Reparatie Keithley digital multimeter (Toestel of techniek)

door loek , Exloo (Drenthe), 27-11-2017, 16:36 (2335 dagen geleden)
Gewijzigd door loek, 27-11-2017, 16:39

Hallo Forumlezers,

Hierbij het reparatie verslag van de KEITHLEY 195A multimeter.

Hoewel deze meetapparaten al redelijk oud zijn ( uit 1990) hebben ze nog steeds zeer mooie specificaties. Wil je deze specificaties bij de huidige multimeters hebben dan moet je er veel voor betalen. Dus het is de moeite waard om dit apparaat te repareren. De klacht bij dit apparaat was dat na opstarten de melding komt van “UNCAL” en dat bij keuze van AC de tekst komt “NO OPT”.

Na wat spelen met de toetsen en het lezen van het manuaal lijkt het er op dat de oorzaak een defecte SRAM moet zijn.

Dit was één van de eerste apparaten waar KEITHLEY een SRAM toepaste waarin alle ijk gegevens opgeslagen werden. Er zitten dus geen ijk-potmeters of afregel organen in het apparaat.
Ook was als optie mogelijk dat de meter buiten DC en Ohm ook AC metingen kon uitvoeren. Daar voor moest een AC module geplaatst worden en via het toetsenboard moest dan geprogrammeerd worden dat deze optie aanwezig was. Op onderstaande foto is dat het deel onder de aluminium afscherming.

Het SRAM is van het type X2212 en is op een apart printje geplaatst met nog een extra IC voor het gecontroleerd inschakelen van de voedingsspanning.

Dit printje paste weer op de hoofdprint in een 18 pens DIL voet.

Als er iets mis was met de opslag in het SRAM IC dan kon dit een aantal oorzaken hebben zoals:

SRAM IC defect
Sluiting/onderbreking in aansturing van het SRAM
Timing proplemen in aansturing SRAM

Met een logicanalyzer in combinatie met de datasheet van deze SRAM kon definitief bepaald worden dat de fout niet in timing of verkeerde aansturing zat.

Dus het SRAM IC X2212 moest wel stuk zijn. Na een paar weken was de bestelling uit China binnen en wat bleek er was geen verbetering. De fout was nog steeds aanwezig. Ik had op internet ook al gelezen dat er veel problemen waren om aan een goed IC te komen (vooral uit China!)

Ook een oproep op dit forum gaf geen resultaat. Ik kon dit IC wel bestellen bij een bekende leverancier zoals Mouser maar dan komen er weer veel verzendkosten bij.

Dus ben ik iets anders gaan proberen. Hierna zie je de beschrijving om in plaats van een SRAM een FRAM te gaan gebruiken.

Het blokschema van de (originele SRAM) ziet er als volg uit (zie foto)

Op deze foto kan je zien dat er eigenlijk twee opslag media zijn in dit IC te weten: één met 64* 4 bit in RAM en één met 64*4 in EPROM.

Met de signalen /CS en /WE wordt bepaalt of er gelezen/geschreven wordt in het RAM gedeelte.
De plaats van het 4-bits woord wordt bepaald door de adreslijnen.
Met het signaal /STORE wordt alle data van RAM naar EPROM geschreven. En met /RECAL wordt alle data van EPROM naar RAM geschreven. Deze twee acties worden door het IC zelfstandig uitgevoerd.

Uit eerdere metingen met de logicanalyzer had ik gezien dat de multimeter tijdens het normale bedrijf geen gebruik maakt van het RAM gedeelte. De informatie welke in het RAM gedeelte staat werd alleen gebruikt na inschakelen van het apparaat. Alle informatie die in het RAM gedeelte staat wordt dan door de Microprocessor van de meter ingelezen en in het werk RAM geheugen opgeslagen. Bij uitschakelen van het apparaat wordt ook geen enkele actie naar de SRAM uitgevoerd.

De volgorde bij inschakelen is dus:
Eerst met een /RECAL signaal alles uit EPROM naar RAM zetten.
Daarna haalt de MP alles uit het RAM door uitlezen met /CE en plaatst dit in werkgeheugen RAM

Na inschakelen kan de EPROM geprogrammeerd worden door:
De informatie met de programmeer mogelijkheden van de multimeter in RAM plaatsen.
Daarna wordt met het /STORE signaal alle informatie (64*4bit) vanuit RAM in EPROM gezet. Deze informatie wordt pas actief in de multimeter , als deze uitgezet, en weer aangezet wordt.

Samenvattend:
Het RAM gedeelte wordt alleen gebruikt tijdens het opstarten om het werkgeheugen te vullen.
Het RAM geheugen wordt tijdens het programmeren gebruikt om het EPROM geheugen te vullen.

Ik had nog van een ander project een aantal FRAM geheugen type FM1608.
Een FRAM heeft als geheugen element iets met ijzer oxide ? De data blijft tientallen jaren aanwezig zonder dat daar een batterij voor nodig is.

De opbouw en sturingslijnen van dit geheugen is totaal anders dan bij de SRAM X2212

De FM1608 heeft veel meer data opslag maar dat kan je blokkeren door de betreffende data en adres lijnen op een vast potentiaal te leggen. Ook wordt er bij de multimeter geen gebruik gemaakt van het /OE signaal. Met dit signaal worden alle uitgangen hoogohmig gemaakt om de “databus” vrij te maken voor ander verkeer. In de multimeter wordt dit anders opgelost dus ook dat signaal ligt nu vast aan aarde(GND).

De signalen van de multimeter /RECAL en /STORE zijn niet meer nodig. Verder zijn de adreslijnen 0 tot 7 en data lijnen 0 tot 3 doorverbonden met de FRAM.

Als nu de multimeter wordt geprogrammeerd dan wordt alles direct in het FRAM geschreven met de twee besturingslijnen /CE/WE. De actie /STORE kan nog wel worden uitgevoerd maar heeft geen gevolgen meer omdat deze lijn niet meer gebruikt worden.

Zet je het apparaat nu uit en weer aan dan zal de multimeter een /RECAL geven maar ook deze lijn is niet meer aangesloten. Daarna gaat de multimeter de RAM uitlezen. In dit geval dus de FRAM en daar stond nog steeds de data die bij het uitzetten er ook al stond. Kortom voor de multimeter is er niets veranderd.

Op het moeder board was nog een jumper aanwezig om bij het originele IC het signaal/STORE te kunnen blokkeren. Dit was om te voorkomen dat ongewenst de ijking veranderd kon worden.

Om nu te voorkomen dat er ten onrechte in het FRAM geschreven kan worden zit op de verloop print een jumper die de /WE blokkeert.

Dit was dus het plan. Na het geheel op een printje geplaatst te hebben was het moment aangebroken om te testen of het ook zo werkte.

Op onderstaande foto zie je het printje met de verloop schakeling gestoken in de 18 pens DIL voet.

En niet te geloven het werkt. De AC unit is nu actief en ik kan nu alle bereiken ijken.

Met vriendelijke groet,

Loek