如何深入理解數(shù)字示波器觸發(fā)功能及測試案例

“觸發(fā)”絕對稱得上數(shù)字示波器靈魂級的概念，如果沒有合適的觸發(fā)條件，波形觀測也無從談起。雖然很多工程師熟悉觸發(fā)功能，但只知其表不知其里。如何深入理解觸發(fā)呢？這篇ZDS示波器研發(fā)筆記分享給大家。

示波器在使用時首先要得到穩(wěn)定觸發(fā)的波形，這樣才能保證后續(xù)的測量、解碼等高級功能的可靠性?，F(xiàn)在數(shù)字示波器的觸發(fā)功能越來越強大，從常規(guī)觸發(fā)，到協(xié)議觸發(fā)，再到模板觸發(fā)，越來越強大。但在基本的觸發(fā)設(shè)置中，有些小細(xì)節(jié)的作用不可忽視，靈活掌握后，對使用示波器亦大有裨益。下文就對觸發(fā)功能、設(shè)置中的觸發(fā)濾波、觸發(fā)靈敏度、釋抑時間進行分析交流。

一、示波器觸發(fā)的原理

示波器的觸發(fā)系統(tǒng)與采樣系統(tǒng)，是示波器的重要組成部分。采樣系統(tǒng)負(fù)責(zé)將模擬信號數(shù)字化，但信號是源源不斷過來的，該取哪部分顯示在示波器的界面上呢？

如果示波器沒有觸發(fā)系統(tǒng)，采用每隔一段時間或隨機某個時間將采樣的波形進行疊加，由于采樣位置的不確定性和無規(guī)律，就會出現(xiàn)圖1中非?；靵y的波形顯示，在屏幕上看起來就像來回滾動的波形。

圖1 沒有觸發(fā)系統(tǒng)的波形采樣

這個混亂的現(xiàn)象，和示波器上觸發(fā)不穩(wěn)定的現(xiàn)象一致。如下動態(tài)圖所示：

這就要靠觸發(fā)系統(tǒng)來實現(xiàn)。觸發(fā)的原理是一直監(jiān)控信號流，若發(fā)現(xiàn)信號滿足設(shè)定的觸發(fā)條件，觸發(fā)器記錄滿足條件的信號，啟動采樣；待數(shù)據(jù)采集完畢后，由控制器對信號進行處理和顯示。具體如圖2所示。

圖2 觸發(fā)過程

示波器的觸發(fā)條件的一個很關(guān)鍵的因素是觸發(fā)電平，觸發(fā)電平大多數(shù)情況下是用一根直流電平作為基準(zhǔn)，當(dāng)信號的電壓超過該直流電平的時刻作為采樣波形的起始點。由于起始采樣的位置是有規(guī)律的，因此多次采樣的波形進行疊加后看上去還是一個穩(wěn)定的波形。如圖3所示：

圖3 穩(wěn)定觸發(fā)的波形采樣

示波器的觸發(fā)功能，一方面可以使波形穩(wěn)定，波形不再左右搖晃；一方面可以縮短用戶調(diào)試的時間，只有滿足觸發(fā)條件的信號才會被捕獲、顯示。

動態(tài)調(diào)節(jié)示波器的觸發(fā)電平，可以觀察波形穩(wěn)定觸發(fā)的位置的動態(tài)變化，如下動態(tài)圖所示。

二、觸發(fā)濾波

在常用的設(shè)置中，一般設(shè)定了觸發(fā)類型、觸發(fā)電壓，波形就能穩(wěn)定顯示了。但對于噪聲比較大的信號，會出現(xiàn)觸發(fā)不穩(wěn)定、上下邊沿都能觸發(fā)的情況。這是因為信號毛刺的存在，干擾了觸發(fā)系統(tǒng)對觸發(fā)條件的判斷，造成誤觸發(fā)。這時候可以在【觸發(fā)設(shè)置】中，選擇【觸發(fā)耦合】操作。常有的耦合有如下：

• 直流耦合：就是不作處理，允許直流交流信號進入觸發(fā)路徑；

• 交流耦合：是高通濾波，截止頻率約7Hz；

• 低頻抑制：是高通濾波，截止頻率約為50KHz；

• 高頻抑制：是低通濾波，截止頻率約為50KHz。

具體如圖4所示：

圖4 各種濾波器性能

觸發(fā)耦合其實就是一種對觸發(fā)信號的低通或高通濾波。因此可對噪聲大的信號加入“高頻抑制”耦合，過濾掉其中高頻部分，使得波形觸發(fā)穩(wěn)定如圖5所示。

圖5 CH1不開啟高頻抑制觸發(fā)不穩(wěn)，CH2開啟高頻抑制

三、觸發(fā)釋抑的作用

在觸發(fā)設(shè)置中，觸發(fā)釋抑的功能一般會被人忽略。按照定義，釋抑是定義兩次觸發(fā)之間的最少時間間隔。

當(dāng)示波器觸發(fā)一次后，會進入觸發(fā)釋抑時間計數(shù)，在此時間內(nèi)觸發(fā)功能會被抑制，即使信號滿足觸發(fā)條件，系統(tǒng)也不會標(biāo)記為觸發(fā)點。釋抑的設(shè)置對偶發(fā)性多邊沿的信號捕獲極為好用，使得原來圖像不穩(wěn)定的波形馬上清晰。若觸發(fā)釋抑時間設(shè)得不對，示波器將會把不同邊沿的信號作為觸發(fā)點重疊在一起，造成波形顯示異常，如圖6所示。釋抑時間的設(shè)置具體如圖7所示。

圖6 釋抑時間設(shè)置不當(dāng)造成波形顯示異常

圖7 釋抑時間應(yīng)該在Tmax與Tmin之間

四、觸發(fā)靈敏度的作用

觸發(fā)電平只是一根參考電壓，而實際的波形在邊沿處是存在抖動的，如圖8所示，圖中波形的干擾非常小，但是上升沿還是存在鋸齒狀，當(dāng)噪聲很大時抖動會更劇烈。如果想穩(wěn)定觸發(fā)波形的上升沿，則需要在觸發(fā)電平的上下范圍內(nèi)使用遲滯比較，以過濾觸發(fā)電平附近的波形抖動和毛刺。這個遲滯范圍就是觸發(fā)靈敏度。

圖8 觸發(fā)邊沿的抖動和毛刺

觸發(fā)信號識別的敏感度如圖9所示，當(dāng)在測量小信號時，需要較高的觸發(fā)靈敏度才能使信號穩(wěn)定觸發(fā)，這是可將觸發(fā)靈敏度的值調(diào)小或為0即可；在波形噪聲較大時，需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)大觸發(fā)靈敏度，可以有效濾除有可能疊加在觸發(fā)信號上的噪聲，從而防止誤觸發(fā)，如圖10所示。

圖9 遲滯比較器

圖10 靈敏度高低對信號觸發(fā)的影響

在使用2000/3000/4000系列示波器測量幅值較小的信號，由于示波器默認(rèn)為0.3div，示波器在2mv/div~5mv/div檔位下，觸發(fā)靈敏度默認(rèn)為1.0div，因為小信號下干擾較大，可以起到抗干擾的作用，而在10mv/div~10v/div檔位下，默認(rèn)的觸發(fā)靈敏度為0.3div，所以在測量小信號使用小時基檔位時需要手動調(diào)節(jié)，將觸發(fā)靈敏度的值調(diào)低為0~0.3div之間。

五、總結(jié)

觸發(fā)是目的性很強的操作，也就是說需知道信號異常，才會去設(shè)定相應(yīng)的觸發(fā)條件。那如何能快速發(fā)現(xiàn)異常，這應(yīng)該是設(shè)置合理觸發(fā)的前提。ZDS4000系列示波器基于512Mpts存儲深度，支持24種測量參數(shù)同屏顯示，結(jié)合模板觸發(fā)、異常搜索、標(biāo)注及雙ZOOM等分析插件能夠快速定位到我們感興趣的波形，可以輕松地在綿綿不斷的數(shù)據(jù)流中查找出矮脈沖、毛刺、波形畸變等異常情況。而且ZDS4000除了13常規(guī)類型的觸發(fā)，還支持30種協(xié)議觸發(fā)與解碼，使得調(diào)試不再停留在“數(shù)脈沖”的階段，極大地提高工作的效率。