor sind mit einer 8085 CPU und einem mathematischen Co-Prozessor ausgestattet. Das ist ein Arithmetik-Prozessor Typ AM9511A von AMD (Identisch mit dem Intel 8231A), einer der ersten Arithmetik-Prozessoren auf dem Markt. Der Bildrechner erhält eine weitere 8085 CPU, der Sender-Prozessor eine 8086 CPU. Error 53 bedeutet, dass der Arithmetik-Prozessor auf der Master-CPU Karte nicht funktioniert. Das ist natürlich fatal, da alle Rechenoperationen von den Grundrechenarten über trigonometrische Funktionen und Logarithmusberechnungen usw. von dem 9511 ausgeführt werden, der 8085 wäre dafür viel zu langsam. Die anderen Fehler deuteten auf Probleme im Analogteil hin, die interessierten mich jetzt aber erst mal nicht weiter. Zuerst musste die Master-CPU wieder laufen, das hatte Priorität. In der Dokumentation ist ausführlich beschrieben, wie man auf der Karte selbst weitere Testroutinen startet. Mittels DIP Schalter kann man Testroutinen für RAM, ROM und Arithmetik-Prozessor direkt ausführen. Auf dem Board befindet sich eine Service-LED, die dann sehr wichtig wird. Ich hatte ja das Glück, dass wenigstens die CPU auf der Master-CPU Karte noch läuft und somit auch die Testroutinen. Im nächsten Schritt wurden alle Digitalkarten bis auf die Master-CPU herausgezogen. Die Dip Schalter habe ich zuerst in Stellung ROM-Test gebracht. Bei erfolgreich verlaufendem Test soll die LED im Sekundentakt blinken. Das machte sie auch. Genau so wie beim RAM-Test. Die Tests funktionieren also grundsätzlich. Nun startete ich den Arithmetik-Prozessor Test. Die LED leuchtete permanent. Das bedeutet, dass das Testprogramm auf einen Fehler gestoßen ist und hängen bleibt. Das Problem lag also eindeutig im Bereich des Arithmetik-Prozessors, es waren keine anderen Karten mehr beteiligt, die das Ergebnis hätten verfälschen können. Als erstes habe ich die Versorgungsspannungen (der Chip benötigt 5v und 12V) überprüft und die Taktfrequenz, welche mittels eines Teilers von der CPU Frequenz abgeleitet wird, Es war natürlich alles vorhanden und korrekt, wäre ja auch zu einfach gewesen. Als nächstes habe ich die beiden Arithmetik Chips untereinander zu getauscht, der Arithmetik-Chip auf der Coprozessor-Karte funktionierte ja. Ergebnis war das selbe, es war also nicht der Chip defekt. Zum Glück, denn einen solchen Exoten zu besorgen hätte wieder ein großes Loch in die Kasse gerissen, falls der überhaupt noch zu beschaffen ist. Der Arithmetik-Chip ist in den selben Bus eingebunden wie RAM und ROM, er wird genau so angesprochen wie die Speicherchips. Der Adress/Datenbus funktionierte aber, sonst würde gar nichts gehen. Nun waren hauptsächlich die Adressedekodierung und das Chip-select Signal interessant. Chip-select wird abgeleitet aus einem bestimmten Adressbereich und dem Zustand einiger Steuerleitungen. Zudem werden die Adressen soweit ausdecodiert, dass das Befehls und Datenregister des Chips angesprochen werden kann. Da ich keine passende Verlängerungskarte hatte, führte ich die A0 des Chips und die CS Leitung nach außen und schaute mir das auf dem Oszilloskop an. Beim Start der Testroutine bewegte sich A0, die CS Leitung blieb aber konstant auf 1. Das ist ein ganz eindeutiger Hinweis auf den Fehler, denn die Testroutine muss CS auf low setzen, sonst ist kein zugriff auf den Arithmetik Chip möglich. Zum Glück wird das CS Signal nicht von einem PAL erzeugt, sondern aus der logischen Verknüpfung mehrerer Steuer und Statussignale mittels Standard Logik-Chips der 74HC Reihe. Eine Analyse der Schaltung ergab, dass eigentlich nur 3 Chips in Frage kamen, die defekt sein konnten. Ich habe beschlossen, diese drei ohne weitere Fehlersuche zu tauschen. Ansonsten hätte man weitere Signale nach außen legen müssen und bei fehlendem oder undefiniertem Pegel weiß man auch nicht ob nun ein Ausgang oder ein Eingang eines Chips defekt ist. Zudem reden wir hier von Centbeträgen. Erster Chip getauscht, LED bleibt immer noch an. Mist, das selbe mit dem zweiten. Auch jetzt blinkt nichts. Sch****, wenn das beim dritten auch so ist, fange ich wieder von vorne an. Leicht nervös also den dritte Chip ausgetauscht, ein 74HC27, ein dreifach nor Chip mit jeweils drei Eingängen. Nach einer endlos erscheinenden Sekunde fängt die LED tatsächlich an zu blinken. Immer wieder ein unglaublich schönes Gefühl, so etwas.... |
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Nun also die anderen Karten wieder rein gesteckt, die Schalter auf
Normalstellung und den NFA-1 einschaltet. Nun begrüßte er
mich mit einem "ERROR 31 Press Key". Ein besorgter Blick in das
Service-Manual gab
Entwarnung, es bedeutet nur, dass die Checksum des RAM Inhaltes falsch
ist. Ist auch logisch, die Karten waren ja spannungsfrei für einige
Zeit. Nachdem die anykey Taste gedrückt wurde kam wieder die
gefürchtete Meldung: "Gerät wird kalibriert". Dieses mal aber
piepst das Gerät nicht das Thema
aus Beethovens 5ter, sondern es piepst gar nichts, statt dessen war das
Gerät eine Weile mit sich selbst beschäftigt,
ab und zu klickte ein Reilais, sonst war nichts aufregendes zu bemerken.
Nach einiger Zeit kam die Meldung: "Standardeinstellungen
werden verwendet". Das sah schon mal sehr viel besser aus! Aber da waren ja noch die anderen Fehlermeldung des Selbsttestes. Davon wollte dieser aber nichts mehr wissen. Es wurden keine Fehler mehr angezeigt. Schade, hatte ich mich doch schon auf die Fehlersuche im Analogteil gefreut.... Nächster Test war der Generator, Ein Sinus von 1kHz eingestellt und auf dem Oszilloskop erschien nun ein sauberer Sinus von 1 kHz. Auch der Drehregler funktionierte nun und die Frequenz lies sich durchstimmen. Auch beim Testen der Klirrmess-Funktionen, selektiver Pegelmessung usw. zeigte sich: Alles funktioniert nun. Ein Chip für 11 Cent hatte ein Gerät außer Betrieb gesetzt, welches in dieser Ausstattung mal um die 46000 DM gekostet hat. Das sich der Fehler so extrem ausgewirkt hat ist verständlich, denn bei jeder Rechenoperation hat die CPU statt des Ergebnisses nur chaotische Daten des Busses empfangen, der sich im tri-state Modus befand, da der Arithmetik-Prozessor ja nicht aktiv wurde. Nun sind all die scheinbar zusammenhangslosen Fehler erklärbar. So, wer bis hier mit dem Lesen durchgehalten hat, bekommt zur Belohnung noch ein Paar Bilder des NFA-1 zu sehen. Das Gerät ist im Analogteil aufgebaut wie ein HF Spectrum Analyzer. Die einzelnen Analog Baugruppen (Mischer, ZF-Verstärker, Filter, Gleichrichter, Oszillatoren usw.) befinden sich alle in massiv abgeschirmten Gehäusen, diese wiederum sind wie auf dem Blockschaltbild des Gerätes zusammengesteckt. Das sieht extrem beeindruckend aus, ich habe noch kein NF Gerät gesehen, das so aufwändig aufgebaut ist. |
| Zum Abschluss noch ein paar Bilder aus dem Betrieb, Sorry für die schlechten Fotos, aber meine Kamera kommt mit dem Bildschirm des NFA-1 überhaupt nicht klar. In Wirklichkeit ist das viel schärfer. Nächste Aufgabe wird es sein, die GPIB Schnittstelle in Betrieb zu nehmen und daran einen Plotter-Emulator zu betreiben. Gemessen wurde der 1 kHz Sinus eines Funktionsgenerators mit MAX038 Chip. |
| Es wird noch eine Weile dauern, bis ich das Gerät beherrsche, aber das, was ich bisher damit gemacht habe, begeistert mich restlos. Es gilt nun das Bedienmanual durchzuarbeiten, das wird noch viel Zeit in Anspruch nehmen. |
