高頻儀器維修 DIY-衛星訊號復活記[下集]

儀器維修-前情提要

有台衛星訊號的調變器Modulator出現Synth PLL fail的錯誤訊息，於是我嘗試要將它修好，便把Loop切開看看各個功能方塊是否正常，妙的是每個Function block竟然都是正常的! 今天要繼續往下追蹤，看看到底哪裡有問題?

我先把PLL的方塊貼上讓大家再看一次，上集的文章在這裡，高頻儀器維修 DIY-衛星訊號復活記[上集]。

不對稱電源

上集有提到，我發現PLL裡面的低通濾波器LPF有個OP運算放大器LT1128，一般來說OP都是接上例如+/-15V的對稱電源，但我發現這裡不是這樣接，經過測量它的正負電源並不對稱，如下所列：

+Vcc= +17V
-Vcc= -11V

雖然不見得這就是頻率抖動的原因，由於與一般用法不同，絕對是需要探究的項目。接下來就要找到這個電源的上游，但是這板子上整流器Regulator很多，數一數大概就20個左右了，在沒有線路圖的情況，只好先從靠近射頻RF線路附近的整流器開始找起，因為PLL就是位於RF電路的區域內，看會不會運氣好讓我猜到誰是上游。

泛黃的電路板

找問題一定要從不尋常的地方開始，我發現電路板上的整流器78M05附近有一小塊些許泛黃的區域，那裏的Trace線路顏色特別深如下圖，看來就是被高溫燒黃的，我想就從就這裡開始吧。

依照78M05的功用，應該要能輸出+5V，但實際測量卻只有+3.8V，這表示負載太重或說電阻太小，因此整流器被抽了太多電流導致輸出拉不住5V因而往下掉。

原先我以為78M05的輸入會是12V之類的，但實際測量卻發現輸入電壓為5.7V如下圖，而且輸入端還串接了3個130 ohm的並聯電阻，難怪輸入電壓會掉，這表示設計者知道這裡會發燙，我總覺得它是故意這樣設計的。

但這輸出小於5V我怎麼看都覺得有問題，所以先確認這顆78M05是否正常吧! 我把78M05的Output斷開也就是移除負載後，發現輸出端得到非常標準的5V，所以空載時它的電壓很正常，事實上我稍早前還拿了其他正常的7805來替換，結果也是得到3.8V輸出的結果，顯見確實是負載把電壓拉低了，看來原本的78M05並無故障。

根據78M05的Datasheet，它擁有輸出500mA都還能維持5V的驅動能力，要讓它的電壓下降，必須要抽掉比500mA要大的電流才有可能，因此我很確定在負載端，一定有個極大的Load。

檢查RF線路的 +5V

為了找出到底是哪個元件吃掉78M05的Output電流，我只能土法煉鋼，用電表的短路檔一個個找，最後找到射頻RF線路裡面的4顆元件是吃它出來的5V，如下圖的4個圈圈，至於原先要探討的OP amp不對稱電源就先擱著。

那麼這4個元件誰吃電最兇呢? 除非元件的電源有串接電阻，這樣可以透過電壓量測算出電流，否則還真的很難測量。幸運的是剛好其中兩顆AD8138的電源還真的有先串接22 ohm，應該是為了避免雜訊從電源串進來而這樣設計。

所以我只要量跨接電阻的電壓就能算出電流了，經過測量電壓是0.4V，所以流入AD8138的電流是18mA，兩顆就是36mA，比起78M05的輸出額定500mA要小太多了，所以凶手不是它們。

接著就剩兩顆IC了，這兩顆電源都是直接接5V，由於對象是儀器，既不能割線也不能拔IC來測量電流，又要判斷誰吃的電比較兇，左思右想只有觀察功率消耗最適合，若有消耗功率就會變成熱，所以馬上去跟別人借了一台熱顯像儀。如下圖，那簡直就是一台照妖鏡，白色就是最熱的，紅色、綠色次之，再來是藍色、黑色，誰吃電最兇當下立判，答案是調變IC AD8349。

雖然在上圖中會發現左邊的兩顆AD8138也出現2個白色的點，但他們並不是太高溫，為何也出現白色呢? 那是為了照片效果所以我把溫度臨界值調低了一些，讓每個元件都有點顏色，可以給大家看看熱顯像的樣子；若把溫度臨界值調高，那就只會看到右上方的AD8349是白色的，其餘都是黑的，這樣連我也不知道這個白點是誰，那不就有拍跟沒拍一樣。

其實AD8349就算正常工作所耗用的電流也是不少，如下圖大約也要130mA，但若電源的內電阻有問題應該會平白無故耗用更多電流，因為已經讓5V掉成3.7V了。

有了熱影像之後我很確定AD8349吃了非常多電流，為了確認是IC本身所耗用的電流，還是由附近的其他元件所消耗的，我把IC附近的電源電容拿下來確認，因為有時候是MLCC電容故障變成電阻效應，這個部分請參考遙控器耗電-竟然是這個零件做怪-換掉它一切就正常了，後來發現電容是正常的，因此幾乎可以確認是這顆AD8349調變器的電源有些微故障的情況。

甚麼是些微故障，就是電源端因故受到損傷，但卻還不至於將IC打死的地步，導致從電源看進去時，內電阻變小導致電流變大，但是整顆IC的功能卻是正常的，至於發生的原因嘛… 可能是電流突波、可能是靜電、也可能是自然老化，其實我不知道，這要送分析了才知道，對我來說要先修好才是重點。

但AD8349的腳位很密，就算有新品也不太好焊，而且它是調變器Modulator也就是這台儀器的重心，我很怕烙鐵溫度沒弄好讓PCB的銅箔翹起來，那就整台儀器毀了，由於在頻率穩定的時候，RF輸出訊號是正常的，所以AD8349的功能看來不受影響，因此拯救5V的行動我先暫時到此打住，。

+5V整流器吃了多少電流

基於好奇我計算了RF的5V線路到底吃了多少電流，由於整流器78M05的input與總電源12V之間串接了43 ohm的電阻，因此根據上面的電壓測量，電阻電壓為12-5.7=6.3V，流經的電流則為6.3V/43ohm=147mA，這個電流還滿大的耶。

難怪它要用3顆電阻來並聯，原廠工程師應該刻意設計讓大電流經過才會利用並聯來增加電阻能承受的功率，如果是這樣的話電阻應該會很燙才是，這種明知會很燙的東西我是不會用手摸的，所以我用熱顯像儀照了一下，果然燙到一個不行，難怪電路板會變黃。

檢查RF線路的負5V

剛剛檢查+5V電源的時候，發現電路板上的RF元件AD8138電源Layout似乎是對稱的，很可能是正負的雙電源，便查了它的Datasheet來印證了我的想法，它其實單電源、雙電源都可以接，而且正負電源可以是3V~5V。

但我剛順手量了一下，它的-Vcc大約是零點幾伏，若是單電源它就該是0V，若是雙電源只有零點幾伏也太不正常，所以我追蹤測量了一下，果然AD8138的-Vcc是與某顆IC接在一起，總之它一定不是GND。

所以幾乎可以確認AD8138在這裡是雙電源接法，繼續追查這顆IC也就是9L05，它位於剛才的78M05隔壁，查詢了一下原來它的全名是79L05，作用是-5V的整流器，所以確定AD8138在這裡用的是雙電源。

這顆負電壓的9L05整流器輸入端也是從總電源的-12V串了電阻才進來，會這樣做一定有降低雜訊的考量，畢竟是要供給RF用的電源，它從總電源-12V串接2個100 ohm並聯的電阻，經過測量原來這兩個電阻都已經故障變成開路了，那9L05當然沒有電壓啊! 故障的電阻外觀完全看不出來，真是折煞我也。

由於手邊沒有相同瓦數的SMD電阻，因此我用傳統的DIP型1/4W電阻來取代這兩個SMD電阻，雖然醜了一點但可以用，如下圖，電阻換好之後果然AD8138就有負電壓了。要注意的是，焊好後手不要去推它，因為這個焊點是給SMD用的，面積很小抓地力不夠，若不小心碰到，粗大的DIP電阻元件可是會把PAD整個掀起來的。

尋找不對稱電源

5V與-5V目前看來都有一些發現與進展了，看來可以回頭研究OP電源不對稱的問題了，我先把現在的情況整理如下：

PLL頻率輸出會抖動，但切開Loop後，各別方塊卻沒發現問題
PLL的運算放大器電源不對稱，分別為+17V與-11V
RF的+5V偏低只有3.7V，目前暫不修復
RF的-5V已修復

目前需要釐清的就是PLL的運算放大器電源為何不對稱? 首先要先找到+Vcc的17V是哪裡來的，這個我花了非常久的時間尋找。原因是這樣，因為它的電源轉了兩手，先轉20.6V再轉18.8V，最後才進到PLL經過一個電阻變成17V，而且彼此Regulator的距離實在太遠，這真的很難找啊，如下圖。

最右邊的倍壓電路，利用電容與二極體將12V轉為20.6V，接著經過中間的可調式整流器LM317將電壓轉為18.8V，只是根據電路板的實際狀況R1=221 ohm、R2=3650 ohm，配上LM317的Datasheet提供的公式，理論上LM317應該要輸出21.89V才對，但這裡還是以實際量測到的18.8V為主，最後走到PLL的方塊而且還經過一個100 ohm才進入OP amp，這裡的電壓就是17V了。