Het refurbishen van een Tektronix TDS7104 oscilloscoop

Inleiding

De verkoper, Paul, deed me echter een aanbod voordat ik erom vroeg: $300. Dat is nog steeds veel voor rommelmarkttrajecten, maar een prima prijs voor een TDS7104, mits je hem werkend krijgt.

Thuis startte de oscilloscoop direct op en bootte hij rechtstreeks in de hoofdapplicatie. Afgezien van een scherm dat veel te dim was, leek alles in orde. Maar toen ik hem een paar uur later opnieuw probeerde te starten, bleef hij hangen op het BIOS-scherm met een CMOS-batterijfout. In dit artikel beschrijf ik de stappen die ik heb ondernomen om de oscilloscoop weer in topconditie te krijgen.

De TDS7104

De TDS7104 is een 4-kanaals oscilloscoop met een bandbreedte van 1 GHz en een maximale sample-snelheid van 10 Gs/s (alleen mogelijk bij gebruik van één kanaal). De sample-snelheid daalt naar 5 Gs/s voor twee kanalen en 2,5 Gs/s voor drie of vier kanalen. Zelfs naar huidige maatstaven overtreffen deze specificaties die van oscilloscopen voor hobbyisten (zoals Rigol en Siglent), hoewel dit ten koste gaat van het gewicht (18 kg) en het volume. De TDS7054 is het "kleinere broertje" in hetzelfde chassis, met een bandbreedte van 500 MHz en 5 Gs/s.

In tegenstelling tot geavanceerdere TDS7xxx-modellen hebben de 7104 en 7054 BNC-connectoren in plaats van aangepaste Tektronix-connectoren, waarvoor probes of adapters nodig zijn die tegenwoordig duurder zijn dan de oscilloscoop zelf.

Deze scopes werden halverwege 2000 geïntroduceerd en draaiden aanvankelijk op Windows 98, maar zijn kort daarna geüpgraded naar Windows 2000 Pro Embedded. Het moederbord van de pc heeft de weinig gebruikte NLX-formfactor. Mijn exemplaar was een RadiSys SF810 met een Socket 370 en een 100 MHz front-side bus (FSB). Oorspronkelijk werden deze geleverd met een trage 550 MHz Celeron; ik had geluk met een 850 MHz Celeron. De snelste compatibele Celerons met 100 MHz FSB gaan tot 1,4 GHz, maar die zijn prijzig. Versies van 1,1 GHz zijn vaak voor ongeveer $20 op eBay te vinden.

In tegenstelling tot mijn Agilent 54831 heeft het 640x480 LCD-scherm een resistieve touch-bediening, waardoor geavanceerde functies kunnen worden gebruikt zonder muis. Naast het pc-moederbord is er een PowerPC-controllerboard dat VxWorks draait (zoals veel andere Tektronix-producten uit die tijd) en een grote acquisitiekaart.

Er zijn diverse hardware- en softwareopties voor geavanceerde metingen, zoals jitter-testen en USB-certificeringstests. De hardware-opties omvatten bijvoorbeeld een geheugenuitbreiding naar 4M per kanaal (standaard 500k). Beide typen opties kunnen worden geactiveerd met een licentiesleutel.

Volgens de labels op het chassis kwam mijn apparaat uit het PSD-lab van Cypress Semiconductor, waar het werd gebruikt voor het meten van signalen met een hoge bandbreedte, zoals de batterijstroom van de Apple TV-afstandsbediening.

Veelvoorkomende defecten

Op fora zoals EEVblog en YouTube zijn veel hobbyisten te vinden die dit soort scopes proberen te redden. De meest voorkomende problemen zijn:

• De CMOS-backupbatterij van het pc-moederbord is leeg.
• De backupbatterij van de PowerPC is leeg.
• De harde schijf is defect.
• Condensatoren in de voeding lekken.

Ik had alleen te maken met het eerste en derde punt. Een lege PowerPC-backupbatterij geeft aanzienlijk meer werk. Na het opstarten blijft de TekScope-applicatie dan hangen op het splash-screen. Om dit te herstellen moet je:

1. De oscilloscoop verder demonteren en alle pc-componenten (diskette, HD, CD-ROM, moederbord) verwijderen.
2. De bovenkap van de Dallas DS9034 NVRAM vervangen door een nieuwe batterij.
3. Via RS-232 verbinding maken met de PowerPC-controllerboard.
4. Een reeks waarden invoeren om in de NVRAM op te slaan.

Een defecte voeding is ook een bekend probleem en voorkomt vaak dat de scope helemaal opstart. Vaak is het vervangen van lekkende condensatoren voldoende.

Een image maken van de harde schijf

Of het apparaat nu opstart of niet, de eerste stap moet altijd zijn om een image van de harde schijf te maken (in mijn geval een 6 GB IBM Travelstar). In tegenstelling tot wat ik verwachtte, hoefde ik de behuizing niet te openen; door op de veerbelaste zwarte afdekking aan de achterzijde te duwen, kan de schijfslee eruit worden getrokken.

Ik heb de schijf uit de slee gehaald, aangesloten op een USB-naar-IDE-adapter en de data geëxtraheerd met de HDD Raw Copy Tool op Windows. De Travelstar-schijf was bijna aan het einde van zijn levensduur, aangezien de tool diverse corrupte sectoren tegenkwam. Gelukkig betroffen dit alleen bestanden van de Franse Windows 2000-handleiding, maar het onderstreept het belang van een directe backup.

Vervanging van de CR2032-batterij en helderheid van het display

Om bij de CR2032-backupbatterij op het pc-moederbord te komen, moet de behuizing worden geopend (zie de volgende secties).

Na het installeren van de nieuwe batterij startte de scope weer op, maar het TekScope-venster vertoonde corrupties en waveforms werden niet correct weergegeven. Dit kwam doordat de instellingen van de Chips & Technologies 69000 videokaart waren gewijzigd naar een 256-kleurenpaletmodus. Deze moet worden ingesteld op True Color 24-bit modus.

Er zijn twee videokaarten aanwezig: een geïntegreerde Intel 810 en de Chips & Technologies 69000. Die laatste drijft het LCD-scherm aan en beschikt over speciale hardware om oscilloscoop-waveforms in overlay-modus te renderen; deze worden door de acquisitiekaart via DMA naar het videogeheugen gestuurd zonder tussenkomst van de CPU.

Wat betreft de helderheid: na de batterijvervanging was het scherm nog steeds erg dim. Ik zocht al naar vervangende CCFL-backlight-buizen, maar dat bleek onnodig. De TDS7104 heeft geen fysieke knop voor de backlight-intensiteit. De vorige gebruikers hadden het apparaat waarschijnlijk in een donker lab gebruikt en de helderheid verlaagd via de gamma-instellingen in Windows.

Verwijder het voorpaneel NIET

Het is zeer waarschijnlijk dat je het voorpaneel niet hoeft te verwijderen. Dit is belangrijk omdat het voorpaneel plastic tabben heeft die zeer gemakkelijk breken. Hoewel het resultaat niet catastrofaal is als ze breken, kun je het paneel meestal nog wel stevig terugplaatsen.

De servicehandleiding suggereert dat het eenvoudig is, maar in de praktijk werkt het niet zo simpel. Het paneel heeft kliktabben aan de zijkanten, boven- en onderkant, maar ook schuiftabben die in de metalen rails grijpen. Als je het paneel te ver optilt, breken deze schuiftabben af. Je moet het paneel er heel voorzichtig parallel aan het display uit schuiven.

Alternatief: raak het niet aan. Al het pc-onderhoud, inclusief het vervangen van de diskettestation, kan worden uitgevoerd zonder het voorpaneel te verwijderen.

Demontage van de oscilloscoop

Om toegang te krijgen tot de binnenkant moeten meer dan 30 schroeven worden verwijderd. Gelukkig zijn dit allemaal Torx-15 schroeven van dezelfde lengte.

1. De accessoireszak losmaken: Klik de tas van het chassis af. Gebruik een platte schroevendraaier naast elke knop om hem voorzichtig los te wippen.
2. De scope op zijn achterpootjes zetten: Dit is de makkelijkste manier om te demonteren, omdat je dan geen schroeven aan de achterkant hoeft te verwijderen.
3. Het bovenpaneel verwijderen: Vier schroeven door de knoppen van de accessoireszak bevestigen het bovenpaneel aan het chassis.
4. Het onderpaneel verwijderen en de BNC-trim losmaken: Verwijder de vijf schroeven van het onderpaneel en de drie schroeven van de zwarte trim van de voorste BNC-connectoren. De trim hoeft niet volledig verwijderd te worden, alleen losgemaakt. Schuif daarna het onderpaneel naar beneden en verwijder het.
5. De handgreep en zijpanelen verwijderen: Nadat de handgreep is losslessgeschroefd (let op: deze twee schroeven wijken af in kleur van de rest), zijn de zijpanelen eenvoudig te verwijderen.
6. De twee metalen RF-beschermingspanelen verwijderen: Verwijder alle schroeven van de RF-behuizing. Verwijder eerst het onderste deel en dan het bovenste. Let op dat sommige onderste schroeven verborgen zitten onder de BNC-connectorafdekking.

Na deze stappen heb je toegang tot de acquisitiekaart (onderaan) en het pc-moederbord (bovenaan). Aan één zijde bevinden zich de koelventilatoren, de voeding en een RS-232-poort.

Een mislukte poging tot overstappen op een SSD

Ik wilde de defecte harde schijf vervangen door een SSD. Ik koos voor een 64 GB mSATA SSD met een adapter naar IDE 44-pin 2,5".

De standaardmethode is om de image van de oude schijf via HDD Raw Copy Tool naar de SSD te schrijven. Bij de 64 GB SSD lukte het opstarten gedeeltelijk, maar het proces stopte bij het laden van de Windows GUI met de foutmelding: STOP: c0000218 {Registry File Failure}. Omdat oudere systemen vaak problemen hebben met partities groter dan 32 GB, probeerde ik het met een 32 GB SSD, maar kreeg dezelfde fout. Ik besloot uiteindelijk alle software vanaf nul te installeren.

Schone installatie: Windows 2000 Pro of Windows XP?

Om driverproblemen te voorkomen, koos ik voor Windows 2000 Pro in plaats van XP, omdat ik wist dat dit gegarandeerd werkte. De ISO-file is te downloaden via het Internet Archive. De licentiesleutel op de achterkant van de scope werkte niet voor de standaardversie van Windows 2000 Pro, maar tijdens de installatie werd er uiteindelijk helemaal niet om een sleutel gevraagd.

Omdat het CD-ROM-station niet werkte, kon ik Windows niet op de normale manier installeren.

Niet alle TEAC CD-224E-stations zijn hetzelfde

Het originele TEAC CD-224E station werd herkend door de BIOS en Windows, maar kon geen schijven lezen. Ik kocht een 'nieuw' exemplaar op eBay voor $20.

Het vervangen van het station vereist dat de behuizing open is. Na het installeren van het nieuwe station bleek echter dat de BIOS het station helemaal niet herkende. Er zijn veel versies van de CD-224E; mijn defecte drive was versie A93 (2000) en de nieuwe was CD0 (2005). Blijkbaar zijn ze niet allemaal compatibel.

Windows 2000 Pro installeren via een virtuele machine (Een doodlopende weg)

Ik probeerde Windows 2000 Pro te installeren zonder CD-ROM of USB-boot via een virtuele machine (de eerste fase in de VM uitvoeren en daarna de SSD in de scope plaatsen). Na enkele uren bleek dit geen succes; de scope kwam nooit bij de Windows-installatie GUI.

De Windows 2000 Pro installatieschijf branden op een USB-stick

Omdat de scope niet direct van USB kan booten, was dit de laatste optie. Ik gebruikte WinSetupFromUSB om de USB-stick voor te bereiden:

1. Selecteer de USB-stick als doel.
2. Kies voor "Auto format with FBinst" en het FAT32-bestandssysteem.
3. Voeg "Windows 2000/XP/2003 Setup" toe.
4. Selecteer de gemounte Win2K Pro ISO als bron en start het proces.

Opstarten vanaf USB-stick met Plop Boot Manager

Plop Boot Manager maakt het mogelijk om van USB te booten op machines die dit van huis uit niet ondersteunen.

1. Kopieer het plpbt.img bestand naar een diskette met een tool als WinImage of RawWrite.
2. Start de Plop Boot Manager op vanaf de diskette.
3. Selecteer USB als boot-apparaat.

Ik ontdekte dat mijn USB-diskettestation defect was, dus gebruikte ik het interne diskettestation van de scope om de image te schrijven. Dit werkte perfect. Let op: Plop ondersteunt geen USB-hubs. Aangezien het moederbord slechts één USB-poort heeft (bezet door de stick), is een PS/2-toetsenbord noodzakelijk.

Windows 2000 Pro installeren

Met de lege 32 GB SSD verliep de installatie van Windows 2000 Pro probleemloos. De installatie bestaat uit twee fasen: een tekstmodus voor de drivers en een GUI-modus vanaf de SSD.

Speciale TDS7104-stuurprogramma's installeren

Voor de specifieke hardware van de TDS7104 zijn speciale drivers nodig. Ik heb deze geëxtraheerd uit de originele harde schijf. De vier belangrijkste drivers zijn:

• Voorpaneel: Het USB-apparaat dat verschijnt onder "Other Devices".
• Texas Instruments PCI-1225 CardBus Controller: Deze moet twee keer worden geïnstalleerd (één keer per poort). Gebruik het bestand unsup.inf.
• PCI2PCI bridge: Het "Other PCI Bridge Device".
• Chips and Technologies 69000 video driver: De standaard Windows-driver laat het scherm werken, maar is onvoldoende voor het renderen van signalen in de TekScope-applicatie. Gebruik de specifieke Asiliant-driver.

Tektronix-firmware installeren

Firmware v2.5.5 kan gratis worden gedownload van de Tektronix-website. De installatie is eenvoudig via het executable-bestand. De PowerPC-controller heeft toegang tot bestanden in de c:\vxboot directory op de harde schijf; deze directory wordt automatisch aangemaakt tijdens de installatie.

TekFonts installeren

De applicatie gebruikt custom TrueType-lettertypen voor symbolen (zoals het rising edge trigger symbool). Zonder deze fonts worden Griekse tekens weergegeven. Download tekfonts.zip, pak deze uit en installeer de drie lettertypen via het Configuratiescherm → Lettertypen.

De oscilloscoop werkt!

De TDS7104 is nu volledig operationeel met een SSD. De opstarttijd is aanzienlijk verkort: van 2 minuten en 50 seconden naar 1 minuut en 35 seconden.

De bestaande licentie opnieuw inschakelen

De geavanceerde jitter-licentie ontbrak nog. Met behulp van Python-scripts (validate.py en gen.py) uit een GitHub-repository kon ik de licentiesleutel reconstrueren.

Het proces werkt als volgt:

1. De validate-script analyseert de bestaande sleutel en het serienummer.
2. Er wordt een UID gegenereerd (combinatie van serienummer en model).
3. Een 144-bit bitmask bepaalt welke functies actief zijn.
4. Met gen.py kan een nieuwe sleutel worden gegenereerd op basis van deze parameters.

De oscilloscoop is erg tolerant wat betreft de invoer van de sleutel (hoofdletters, koppeltekens maken niet uit). Voor wie alle opties wil activeren, wordt op het EEVblog-forum vaak een mask van FFFFFFFF....FFFF aangeraden.

Schoonmaak

De laatste stap was het reinigen van de knoppen. De knoppen hebben een dunne antisliplaag die vet aantrekt. Door deze laag te verwijderen met 90% isopropylalcohol zien de knoppen er weer als nieuw uit. Wees voorzichtig met 99% isopropylalcohol, omdat dit het plastic kan aantasten. Indien knoppen ontbreken of gebroken zijn, kunnen die van een TDS220 worden gebruikt, aangezien deze identiek zijn.

Referenties

• TDS7000 Series User Manual
• TDS7000 Series Service Manual
• Eevblog forum - Tek CSA7404/TDS7000 repair project
• xdevs - Tektronix TDS7000 series repair
• 41J Blog - TDS7054 repair
• exit-failure/tds7000 Github Repo
• TDS7104 power supply schematic (door Xyphro via Eevblog)
• Youtube - Feedbackloop - Tektronix TDS7104 repair (NVRAM vervanging door FRAM)
• Youtube - John Tinkers - Tektronix TDS7104 1GHz Monster

Voetnoten

1. Ik kwam hier pas achter na het verwijderen van de behuizing.
2. Ik heb de 16-bit modus niet geprobeerd.
3. De Agilent 54831 gebruikt een vergelijkbare overlay-methode.
4. In de praktijk zal ik dit apparaat waarschijnlijk nooit intensief genoeg gebruiken om dit probleem tegen te komen.
5. Er zijn nog native 2,5” IDE 44 laptop SSD's beschikbaar, maar deze zijn duurder.
6. RawWrite voor Windows is de juiste tool voor 32-bit systemen zoals Windows 2000.
7. Bij installatie van de verkeerde driver schakelt Windows over naar de Intel GPU. Je hebt dan een externe VGA-monitor nodig om te zien wat er gebeurt. De foutieve driverbestanden moeten handmatig van de SSD worden verwijderd voordat de juiste driver geaccepteerd wordt.