技術交流

    示波器是電(diàn)氣工程師的基礎儀器，但我經(jīng)常發現有些工程(chéng)師(shī)不能有效地使(shǐ)用其觸發(fā)功能。觸(chù)發常(cháng)被認爲非常複雜，現在存在這樣一種(zhǒng)趨勢，即如果有任何問題，直接到實驗室去求助專家來幫助設置觸發。本文(wén)的目的在于幫助工程師了解觸發的基本原理以及有效(xiào)使用觸發的策略。

    什麽(me)是觸發？ 任何示波器(qì)的存儲器(qì)都是有限的(de)，因此所(suǒ)有示波器都必須使(shǐ)用觸發。觸發是示波器應該發(fā)現的用戶(hù)感興趣的(de)事件。換句話(huà)說，它是(shì)用戶(hù)想要在波形中(zhōng)尋找的東(dōng)西。觸發可以是一(yī)個事(shì)件（即波形中的問題），但不是所有的觸發都是事(shì)件。觸發實例包括邊沿觸發、毛刺信号觸(chù)發和數字(zì)碼型觸發。 示波器必須使用觸(chù)發的原因在于其存儲器(qì)的容量有(yǒu)限。例如，Agilent 90000 系列示波器具有(yǒu) 20 億采樣(yàng)的存儲器深度。但是，即便擁有如(rú)此大容量的存儲器，示波(bō)器仍(réng)需要一些事件來區分哪 20 億個采樣需要顯示給用戶。盡管 20 億的采樣聽(tīng)起來似乎(hū)非常龐大，但這仍不足以确保示波器存儲器能夠捕獲到感興趣(qù)的事(shì)件。 示波(bō)器的存儲器(qì)可視(shì)爲一個傳送帶(dài)。無論什麽(me)時候進行(háng)新的采樣，采(cǎi)樣都會存儲到存儲器中。存儲器存滿時，最舊的采樣就會被删除，以便保存最新采樣。當觸發事件發生時(shí)，示波器就會捕獲足(zú)夠(gòu)的采樣，以将觸發事件存(cún)儲在(zài)存儲器要(yào)求的位置（通(tōng)常是在中間），然後将這(zhè)些數據顯示給用戶。 重複采樣模式與單次采(cǎi)樣模式過去，最常見的(de)示波器運行模式是重複模(mó)式。這意味着一旦示波器觸發并将數據(jù)顯示給用戶，它将立即開始搜(sōu)索下(xià)一個觸發事件。這就是示(shì)波器波形更新如此頻繁的原(yuán)因。 任何一款示波器要想進行觸發并将數據顯示給用戶，都需要時(shí)間來重新準備觸發。這個時間也稱爲“挂起時(shí)間”。在挂起時間内，示波器不(bú)能捕獲任何波(bō)形。因此，挂起時間越短，錯(cuò)失的事件越少。例如，如果有一(yī)個毛刺信号恰巧在挂起時間内(nèi)出現，那麽它将不(bú)能在示波(bō)器的顯示屏上顯示。如果這個毛刺信号是一個罕見事件(jiàn)，則用戶可能認爲波形中沒有毛刺信号，而事實上它卻是存在的。因此，示波器的挂起時間越短，錯失波形中重要(yào)事件的幾率就越低。 表述此概(gài)念的另一種方法是“更新(xīn)速率”，即每秒鍾的波形數(shù)量(liàng)。示波器具有 100000 波形(xíng)/秒的(de)更新速率。單次采樣模式(shì)用于查找單一觸發，而不會繼續采集更多波形。因此，當用戶想要查找某個事件，檢查導緻該事件的原因和事(shì)件發生後所出現的問題時，便可使用單次采樣模式。這種模式對于分(fèn)析不重複并且每次操作都會(huì)發生變化的波形尤其重要。 自動模式與(yǔ)觸發模式 如果沒有發生(shēng)觸發事件，将會出現什麽情(qíng)況呢？這一個非常(cháng)好的(de)問題。在這種情況下，屏幕(mù)上(shàng)的波形将不會更新。這不是我們想要(yào)的(de)情況，因爲用戶(hù)可能不知道如何改變觸發來獲得屏幕上的波形。例(lì)如，如果探(tàn)頭滑(huá)落(luò)，示波器将(jiāng)可能停止觸發。不過，如果屏幕不能更新，信(xìn)号丢失将很不明顯(xiǎn)。 爲了解決這個(gè)問題，示波器擁有一個稱爲“自動（Auto）”觸(chù)發的模式。在此模式下，如果在一段時間内無法找到觸發，示波器将自(zì)動觸發以更新屏幕(mù)。通常，示波器上(shàng)有一(yī)些(xiē)指示器（例如前面闆上的 LED）來指示上一個觸發(fā)是真實觸發還是(shì)自(zì)動觸發。這樣，如果用(yòng)戶(hù)看到“自動(dòng)（Auto）”指示器，他們就(jiù)會知(zhī)道所設置的觸(chù)發沒有發生。例如(rú)，如果用(yòng)戶設置的觸發爲(wèi)毛刺信号(hào)，他們将會知道示(shì)波器沒有檢(jiǎn)測(cè)出毛刺信号。 然而，當您回顧上(shàng)一段的内容時(shí)就會發現，當自動觸發發生(shēng)時，它就意味着每次觸發之後，示波(bō)器進行重新準備(bèi)時具有挂起時間(jiān)。爲了完全避免這一時間，示波器應(yīng)改爲“觸發（triggered）”模式。（這(zhè)在某些示(shì)波器中稱爲“正常”模式）。在“觸發（triggered）”模式中，除非發現觸發事件，否則示(shì)波器将不會進行觸發。因此，如(rú)果用戶将觸發模(mó)式設(shè)置爲毛刺信号并且示波器一(yī)直沒有進行觸發(fā)，那麽用戶(hù)就可以确(què)信毛刺信号沒有發生（至少示波(bō)器能夠檢測出）。普(pǔ)通觸(chù)發模式(shì) 邊沿(yán)觸發 邊沿觸發是所有觸發模式中最普通的一種觸發。它的使用如此頻繁的原因在于，所有波形都有邊沿，隻要(yào) 觸發電平設置正确，這(zhè)種(zhǒng)觸發模式就能正常(cháng)工作(zuò)。同時，這一優(yōu)勢也(yě)是其最(zuì)大的劣勢，因爲它能對大多數 波形非(fēi)常頻繁地進行觸發，所以它和自動觸(chù)發（Auto Trigger）非常相似。 毛刺信号/脈沖寬度/超時觸發 雖然許多問題隻需使用邊(biān)沿觸發便可以輕松(sōng)找出，但(dàn)是(shì)有時工程師必須(xū)使(shǐ)用更複雜的觸發。其中，最簡單 的觸發(fā)便是脈沖觸發。脈(mò)沖觸(chù)發被定(dìng)義爲一段高于（正脈沖(chòng)）或者低于（負脈沖(chòng)）某個阈值電平的時間。 最常見的脈沖觸發是毛刺觸發，它常用于對小于(yú)最小寬度的脈(mò)沖進行觸發。這(zhè)是一個(gè)違反觸發的實例，因 爲示波器無論在何時觸發都會指示出一(yī)個問題。 具有最大時間值的脈寬觸發的(de)一個令(lìng)人困惑(huò)的方面是發生觸發的時間。在某些(xiē)情況下，用(yòng)戶可能想要在超 過(guò)時間值時示波器立(lì)即進(jìn)行觸(chù)發。這稱爲(wèi)“超時”觸發，因爲示波器并不需求一個完(wán)整的脈沖(chòng)來進行觸發 。換句話說，即使不發(fā)生第二個跳變，超時觸發。 相反，我們所說(shuō)的“脈沖”觸發隻有等到第(dì)二個跳變出現後才(cái)會進行(háng)觸發(fā)。也就是說(shuō)，對于正脈沖來說， 即使超過最(zuì)大時間，也要一直等(děng)到下(xià)降沿才會發生觸發。這意味着時間限制點之後的觸發可以良好(hǎo)地進(jìn)行 。因此，超(chāo)時觸發的使用率比脈寬觸發高得多。由于這(zhè)并不直觀，所(suǒ)以我們爲用戶提供了兩種選擇，用戶(hù) 可以使用超時觸(chù)發，也可以使用脈沖末端觸發。如果(guǒ)選擇超時選項，則此時的脈寬觸發将與超時觸發完(wán)全(quán) 相同。 有關脈寬觸發(fā)的另一個令(lìng)人費解的地方是它們并不全是違反觸發。雖然毛刺信号很明顯是違反觸發，但長 脈沖也可能是一個正(zhèng)常事件。因此，這取決于是否規定了(le)脈沖寬度爲違反觸發的一個條件。 上升時間和下降(jiàng)時間 違反觸發的下一種類型是上升時間觸發(fā)和下降時間觸發。它們可用于查找上升或下降太快或太慢的邊沿。 此類觸發由兩個觸發電平（邏輯高和邏輯低）和信号在這兩個電平之間的最(zuì)長時間和最短(duǎn)時間來定義。 上升時間觸發(fā)和下(xià)降時間(jiān)觸發的一個令(lìng)人困惑的方面是觸發電壓阈(yù)值并(bìng)不依賴(lài)于自動測量電壓阈值。例如(rú) ，測量出信号的上升時間并(bìng)且(qiě)期望(wàng)上升(shēng)時間觸發(fā)能夠在同一時間值上進行觸(chù)發本來是非常正常的。但在許 多情況下，測(cè)量阈值默認(rèn)爲信号電壓範圍的10% 和 90%。因爲觸發阈值是(shì)獨立的，所以用戶很容易錯誤地 設置不同的阈值，例如 5% 和 95%。在這種情況下，用戶可能會感到很困惑，因爲測量顯示的是上升時間 值(zhí)，但是使用(yòng)相同的時間值卻不能使示波器進行觸發。 建立(lì)觸(chù)發與保持觸發 另一類(lèi)違反觸發是建立觸發和保持觸發。當然，這要求(qiú)使用數據信号和時(shí)鍾信号。這種觸發還(hái)要求規定(dìng)建 立時間、保持時間或(huò)者兩者都要規定(dìng)。當檢測建(jiàn)立時間和(hé)保持時間違反(fǎn)觸發條件時，示波器将進行觸發。 矮脈沖觸發 毛刺信号是(shì)一個非常窄(zhǎi)的脈沖，而矮脈沖是一個非常矮的(de)脈沖。矮脈沖是(shì)由三個電壓電平來定義的。如果 一個信号通(tōng)過兩個阈值（同一方向），然後又(yòu)再次通過其中一個阈值而未通過第三個阈值，那麽将(jiāng)出現(xiàn)矮 脈沖觸發。例如，如果三個阈值爲 1V、2V 和 3V，信(xìn)号從(cóng) 0V 向 2.3V 前進，然後返(fǎn)回到 0V，這就是一 個矮脈沖，因爲它上(shàng)升時通過 1V、2V ，然後下降時又(yòu)通過 2V. 這個(gè)觸發(fā)最令人困惑的地方是三(sān)個阈(yù)值電平的定義(yì)。通常，阈(yù)值(zhí)電平定義爲 10%、50% 和 90% 時恰好合 适，但它不是直觀的，爲什(shí)麽需要(yào)三個阈值電(diàn)平(píng)，而不是兩個阈值電平呢(ne)？ 窗口觸發 窗口觸(chù)發（Window）是一種(zhǒng)高級觸發，它(tā)使用兩個電壓阈值和兩(liǎng)個時間值。窗口觸發即(jí)是當信号進入(rù)或退 出某個電壓範圍時進行觸發(fā)。另外，時間也可(kě)以是一個(gè)範圍，因此(cǐ)可(kě)以指定信号在某個電壓範(fàn)圍之内(nèi)（或 之外）的最短時間和最長時間作爲觸發(fā)條件(jiàn)。這爲進行各種不同的觸發提供了極大(dà)的(de)靈活性。 序列觸發 序列觸發具有(yǒu)在示波器進行觸發之前，首先查找一個事件，然後搜索(suǒ)另一(yī)個(gè)事件的能力。例如(rú)，序列觸發 使用戶可以查(chá)找一個信号邊沿，該信号邊沿後緊(jǐn)随另一個信号脈沖。軟件觸發 示波(bō)器中最常見的觸發是硬件觸發。在這種情況(kuàng)下，因爲對觸發進行實時處理，所以(yǐ)即使(shǐ)是最罕見的觸發 事(shì)件也可以被捕(bǔ)獲。然而，一些事(shì)件非(fēi)常複雜，以(yǐ)至于硬件觸發(fā)無法捕獲。爲了觸發(fā)這些事件，需要将軟 件觸發與硬件觸發一起使用。當進行硬(yìng)件觸發時，軟件觸發将搜索捕獲到的事(shì)件迹線。如果找到此迹線， 那(nà)麽示波器就(jiù)會進行觸發。然而，盡(jìn)管此類觸發功能很強大，但無法進行實(shí)時觸發。對于頻繁發生的(de)事件 來說，這沒(méi)有什麽問題，但對于罕見事件而言，這卻(què)是一個(gè)巨(jù)大的缺陷。在這種情況下，軟件觸發将可能 錯失大多數罕見事件實例，而示波器可能(néng)需要很長時間才(cái)能觸發(fā)。即使如此(cǐ)，讓示(shì)波器自動查(chá)找(zhǎo)事件還是 要好得多，盡管它要花費幾分鍾的時間(jiān)，但這總比找不到任何事(shì)件要強。 觸發策略 進行(háng)觸發以顯示波形 迄今(jīn)爲止，這是最簡單的案例，因爲它使用的是自動觸發。設置此(cǐ)觸發的最簡單的方法是輕松按下示波器 前面闆上的“Autoscale”按鈕。這是顯示示波器波形(xíng)的最快速的方法。在許多情(qíng)況下，這已足以使用戶 了解(jiě)之後出現的(de)情況。 進行觸發(fā)以調試模拟問題 如果簡單(dān)的觸發不能夠揭示問題，下(xià)一種方法是尋找(zhǎo)簡單的模拟(nǐ)問題(tí)。這裏嘗試的主要觸發(fā)模式是毛刺(cì)信 号、矮脈沖、上升時間和下降時(shí)間(jiān)。這些模式可揭示出大多數常見的模拟問題。另外，用戶還可以使用建 立和保持觸發，以确保建立和保持觸發不是(shì)問題的根源。 在這種(zhǒng)情況(kuàng)下(xià)，示波器應使用标準可重複(fú)模式來運行。（對于大多數示(shì)波器來說，這簡稱爲“Run”）。 某些模(mó)拟問題（例如非單調(diào)邊沿）隻有使用軟(ruǎn)件觸發才能夠檢測出來。在這種情況下，請(qǐng)确保将硬件觸發 和軟件觸發設置爲相同的邊沿和斜率(lǜ)。這是一個很常見(jiàn)的問題，它使用(yòng)戶誤以爲沒有觸發發(fā)生，實際上是 由于硬件觸發設置不正确造成的。 如果您注(zhù)意到波形在示波器上顯(xiǎn)示時間非常短(duǎn)，您可以使(shǐ)用軟件觸發中的區域觸發對其進(jìn)行觸發。區域觸(chù) 發允許我們将一部分格(gé)子線(xiàn)指定爲“必須交叉”的區域，隻有波形穿過(guò)那個區域，示波器才(cái)會進行(háng)觸發。 或者，此區域也可(kě)以設置爲“不得交叉”，以便(biàn)過濾(lǜ)出您不想看到的波形。 在這種(zhǒng)情況下，将示波器設置爲觸發模式是非常明智的，如此一來，在沒有發(fā)現事(shì)件時，示波器就不會進 行觸發。這也意味着這(zhè)個特殊問題并未發生，并且可在問(wèn)題的根源中排除這個問題。因此，這(zhè)是一個排除 問題的過程。 進行觸發(fā)以調(diào)試軟件或(huò) FPGA 問題 在前兩種情況下，示波器是根據某個特定的模拟問題進行觸發。但是，在許多(duō)情況（例(lì)如軟件或 FPGA 問 題）下，我們的目标并不是對問題進行觸發，而(ér)僅僅是想通過對波形的跟蹤來嘗試着找(zhǎo)出邏(luó)輯問題，而不 是模(mó)拟問題。 在這種情況下，将示波器設置爲使用深存(cún)儲器和單次(cì)模式運行非常重要。（對于(yú)安捷倫示(shì)波器來(lái)說，這是 “Single”按鈕(niǔ)，而非“Run”按鈕）。深存儲器爲您提供最大數量(liàng)的波(bō)形，這些波形還可以爲您提供捕 獲問題的最佳(jiā)時機。對于大多數(shù)示波器來說，無論“Time per Division”旋鈕何時改變，存儲器(qì)深度都 可進行自動設置，此外，存儲器深度也可手(shǒu)動設置(zhì)。對于 示(shì)波器(qì)來說，此設置在“Acquisition”菜單中 完成。 觸(chù)發事件應設置爲在感興(xìng)趣區(qū)域的某個地方發生(shēng)的(de)已(yǐ)知事件。最常見的選項是脈沖、數字碼型和串行觸發 。脈(mò)沖觸發是最簡單的觸發，因爲(wèi)它隻需指(zhǐ)定脈(mò)沖長度。碼型觸發和(hé)串行觸發(fā)非常特殊，因爲它們支持用 戶指定特定值。例如，常見串行觸發是對一個特定地址執行寫操作(zuò)。一旦找到感興趣的(de)事件，那麽跟(gēn)蹤此 迹線就會找到問題的根源。對于串行總線來說，啓動(dòng)數據的串行解碼功能非常有(yǒu)用。這樣不(bú)僅可以顯示模 拟波形，還可将波形轉換成數據包，從而使通過數據進行跟蹤變得(dé)非常容(róng)易。 總結 觸(chù)發是一個非常(cháng)強大(dà)的示波器特性，但是通常用戶(hù)必須不能僅限(xiàn)于了解簡單的邊沿觸發(fā)。其(qí)關鍵是了解用 戶是否正在(zài)尋找模拟問題或者正在跟蹤一個邏輯問題。示波(bō)器在(zài)這兩方面都可提供出色的功能，但這取決 于用戶使用正确的策略。