HP 3325A Synthesizer

Hewlett Packard 3325A Synthesizer
(Bilder zum Vergrößern anklicken)

Das Handbuch gibt es bewährterweise bei Didier (KO4BB).

Der HP3325 ist ein Synthesizer-Funktionsgenerator, der Sinusspannungen von 1 µHz bis 21 MHz (bis 60 MHz auf der Geräterückseite als «häßlicher Sinus»), Rechteck bis 11 MHz und Dreieck/Sägezahn bis 10 kHz erzeugen kann. Dabei kann man die Frequenz auf elf Stellen genau eingeben! (Intern hat der 3325 eine Auflösung von 15 Stellen, die Teilerketten arbeiten direkt mit BCD-Zählern. Bis 100 kHz kann man Frequenzen auf 1 μHz genau und bis 10 MHz auf 1 mHz genau einstellen.)

Er(*) ist eines der ersten Geräte, das mit einer «fractional–N» PLL arbeitet. Alle Ausgangsfrequenzen werden von einer Referenzfrequenz digital abgeleitet, die auch extern zugeführt werden kann.

Hewlett Packard 3325A Rückseite

HP 3325A Innenleben (Oberseite)

Als erstes fällt am 3325 auf, dass er viel leichter ist, als das Gehäuse vermuten läßt, besonders wenn man Erfahrung mit ähnlich großen Geräten von HP hat.

Im Inneren findet man dann auch einen einfachen und klaren Aufbau — ein mittiges Chassisblech mit Leiterplatten beidseits, und außer dem Netztrafo sonst keine voluminösen oder schweren Teile.

Es gibt zwei wesentliche Optionen: Opt.001 ist ein hochstabiler Oszillator (Quarzofen), Opt.002 «High Voltage Output» ist ein zusätzlicher Ausgangsverstärker, der bis 1 MHz eine Ausgangsspannung von 40 V_ss an 500 Ω abgeben kann.

Hewlett Packard 3325A Innenleben (Unterseite)
Dieses Gerät hat Option 002 installiert (kleine Platine unten rechts). Der Quarzofen (Opt.001) käme in den freien Bereich links oben.

Beim 3325 liegt der Netztrafo auch im ausgeschalteten Zustand an der Netzspannung, damit der Quarzofen auf Opt.001 dauernd versorgt werden kann und die Sollfrequenz sofort nach dem Einschalten ansteht. Daher nimmt auch der gezeigte 3325 ohne Opt.001 bereits 9 W im Leerlauf auf, im Betrieb sind es dann ca. 75 W (etwas belastungsabhängig).

Der 3325 ist eine Entwicklung der späten 70er Jahre (→ HP Journal 01/79). Er hat standardmäßig ein HPIB (IEC-Bus) Interface, welches noch aus einzelnen TTL ICs (und Optokopplern) aufgebaut ist; die Programmierung verwendet simple 2- oder 3-buchstabige Kommandos wie z.B. "FR123456HZ" = Frequenz auf 123456 Hertz setzen. In dieser Gerätegeneration waren die Kommandos noch gerätespezifisch verschieden, Standardisierung mit SCPI kam um Jahre später ("SOURCE:FREQUENCY 12345 Hz").

Der Prozessor im 3325 ist interessanterweise kein µP oder Controller «von der Stange», die ja seit Mitte der 70er bereits in verschiedenster Form verfügbar waren (8080, 6502 und viele andere), sondern ein von HP selbst produzierter 8–bit Mikrocontroller «namens» 1820-1691, der auch in etlichen Peripheriegeräten (Diskettenstationen, Druckern usw.) aus der Generation der HP Tischrechner-Serie 98x5 vorkommt. Der Controller (HP verwendete für diese Bausteine die Bezeichnung "Nanoprocessor") ist in NMOS gefertigt und benötigt eine negative Bias-Versorgung, die fertigungsabhängig war und deren Sollwert auf dem IC aufgedruckt ist. Bei einem Tausch des Prozessors muß man daher eventuell einen Spannungsteiler mit ändern(!).

Über den Prozesor gab es bis vor kurzem wenig Informationen online. Zuerst tauchte dann ein Nanoprocessor User's Guide (1975) auf, und im September 2020 veröffentlichte Ken Shirriff zwei Artikel, Inside the HP Nanoprocessor: a high-speed processor that can't even add und ein komplettes Reverse-Engineering. Der Nanoprozessor wurde in Interfaces der 9825/9835er Tischcomputer oder in Meßinstrumenten wie dem 4262A LCR Meter eingesetzt. Im 3325 arbeitet der Nanoprocessor zusammen mit zwei «riesigen» RAMs (256x4 Bit!) und vier maskenprogrammierten(!) ROMs für die Firmware. Offenbar hatte man damals bei HP noch genügend Zeit, die Firmware zu schreiben, debuggen, testen und komplett fertigzustellen — naja, die Kunden konnten ja auch nicht einfach eine neue Version aus dem Internet saugen, um das fabrikneue Gerät zum Funktionieren zu bringen, wie das mittlerweile üblich geworden ist.

Reparaturen

Das abgebildete Gerät, nach den Datecodes der ICs vermutlich Anfang 1982 gefertigt, funktionierte fast auf Anhieb. Die üblichen Probleme mit leicht klebenden und daher schwergängigen Tasten waren mit Kontakt WL und etwas Tastengymnastik leicht zu beheben. Anfänglich stürzte der 3325A kurz nach dem Einschalten auch hin und wieder einmal ab, wenn die CPU mehr zu tun hatte (log sweep), im warmgelaufenen Zustand trat das Problem aber nicht mehr auf. Es stellte sich heraus, daß die +5 V–Versorgung des Prozessorbereiches mit etwa 4.9 V etwas niedrig lag, obwohl das Netzteil saubere 5 V produzierte. Der Spannungsabfall tritt an einer Drossel auf dem Prozessor-Board auf. Eine leichte Erhöhung der Betriebsspannung schaffte Abhilfe. Vermutlich werde ich langfristig aber eine bessere Drossel einbauen.

Wiederbelebung № 1

Nach einigen Stunden Betrieb verweigerte der 3325 unerwartet seinen Dienst — keine Anzeige, Geruch nach zu heiß gewordenem Plastik. Die Betriebsspannungen sind viel zu niedrig, die Längsregeltransistoren werden heiß. Bei leerlaufendem Netzteil stimmen die Spannungen aber. Ohje, hoffentlich nicht der Prozessor, der ist fast nicht zu bekommen ...

Durch Abstecken der internen Verbindungen reihum konnte der Fehler schnell auf die Analog/Ausgangs-Platine eingegrenzt werden. Uff, Digitalteil in Ordnung! Vielleicht die Ausgangsstufe? Netterweise gibt es da zwei Drahtbrücken in deren +/- 15 V – Versorgung. Schnell durchgezwickt – das war's aber leider nicht. Gut, also die Lupe geholt. Und siehe da, ein Operationsverstärker (Pos. U25) fühlt sich sichtlich unwohl ...

Schnell eine HP Teilenummernliste gesucht – es ist ein LM310, heute eher selten, ein Pufferverstärker (v=1). Aber nichts besonderes von den Daten, auch ein alter 741er passt hier gut. Netterweise hat bei HP sogar jemand die Verbindung von Pin 6 (Ausgang) nach Pin 2 (invertierender Eingang) auf der Leiterplatte vorgesehen, obwohl der LM310 gar keinen invertierenden Eingang hat. Ein 741er war schnell gefunden (sogar mit '82er Datecode, hi) und eingelötet, der 3325 erwachte wieder zum Leben!

Kaputter Operationsverstärker (U25)

Wo wir schon dabei sind, lösen wir doch gleich das Versprechen betreffend der Drossel ein.

Stärkere Drossel eingebaut. Diese ist für 4 A DC ausgelegt, Spannungsabfall ist jetzt nur mehr 50 mV.

Was mich am 3325 auch schon gestört hat, ist die Tatsache, dass der arme Referenzquarz direkt im Luftstrom des Ventilators angeordnet ist. Offensichtlich war dieser Oszillator schon stabil genug für einen «einfachen Funktionsgenerator» (Spezifikation: 5 × 10^-6), und wer's besser haben wollte, konnte ja für die Option 001 tiefer in die Tasche greifen.

Eine kleine Styroporabdeckung schützt den Quarz daher jetzt vor Zugluft, das ist gut für die Kurzzeitstabilität, was man schon beim Abgleich bemerkt. Trotzdem versetzt die Frequenz nocheinmal relativ kräftig, wenn man das Gehäuse schließt.

Styroporkappe über dem Referenzquarz

Wiederbelebung № 2

Besonders seit dem Austausch der Drossel hat dieser 3325 Kaltstartprobleme (im wörtlichen Sinn: Wenn er warmgelaufen ist, funktionert das Wiedereinschalten). Einige Versuche legen nahe, daß der Prozessor keinen sauberen Reset bekommt. Also erst einmal die -5 V–Versorgung der CPU geprüft. Dieses Exemplar wünscht sich laut Aufdruck als V_BG «-5.0 V», bekommt aber auf Pin 38 bloß -4.7 V. Gefunden? Ein Widerstand mit 120 kΩ von -15 auf -5 stellt die genaue Spannung ein. Trotzdem bockt die CPU. Hmm.

Also wo bekommt das Ding seinen Reset eigentlich her? Einen eigenen Pin dafür gibt es laut Schaltbild und Pinbelegung nicht. Ein Beitrag auf einer Mailingliste von 2001 erwähnt aber, daß zum Zurücksetzen die +9 V–Versorgung der CPU (V_GG auf Pin 40) weggenommen wird. Ein etwas schrulliges Design ...

Der Austausch der Drossel hat offenbar das Timing beim Einschalten leicht durcheinandergebracht. Mit einem zusätzlichen Elko von 47 μF parallel zu C6 (Pin 40 nach Masse) funktionert das Einschalten wieder zuverlässig.

Widerstand zur Korrektur der -5 V (oben) und zusätzlicher Kondensator für Reset (Mitte)