FreeTalker 錶型無線電維修記

奇怪, 怎麼最近都在寫維修文…

這組手錶型無線電對講機是去年在淘寶上買的, 一組兩隻 180 人民幣, 使用 462/467MHz 的 FRS 頻帶, 附鋰聚電池跟充電器. 根據賣家的說法, 發射功率是 350mW, 如果規格是真的, 這價格實在沒什麼好挑剔的.

不過, 其中一隻的喇叭在我買回來後沒多久就沒聲音了, 而這也不是很常用的東西, 就一直放在那邊沒去管它. 今天下午剛好有空, 就決定把它拆開來, 看看到底是什麼問題.

FRS 頻段學問大

這種免執照的低功率無線電, 用的多半是 FRS 頻段. FRS 是 family radio service 的縮寫, 這個標準源自於美國, 不過後來世界各國多有跟進並設立自己的標準.

美國的 FRS 有 14 個頻道, 發射功率限制是 500mW, 使用 deviation 2.5KHz 的 narrow-band FM 調變. 美國另外有一種需要執照的無線電標準叫 GMRS (general mobile radio service), 有 16 個頻道, 發射功率可以到 50W, FM 的調變深度可以到 5KHz.

FRS 的 14 個頻道分成 462MHz 跟 467MHz 兩組, 其中 462MHz 的七個頻道跟 GMRS 的頻道有一部份是重疊的:

雖然頻率重疊, 但其實並不完全一樣. 像 FRS 這種免執照的無線電標準, 在頻率的定義上都會有個尾數, 讓它跟整數頻率的正規無線電服務稍為錯開來. FRS channel #1 的頻率是 462.5625MHz, 而 GMRS channel #1 的頻率其實是 462.550MHz, 兩者相差了 12.5KHz. 以 GMRS 的 FM 調變深度 5KHz 來說, 仍然不會干擾相臨的 FRS 頻道, 而 FRS 的 2.5KHz 調變深度就更安全了.

既然頻率這麼接近, 現在 digital PLL 頻率合成電路又很強大, 改頻率只要設個暫存器就好了, 不做白不做, 所以大部份的 FRS 設備商都會順便把 462MHz 的八個 GMRS 頻道附上, 變成總共 22 個頻道.

不過即使設備有這個頻率, FCC 仍然要求使用者必需有 GMRS 的執照才能在這 8 個頻道上傳送訊號.

另外, 有些人可能會覺得好奇, 為什麼 FRS 的 14 個頻道要分成 462MHz 跟 467MHz 兩組 ? 其實 FCC 當初在設定 FRS 頻率時, 本來有打算讓 FRS 使用 repeater 或全雙工的功能, 這兩個功能都要將頻道兩兩搭配使用, 而且成對頻道之間的 offset 最好是固定的. 所以 FRS channel #1/#8, #2/#9… 之間的 offset 都是固定的 5MHz.

不過 FCC 最終仍然沒有開放 FRS 始用全雙工或是 repeater 的功能, 因此這種不連續的頻率分配就成了歷史的遺蹟.

台灣也有開放 FRS 頻段, 一樣也是 14 個頻率, 不過我們一開始就沒有考慮要開放 repeater 功能, 所以台灣的 14 個 FRS 頻道是在連續的頻譜上:

台灣的 channel spacing 是 12.5KHz, 因為不像美國有 GMRS 的頻率插在中間, 所以可以排得比較密. 其中有 4 個頻道可以跟美規 FRS 互通, 6 個頻道可以跟 GMRS 互通.

也算大廠

我在淘寶上買到的這組錶型對講機是一家叫 FreeTalker 的大陸公司做的, 公司的中文名字叫深圳市富潤康公司. 這公司的產品還不少, 在小功率無線電對講機界還算小有名氣, 而且以 “把東西做小” 聞名. 因此他們的主流產品就是我買的這種手錶式對講機.

淘寶上可以買到各式各樣這家公司的產品, 不過是不是正規管道的貨就很難說. 因為 FreeTalker 的產品有不同國家的頻率設定, 但我詢問賣家關於頻率的問題, 他們都說無法指定, 只能隨機發貨, 因此一次一定要買一對, 而且只保證這兩隻可以互通. 下次再買另一對時, 搞不好是另一個國家的頻率, 不保證一定能跟這次買的這一對互通.

還是要修

扯遠了, 來修東西.

背面有四顆螺絲, 先把電池拿掉, 就來拆機.

背蓋拿掉後, 就看到電路板了.

板子右上有一顆 QFP56 的 IC, 標簽拿掉後發現是 Panasonic 的 AN6311, 這是一顆 UHF radio 上常用的 digital PLL synthesizer SoC, 但網路上完全查不到 datasheet. 那我為什麼會認識這顆  IC 呢 ? 那又是另一個二十多年前的故事了… 這邊略過不表, 不過這顆 IC 真的很老, 很老了.

小心地把旁邊的 rubber dome 按鈕卸下, 把板子從機殼中拿出來.

金屬殼罩起來的部份可能是 MCU 的數位電路. 一般我們設計 mixed-signal 的電路板時, 會用 metal can 把 RF 電路包起來, 因為 RF 電路佔的比例比數位電路低得多. 但在 FRS radio 這種設計中, 用來控制 UI 的數位電路可能只佔一小部份, 板子上大部份都是 RF 電路. 因此, 把小塊的數位電路包起來是比較常見的做法.

出問題的症狀是喇叭沒聲音, 所以我就從喇叭附近的電路開始看起.

喇叭附近有顆 SO8 包裝的 IC, 查了一下是 UTC 的 MC34119 low-power audio amplifier. 查了一下 datasheet, 它裡面有兩個相位相反的 amplifier 和偏壓電路, 構成典型的 differential speaker driver:

當 amplifier 打開時, 喇叭兩端會被偏壓在 1/2 Vcc, 然後用兩個相位相反的 amplifier 驅動, 因此它不需要輸出電容隔離 DC. 最簡單的應用電路長這樣:

它裡面並沒有回授電路, open loop gain 高達 80dB, 因此 gain 可以由外部的負回授電路來控制, 像典型的 op amp 電路一樣.

喇叭沒有聲音, 到底是喇叭壞了, 還是放大電路壞了呢 ? 量一量放大電路有沒有輸出就知道了. 如果放大電路沒有問題, 在第 5 腳和第 8 腳上, 應該可以看到振幅差不多但相位相反的音頻訊號.

但我今天放假在家, 沒有示波器可以用, 要怎麼量波形呢 ?

也是示波器

嘿嘿, 身為宅男界的硬漢, 家裡就算沒有示波器, 有個跟示波器很像的東西也是很合理的.

這東西叫示波電錶, 是大陸的儀器廠 UNI-T 出的 UT81B. 基本上它就是台三用電錶, 但是有個很大的 160×160 點據矩陣液晶螢幕, 除了量電壓電流電阻外, 還可以顯示電壓的波型. Sample rate 有 40MSa/S, 頻寬 8MHz, 雖然不能跟現在常用的示波器規格相比, 但拿來看 audio 電路或一些電源電路是綽綽有餘的. 我記得小時候家裡的類比示波器也頻寬也才 10MHz 呢.

它顯示的畫面就像典型的數位儲存示波器一樣, 功能也差不多, 檔位/時間/觸發的調整功能也都跟示波器一樣, 還有波型的儲存功能跟全隔離電腦界面哦.

這麼好用的儀器, 猜猜看要多少錢 ? 兩萬 ? 不用! 一萬 ? 不用!

只要 790 元人民幣, 折合台幣不到 4000, 再加 20 元人民幣的運費, 它就會坐順豐快遞的飛機到台灣, 隔天出現在你家.

這麼好用的工具, 每個硬漢真的都應該有一台啊!

我量了 MC34119 的兩隻輸出接腳, 上面都有訊號, 因此放大電路沒有壞. 那是喇叭壞了嗎 ? 我把喇叭解焊後, 用 1.5V 的電池去碰喇叭的兩端, 喇叭會發出卡啦卡啦的聲音, 因此喇叭應該沒有壞.

那是接線的問題囉 ?

我再用電錶去量電路板上兩個喇叭線的焊點, 發現一個有訊號, 但另一個卻沒訊號. 看來已經找到問題的核心了.

紅色那根線的焊點是通往 MC34119 的第 8 腳, 因此根據參考電路, 另一個焊點就是通往 MC34119 的第 5 腳. 斷掉的就是這一個焊點.

我另外拿了一根黃色的 OK 線, 從 MC34119 的第 5 腳直接接到喇叭上.

有聲音了.

雖然我很想細究為什麼這麼近的電路板走線也會斷掉, 但這個焊點的正反兩面都沒有出線, 看起來走線是在內層, 所以我拿它一點辦法都沒有.

手術完了, 剩下的就是縫合了.

照順序把電路板裝回去, 把線整好, 就修好啦~