Наконец-то, спустя 4 года я добрался и до топовой и по сей день в линейке Keithley, Model 2002.
Хотел добыть легендарный 3458А, однако они даже в убитом нерабочем состоянии продаются не менее 2-3 тысяч американских фантиков,
поэтому остался верен Keithley и в иторе купил 2002й б/у. Многие скажут - это болезнь, коллекционировать
дорогие мультиметры без практической нужды и смысла. Но я это рассматриваю как разновидность хобби. Кто-то машинки
коллекционирует, кто-то сдувает пылинки с 20-летних фотоаппаратов и объективов, а кто-то потрошит мультиметры Keithley
Приступим...
Вероятно Model 2002 - самый маленький 8.5-декадный мультиметр на рынке, и он является и по сегодня актуальной моделью,
и продается на официальном сайте производителя,
аналогично 20+ летнему 3458А. Оно и не удивительно, разработка мультиметров такой точности требует объемных
работ и ресурсов, а также многие месяцы статистики поведения ключевых узлов.
Изменив традиции - данный экземпляр не требовал никакого ремонта, в отличие от остальной коллекции 2001вых
Формат корпуса, размеры идентичны сериям 200x/7001/24xx/26xx приборов, желающие могут ознакомиться с докуменатцией
производителя и инструкциями пользователя в формате PDF.
К сожалению, как и на все оборудование Keithley не совсем дремучих годов - никаких схем, чертежей в документации нет,
поэтому будем раскапывать секреты самостоятельно, методом старой доброй реверс-инженерии.
В инструкции по ремонту приводится общий принцип работы, и описание встроенных тестов, а также перечень компонентов (что полезно!)
В этот раз, решив что такой девайс требует большей чести чем рядовой обзорчик, снял небольшое видео.
Прошу прощения за корявый английский, изначально ориентируюсь все-же на зарубежную публику, ибо надеюсь найти единомышленников,
с аналогичными приборами. Вместе веселее ломать дорогие приборы!
Все фото кликабельны, со сслыками на файлы с большим разрешением.
Цифровая плата. Модельный индекс 2001-142, Ревизия K. Четыре слоя, дизайн идентичен плате применяемой Keithley 2001.
Унификация во всей красе. Один из моих 2001 даже имеет ту же ревизию, поэтому можно судить о разнице BOM:
* Высоковольтный преобразователь (модуль возле разъема передней панели) перенесен на переднюю панель.
* Стандартная STD опция использует DALLAS DS1243 (NVRAM с часами RTC), MEM2 должна использовать аналогичный чип с часами, скорее всего DS1248 или DS1251
* Дополнительная I2C 24C16 EEPROM на позиции U633, для хранения дополнительных калибровочных данных и констант.
* Очевидно, прошивка для модели Model 2002 отлична от 2001.
* Отсутствуют защитные диоды у порта GPIB (хотя фотки старого 2002 из форума www.38hot.net их имеют)
* Мелкая ALTERA MAX5064 CPLD заменена на кастомный ASIC TEKMOS 2001-801-A05 (хотя судя по 2001-801-А05 - скорее всего и более свежие 2001вые имеют этот чип)
* 4MHz генератор также переехал на переднюю панель.
Вся разница и магия - в аналоговой плате.
На первый взгляд - все то же самое, та же компоновка. Однако
если присмотреться, можно заметить множество различных деталей, более высокие допуски точности, более стабильные компоненты.
Источник опорного напряжения вместо отобранных LM199/399 теперь заменен на не менее отобранные LTZ1000ACH.
Теперь два блока с летающими конденсаторами на базе Linear LTC1043CSW, использующие габаритные пленочные конденсаторы емкостью 680нФ.
Источник тока для узла измерения сопротивлений теперь использует пленочные резисторы Vishay foil's, в герметичных корпусах,
которые теперь переключаются коммутаторами MAX326, в зависимости от диапазона.
Измерение тока перетерпело минимум изменений, мощный резистор 0.1ohm 1% в четырехпроводной схеме включения, +-10ppm и + 0.91ohm на
тыльной стороне платы. А для диапазонов меньших токов используется та же сборка Caddock 1737-53.
Также используется аналогичная схемотехник bootstrap, как и в 2001's (четыре здоровых электролита возле трансформатора и лавинные диоды между ними).
Посмотрим на главный узел мультиметра - модуль АЦП.
Плата маркирована 2002-162, 4 слоя. Большинство компонентов теперь SMD, дизайн разработан в 1993 (да, 21 год уже!).
Ревизия B.
Управление и преобразование реализовано в ALTERA EPM7160 в корпусе PLCC84. Конфигурация ПЛИС - 2002-802-A01.
Частота тактирования 12MHz. Напомню, что АЦП Мodel 2001 тактировался частотой 7.68MHz, и содержит чип меньшей емкости ЕPM7128 в корпусе PLCC64.
Некоторые резисторы теперь составлены сборками в корпусе SO-16 (R827 и R825 слева), что сделано для
более тесной связи термокоэффициентов и возможно более точных допусков.
Также на первый взгляд я не нашел конденсатор интегратора, вероятно это один из мелких NP0 конденсаторов.
У АЦП модели 2001 кондесатор в интеграторе пленочного типа, крупных гарабаритов с номинальным напряжением до 400В.
На обратной стороне компонентов нет, разве что подписанный разъем с назначением сигналов.
Уровень опорного напряжения похоже теперь передается дифференциально , через REFLO и REFHI.
Я на видео показывал замер напряжения ИОН. 7.13... В
Вернемся к аналоговой плате...
Входная сетевая часть идентична 2001. Небольшая схема управляет коммутацией обмоток трансформатора в зависимости от диапазона 90-132 или 180-250VAC,
а также снимает и передает частоту сети в цифровую часть мультиметра.
Гальваническая изоляция реализована на мелкой дочерней платке, с маркировкой 2001-132-01A. Содерит пару NVE IL717,
которые представляют собой четырехканальные 110Mbps изоляторы. Если приглядется - соединение между платами совпадает по пинам
с старыми оптопарами TLP582, примененными в моих 20-летних 2001. Вероятно производство оригинальной оптопары было прекращено, и пришлось
ваять такой вот адаптер. Это меньшее зло чем менять дизайн аналоговой платы и заново проходить все тестирование и контроль.
Линейный трансформатор имеет идентичные размеры и конфигурацию, применяемому в мультиметре Keithley 2001. Маркирован HIREL systems, TR-280 ревизия D.
Обмотки имеют магнитный экран из медной фольги.
Предохранитель на печатной плате PCB
Старая плата 2002 этого предохранителя не имела, судя по фото из интернета.Интересно, какова задача этого предохранителя? Последний рубеж обороны при перегрузке входов?
Склееная сборка резисторов Caddock.
Состоит из двух резистров, большого TF050R, и меньшего TF020R.
Герконовые реле произведены Americal Relays Inc, A051A300H0C, скорее всего заказные для Keithley. Эта часть практически идентична 2001-му.
Старый 8-бит ЦАП от 2001 (MP7528) не поменялся, разве что теперь он Analog Devices AD7528. Это сдвоенный ЦАП, используемый
для измерения величин переменного тока и напряжения, и компенсации различных ошибок, насколько я понимаю. Похоже
этот узел один в один совпадает с младшим мультиметром.
Та же история с RMS-DC преобразователем, тот же AD637JR, с кучкой коммутаторов DG444,DG408 и мультиплексором DG411.
Рядом разная аналоговая обвязка AD848J, LT1097, LT1223, AD711J и кренка LM79L05A -5V.
Все выглядит идентичным 7.5-декадному 2001
7V источник опорного напряжения:
Могучий LTZ1000А.
Сам ИОН с обоих сторон закрыт довольно толстой пластиковой крышкой. Это сделано для изоляции ИОН движения воздуха, и лучшей стабилизиации температуры.
Получилась своеобразная духовка, задача которой минимизировать изменение температуры ИОН при изменения наружных условий.
Скорее всего ИОН включен по стандартной схеме, можно увидеть резистор 120 ом 0.1%, а также пару PTF56 68.1Ком с низким ТК.
Также две сборки резисторов (синие трехногие девайсы) расположены неподалеку.
Обратная сторона платы.
LTZ в качестве обвязки использует традиционный Linear LT1013 в корпусе SO8, а печка управляется PXT3904 Q204 в смд-корпусе.
Также на плате где-то есть термодатчик, так как Keithley 2002 может измерять внутреннюю температуру,
которую можно увидеть как разницу между температурой сохраненной при калибровке и текущей.
В моем случае при включении холодный мультиметр выдал -23°С разницы, через 40 минут прогрева разница уменьшилась до -7,
а спустя ночь работы до -4.8 градусов. Полезная вещь при битве за последние ppm-ы
Сборка CADDOCK , идентичная оной в 2001. Это стандартный резистор 1737-53, 999 , 99 и 9 ом, можно купить даже на Digikey
И не такие уж стандартные герметичные резисторы в герметичном маслонаполненном исполнении, с допуском 1%.
Абсолютный допуск значит немного в данном применении, так как значения отношений и параметры источника тока сохраняются
при калибровке. Гораздо более важна долговременная стабильность и температурный коэффициент дрейфа,
и в этом случае эти резисторы - одни из лучших доступных в продаже.
Все критичные узлы защищены дорожками эквипотенциальной защиты без паяльной маски (белые дорожки вокруг выводов и компонентов)
Также в одиночестве у буфера АЦП расположна герметичная сборка производства Vishay PG, с допусками 0.02% и сопротивлением 500.00 + 24500.
Скорее всего задающий резистор для усиления (усилитель LT1007ACN8 в DIP8). Переключения между различными режимами реализовано коммутаторами DG444 и DG408.
Два блока Linear LTC1043CSW с коммутируемыми конденсаторами, используемыми для точного деления/умножения напряжения ИОН. В отличие от резистивных делителей, такая
схема не подвержена ошибкам смещения, что позволяет добиться лучшей стабильности. В Keithley 2001 LTC1043 только один.
Выглядит как короззия на плате, я даже почистил аккуратно это добро, но как оказалось просто потратил время зря.
Это просто куски теплопроводящей прокладки, расположенной на защитном кожухе обратной стороны.
Больше фото тыльной стороны.
Отпечатки не мои На самом деле они похоже были изначально, т.к. это материал защитной маски с такими отпечатками.
Двойная эквипотенциальная защита? Красотень!
Общий вид тыльной стороны, без крышки.
Крышка же идентична оной в 2001, даже парт-номер совпадает (2001-325 Rev.B)
Аналоговая плата имеет маркировку 2002-102-04E-E5, разработана в 1994, made in USA
Это 4-слойная плата.
Прошивка
Дамп версия A09,. Других пока нет.
ROM, ODD
ROM, EVEN
Как обычно, для ковыряния в мультиметре завел проект у себя на redmine.
Любой желающий может скачать доступную информацию, либо поучаствовать в проекте
На сегодня все..
Вопросы , пожелания?
Пока я не планирую отправлять данный мультиметр на официальную калибровку, это довольно дорогое удовольствие,
к тому же похоже что мультиметр и так в отличной форме, по крайней мере в режиме измерения сопротивления и постоянного
напряжения результаты совпадают с калиброванными Kei2400 и Kei2001 (которые были откалиброваны
в официальном сервисе всего 3 недели назад). Разница между измерениями напряжение в большинстве случаев менее 1ppm.
В планах восстановить схему прибора, сравнить с младшим братом и разобраться как повляла смена узлов и компонентов на
точность и стабильность прибора.
[b]Если внезапно у кого-то есть возможность вскрыть Model 2002, и сделать фото кишков, благодарности не будет пределов в разумных
границах. На весь интернет мне не удалось собрать достаточно информации по этим мультиметрам, очевидно не многие рискнут
потрошить прибор за 6K$ ради голого интереса.
BR, TiN
.