HP 33321SC and HP 33321SD

市面上可以购买到一些拆机的程控步进衰减器模块,品牌为HP,是Agilent的前 身。我手上的3个模块为33321系列,后缀分别为:SC/SD/SG,网上能找到的 HP 33321系列官方文档 不包含这三个后缀型号,电气接口也不同,因此只能略作参考。在 Abex UK 能找到这几个型号的性能测试数据,可以参考其频率特性。

综合以上整理出如下数据。

型号 衰减范围(dB) 步进(dB) 衰减开关值(dB) 最大输入功率(W) 控制电压(VDC) 频率范围
HP 33321SC 0 ~ 70 10 10/20/40 1 15 DC ~ 18 GHz
HP 33321SD 0 ~ 75 5 5/30/40 1 15 DC ~ 18 GHz
HP 33321SG 0 ~ 35 5 5/10/20 1 15 DC ~ 16 GHz

33321SC 与 33321SD 组合起来可以得到 0 ~ 145 dB,步进为 5 dB 的衰减器。

工作原理

HP 33321 原理图 - 单个衰减单元

上图是衰减器的内部原理图,显示了其中的一个衰减单元。

其原理类似于继电器,但是触点没有弹性复位,线圈回路分为 A、D 两部分,A 回路用于 激活衰减,D 回路用于取消衰减,两个联动的开关 $K_A$ 和 $K_D$,分别位于 A 回路和 D 回路。

举例:给 A 线圈施加工作电压,将会断开直连触点,并闭合衰减触点,衰减器生效,同时切换联动开关,令 $K_A$ 断开,即使继续维持外部工作电压,A 线圈也不再工作,同时令 $K_D$ 闭合,为 D 线圈工作提供可能。

引脚定义

HP 33321SC and HP 33321SD

三个型号的引脚定义并没有参考文档,需要测试获得。

在PIN 1 提供 +15 V,然后通过控制其它各脚接地可以操作各个衰减开关。

将衰减器的两个SMA端口连接入测试设备(两个端口无差别),一端连接信号发生器,作为输入端,另一端连接功率表,作为输出端。

使信号发生器输出固定频率固定幅度的信号,例如 10MHz / -13dBm,然后在功率表上读取输出的信号幅度。

为各个线圈施加工作电压,并记录输出幅度的变化,即 输入幅度 - 输出幅度

通过逐个测试,整理出各个引脚的功能,如下。

Pin 颜色 颜色(德语) 功能 HP 33321SC HP 33321SD HP 33321SG
1 Brown braun Power +15VDC +15VDC +15VDC
2 Red rot Activate 10dB 5dB 10dB
3 Orange orange Deactivate 10dB 5dB 10dB
4 Yellow - - - - -
5 Green - - - - -
6 Blue blau Activate 40dB 40dB 5dB
7 Purple violett Deactivate 40dB 40dB 5dB
8 Gray - - - - -
9 White weiß Activate 20dB 30dB 20dB
10 Black schwarz Deactivate 20dB 30dB 20dB

实测 +12 V 电压即可操作成功,但是否可令衰减开关触点符合性能要求有待测试。

DIY 控制电路

掌握了模块的规格后,就可以通过添加外围控制电路,DIY一个实用的可调步进衰减器。

以 33321SC 与 33321SD 为例,组合起来可以得到 0 ~ 145 dB,步进为 5 dB 的衰减器。

控制电路有两种选择:

  1. 第一种只需要电源和开关,优点是简单,操控上也完全可以满足业余使用需求。
  2. 第二种是采用官方指导电路,利用TTL电平控制衰减器和LED指示灯,如需要显示衰减数值,需要连接带单片机的数码管,并编写程序。

1. 简单控制电路

所需零件如下表:

项目 数量 备注
15 VDC 电源模块 1  
单刀双掷钮子开关(3脚) 6  

将6个开关中位接地,开关的其余12个引脚分别与2个衰减器的PIN 2 / 3 / 6 / 7 / 9 / 10 连接即可。

为每个开关标注衰减数值,根据开关的投掷方向判断衰减状态。

2. TTL 电平控制电路

HP 33321 控制电路 - 单个衰减单元

上图为官方指导控制电路图,仅描述了一个衰减单元,实际使用中按实际需要的衰减单元数量扩展。

所需主要零件如下表:

项目 数量 备注
15 VDC 电源模块 1  
5 VDC 电源模块 1  
IC DM75451N 6 开关驱动器
IC DM7404N 1 TTL输入/输出,数码管驱动器
IC DM7406N 1 LED驱动器
LED 指示灯 6  
单片机驱动数码管 1  
电阻 0.62 kΩ 1/4W 12  
电阻 2.5 kΩ 1/4W 12  
电阻 0.13 Ω 1/4W 6  
二极管 1N3064 24  
按钮开关 6  

因指导电路模块的电压(24 V)与本示例模块的电压(15 V)不一致,指导电路中的 4.22 kΩ 电阻阻值需要改为 2.5 kΩ ,才能保证DM7404N / DM7406N 获得约 3 V 的高电平。

组装

所需零件如下表:

名称 数量 备注
外壳 1  
电源插座 1 可选择插座、开关、滤波器、保险座一体模块
前面板电源开关 1  
洞洞板 1  

两个拆机衰减器模块,外加一些廉价的零件,总体成本在数百元以内,但DIY出来的成品,无论在操作还是性能上,都可以媲美数千元的商业产品。

参考资料