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，於是我嘗試修理，把 Loop 切開看看各個功能方塊是否正常，結果每個 Function block 竟然都正常！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【實作實驗室】衛星訊號調變器維修 DIY（上）。
PLL and mixer diagram（圖片來源：實作派提供）
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 +/-15 V 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= +17 V
- -Vcc= -11 V
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，那裡的 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。
泛黃的 RF 電源電路（圖片來源：實作派提供）
依照 78M05 的功用，應該要能輸出 +5 V，但實際測量卻只有 +3.8 V，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 5 V 因而往下掉。
原先我以為 78M05 的輸入會是 12 V之類的，但實際測量卻發現輸入電壓為 5.7 V 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。
78M05 整流器的輸出電壓不正常（圖片來源：實作派提供）
這輸出小於 5 V 我怎麼看都覺得有問題，所以先確認這顆 78M05 是否正常。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 5 V，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 3.8 V 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 500 mA 都還能維持 5 V 的驅動能力，要讓它的電壓下降，必須要抽掉比 500 mA 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 5 V，如下圖的四個圈圈，至於原先要探討的 OP amp 不對稱電源就先擱著。
有四個 RF 元件的 5 V 電源來自特定的整流器 78M05（圖片來源：實作派提供）
那麼這四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 0.4 V，所以流入 AD8138 的電流是 18 mA，兩顆就是 36 mA，比起 78M05 的輸出額定 500 mA 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 5 V，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。
射頻 RF 電路的熱影像（圖片來源：實作派提供）
雖然在上圖中會發現左邊的兩顆 AD8138 也出現兩個白色的點，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；如果把溫度臨界值調高，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 130 mA，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 5 V 掉成 3.7 V 了。
調變器 AD8349 的電流特性（摘自Analog Device 網站）
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 5 V 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 5 V 線路到底吃了多少電流，由於整流器 78M05 的 input 與總電源 12 V 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=6.3 V，流經的電流則為 6.3 V/43 ohm=147 mA，這個電流還滿大的耶。
難怪它要用三顆電阻來並聯，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。
整流器電阻的熱影像（圖片來源：實作派提供）
檢查 RF 線路的 -5 V
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 3 V~5 V。
差分驅動器 AD8138 的電源範圍（摘自 Analog Device 網站）
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 0 V，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 串接兩個 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。
更新串聯電阻之後的 RF -5V 電源線路（圖片來源：實作派提供）
尋找不對稱電源
5 V 與 -5 V 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 +17 V 與 -11V
- RF 的 +5 V 偏低只有 3.7 V，目前暫不修復
- RF 的 -5 V 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 17 V 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 20.6 V 再轉 18.8 V，最後才進到 PLL 經過一個電阻變成 17 V，而且彼此 Regulator 的距離實在太遠，這真的很難找啊，如下圖。
OP的正電壓是層層轉接才產生 17 V（圖片來源：實作派提供）
最右邊的倍壓電路，利用電容與二極體將 12 V 轉為 20.6 V，接著經過中間的可調式整流器 LM317 將電壓轉為 18.8 V，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 21.89 V 才對，但這裡還是以實際量測到的 18.8 V 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 17 V 了。
由於 LM317 的電阻配置，根本就是想要讓電壓在 20 V 左右，因此我認為當初原廠就是故意要將 OP 的 Vcc 定在 18 V 附近，只是我們現在實際測量值是 17 V。
LM317 的電壓輸出公式（摘自 On semiconductor 網站）
接著來追蹤 -Vcc，如果 +17 V 是層層刻意的設計，那麼對於 -Vcc 應該要有一個負電源的整流器來提供 -Vcc 用，但經過尋找並沒有這樣的電路，實際上它是直接把總電源的 -12 V 經過一些被動元件就拿來用了，最後到達 -Vcc 的電壓就是 -11 V，總之它不可能是 -17 V。
所以我得到一個結論，PLL 的運算放大器電源，是被刻意設計成不對稱的狀態，原廠可能有對這些電子零件的特性做過很詳細的研究，因此採用了對他們最合適的接法，而不使用我們一般的接法。
就這樣修好了！？
看來真正有問題的是 -5V 消失，這個已經解決，而頻率抖動的問題，之前把 PLL 每個方塊拿來檢查也都正常，這讓我很困擾，難道 -5 V 的消失會跟頻率抖動有關嗎？ 我沒有再深入探討，這樣會搞不完。
目前的 PLL 是 Loop 斷開的情況，如果每個方塊都沒問題，不然我們再把 VCO 的輸入 Vin 接回去，讓 Loop 完整運作看看，理論上應該要是好的吧。
結果把 VCO 前面立起來的電阻再放回去，這 PLL 竟然好了！頻率不再跳動了，真的假的？這種突然就莫名好了的東西，一定要好好測試一下，於是我將儀器上電跑了七天，完全就是一個正常的狀態。
調變器維修完成（圖片來源：實作派提供）
看來這台 Modulator 是真的修好了，PLL 的部分可能是我把一些元件解焊在重焊有關，包含我把迴路斷開再焊回去，以及其他為了驗證而做的加錫，這些動作可能讓原本已經冷焊脫落的焊點又活起來了。
因為長期使用下，多次的熱漲冷縮讓焊點會呈現裂痕，導致接觸不良，只要重新上錫就好了（但這也只是推測），現在正常也無從證明是哪個動作修好的。目前為止真正有著手做處理的只有兩個地方如下所列，但要找到它可真是費盡千辛萬苦。
- 更換 -5V 的整流器電阻
- 將 PLL 迴路的周邊焊點重焊
這個維修過程很曲折，在此分享給大家，希望對各位有幫助。
