如何通過觸發(fā)和同步數(shù)字化儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集？

對(duì)于采集信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字化處理的任何儀器來說，觸發(fā)都是一個(gè)很重要的功能。如果不能根據(jù)特定波形特征進(jìn)行觸發(fā)，你可能永遠(yuǎn)看不到數(shù)字化波形中的感興趣點(diǎn)。數(shù)字化儀可以用多種模式采集數(shù)據(jù)。環(huán)形緩沖器或正常模式工作時(shí)就像數(shù)字示波器一樣。采集的數(shù)據(jù)被加載進(jìn)環(huán)形緩沖器。當(dāng)觸發(fā)發(fā)生時(shí)，允許后置觸發(fā)器延時(shí)的數(shù)據(jù)被鎖定用于顯示和處理。數(shù)字化儀還支持流采集模式，在這種模式下數(shù)字化儀采集、數(shù)字化并連續(xù)存儲(chǔ)波形。因此觸發(fā)器并不指示波形的起始位置，而是特定特征發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)。不管是哪種模式，你都可以看到感興趣事件之前和之后發(fā)生的事情。

最常見的觸發(fā)方法是使用數(shù)字化儀某個(gè)通道的輸入信號(hào)?；驹硎?，檢測(cè)到波形上一個(gè)定義好的點(diǎn)，將這個(gè)“觸發(fā)事件”標(biāo)記為采集數(shù)據(jù)上的一個(gè)已知位置。圖1提供了一個(gè)基本的邊沿觸發(fā)例子。信號(hào)源是輸入通道，觸發(fā)事件發(fā)生在波形上升沿越過500mV觸發(fā)電平之時(shí)。當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)，所采信號(hào)上的位置被標(biāo)記為時(shí)間軸上的零時(shí)間點(diǎn)，如圖中的光標(biāo)位置所示。如果信號(hào)是重復(fù)的，數(shù)字化儀將在每次采集新數(shù)據(jù)時(shí)在相同點(diǎn)進(jìn)行觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的顯示。

圖1：基本的邊沿觸發(fā)，它定義了時(shí)間軸上的零時(shí)間點(diǎn)(用垂直虛線標(biāo)記)，觸發(fā)事件發(fā)生在波形上升沿越過觸發(fā)電平(水平虛線)之時(shí)。

信號(hào)波形、電平和時(shí)序的寬范圍變化要求數(shù)字化儀的觸發(fā)電路非常靈活。圖2顯示了Spectrum M4i系列數(shù)字化儀的觸發(fā)“引擎”框圖。它提供了現(xiàn)代數(shù)字化儀支持的寬范圍觸發(fā)條件例子。

圖2：Spectrum M4i數(shù)字化儀框圖展示了這些通用數(shù)字化儀的“觸發(fā)引擎”、觸發(fā)源和觸發(fā)邏輯。

框圖左邊顯示的是數(shù)字化儀的硬件觸發(fā)源，它們包括任意輸入通道以及兩個(gè)外部觸發(fā)輸入(Ext0或Ext1)之一。每個(gè)源都能夠支持多種觸發(fā)類型。因?yàn)樵S多數(shù)字化儀模塊都有多用途I/O線，你可以用它們來報(bào)告數(shù)字化儀的運(yùn)行/裝載狀態(tài)，它們可以提供觸發(fā)輸出信號(hào)以及其它功能。除了硬件觸發(fā)源外，你還可以使用程序控制下的軟件觸發(fā)功能，這對(duì)開發(fā)自動(dòng)化測(cè)試是很有用的。

數(shù)字化儀可能包含強(qiáng)大的觸發(fā)與/或邏輯單元，可以幫助你將來自多個(gè)源的輸入組合成一個(gè)復(fù)雜的多要素觸發(fā)器。這樣的觸發(fā)器可以確保數(shù)字化儀只在專門定義的圖案發(fā)生時(shí)才觸發(fā)。另外一個(gè)功能是可以與其它數(shù)字化儀卡進(jìn)行交叉觸發(fā)。

觸發(fā)模式

主要的觸發(fā)源內(nèi)置支持多種觸發(fā)模式的雙路觸發(fā)電平比較器。這些觸發(fā)源包括單邊沿和雙邊沿觸發(fā)器，重裝載(滯后)觸發(fā)器，窗口觸發(fā)器，對(duì)于多源觸發(fā)器來說，還有相關(guān)的觸發(fā)選通信號(hào)發(fā)生器。

邊沿觸發(fā)器是最基本的觸發(fā)器類型。你只需設(shè)置觸發(fā)電平，并選擇想要的觸發(fā)沿。數(shù)字化儀會(huì)標(biāo)記觸發(fā)源的所選邊沿越過觸發(fā)閾值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)。邊沿選擇可以是上升沿、下降沿或兩個(gè)沿都觸發(fā)。

重新裝載或滯后觸發(fā)器設(shè)置兩個(gè)電平，第一個(gè)是裝載電平，第二個(gè)觸發(fā)電平。就跟邊沿觸發(fā)器一樣，用戶也要選擇邊沿類型。首先信號(hào)所選邊沿必須越過裝載電平，將觸發(fā)器裝載好。然后當(dāng)信號(hào)的相同邊沿再次越過觸發(fā)電平時(shí)數(shù)字化儀再觸發(fā)。重新裝載觸發(fā)模式可以用來防止數(shù)字化儀被噪聲信號(hào)的錯(cuò)誤邊沿誤觸發(fā)。

窗口觸發(fā)器使用每個(gè)觸發(fā)源的兩個(gè)觸發(fā)閾值來定義幅度窗口。窗口觸發(fā)器有兩種工作模式：進(jìn)入窗口觸發(fā)和退出窗口觸發(fā)。進(jìn)入窗口觸發(fā)是指只要源信號(hào)越過閾值電平之一并進(jìn)入窗口時(shí)就觸發(fā)。退出窗口觸發(fā)是指源信號(hào)已經(jīng)位于兩個(gè)觸發(fā)閾值之間、隨后離開窗口時(shí)進(jìn)行觸發(fā)。當(dāng)源信號(hào)可以在任意一個(gè)方向改變狀態(tài)時(shí)就可以使用窗口觸發(fā)器。

當(dāng)使用帶數(shù)字化儀內(nèi)置觸發(fā)邏輯的多源觸發(fā)模式時(shí)，通常需要使用一個(gè)通道創(chuàng)建選通波形，用于支持來自另一個(gè)通道的觸發(fā)。你可以使用高電平、低電平、窗口內(nèi)或窗口外選擇來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。這些觸發(fā)模式產(chǎn)生的內(nèi)部選通信號(hào)可以與第二個(gè)觸發(fā)源一起使用，并通過與邏輯選通觸發(fā)器。

圖3顯示了使用高電平觸發(fā)器選通另一個(gè)通道上的觸發(fā)源的例子。只要CH0通道上的正弦波超過觸發(fā)電平，就會(huì)為信號(hào)位于閾值上方的整段時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)上升的選通信號(hào)。這個(gè)選通信號(hào)要與CH1通道上的信號(hào)進(jìn)行與操作。由于選通信號(hào)只是當(dāng)CH1上出現(xiàn)低幅度脈沖時(shí)才是上升的，因此，數(shù)字化儀將在脈沖波形越過觸發(fā)電平時(shí)才觸發(fā)，見圖中的水平紅色虛線。

圖3：使用CH0上的高電平觸發(fā)器創(chuàng)建一個(gè)選通信號(hào)，用于選擇CH1通道上兩個(gè)脈沖中較低幅度的脈沖。只要觸發(fā)源位于觸發(fā)電平上方(觸發(fā)電平0)，高電平觸發(fā)器就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)上升狀態(tài)的選擇信號(hào)。這個(gè)選通信號(hào)與CH1的脈沖波形相與，就可以使數(shù)字化儀在遇到較低幅度脈沖時(shí)進(jìn)行觸發(fā)。

觸發(fā)邏輯

圖3所示例子顯示了在遇到多個(gè)觸發(fā)源時(shí)可用觸發(fā)邏輯的一個(gè)用途。與(AND)邏輯和或(OR)邏輯都是支持的?；蚬δ艿妮斎氚ㄈ魏瓮ǖ馈⑼獠坑|發(fā)輸入、軟件觸發(fā)以及強(qiáng)制觸發(fā)功能。邏輯或功能允許其中任何一個(gè)觸發(fā)源觸發(fā)數(shù)字化儀。與邏輯功能的輸入包括所有通道、外部觸發(fā)輸入和使能觸發(fā)功能。與功能要求所有選擇的觸發(fā)輸入同時(shí)有效才能啟動(dòng)觸發(fā)器。記住，選通觸發(fā)模式(高電平和低電平)提供了輸入邏輯的邏輯取反功能，因此你可以創(chuàng)建與非(NAND)和或非(NOR)條件。

圖4顯示了一個(gè)使用或觸發(fā)邏輯的無線定位應(yīng)用例子。每個(gè)輸入通道連接到一個(gè)傳感器。到源的方向取決于每個(gè)傳感器所發(fā)脈沖的到達(dá)時(shí)間。

圖4：你可以使用或觸發(fā)邏輯對(duì)最早發(fā)生射頻脈沖的通道進(jìn)行觸發(fā)。



源的位置確定了哪個(gè)通道先看到它?；蛴|發(fā)邏輯允許最先產(chǎn)生脈沖的通道觸發(fā)數(shù)字化儀，從而保證兩個(gè)傳感器輸出都被采集到。

其它觸發(fā)相關(guān)功能

還有其它兩種觸發(fā)功能值得一提。第一個(gè)是觸發(fā)延時(shí)，即圖2所示觸發(fā)框圖的最后一個(gè)單元。這個(gè)功能使用計(jì)數(shù)器，可以讓你將觸發(fā)事件往后延遲指定的采樣數(shù)。如果延時(shí)從默認(rèn)(0)值發(fā)生了改變，那么水平軸上的觸發(fā)點(diǎn)將從0改變到輸入的延時(shí)值。

第二個(gè)功能是外部觸發(fā)輸出和觸發(fā)狀態(tài)線。這些功能在同步多臺(tái)儀器時(shí)很有用。觸發(fā)輸出、裝載和運(yùn)行狀態(tài)可以通過多用途I/O通道獲得，如圖2所示。

同步

理論上，在同步多臺(tái)儀器時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)問題。首先是安排公用觸發(fā)器。其次是讓兩臺(tái)儀器基于同步時(shí)鐘工作。我們很容易看出，當(dāng)試圖同步多臺(tái)數(shù)字化儀時(shí)可能會(huì)有問題發(fā)生。

使用具有目標(biāo)時(shí)鐘速率的外部時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的同步。第二種方法是提供比如10MHz的外部基準(zhǔn)，然后應(yīng)用到鎖相環(huán)(PLL)，將基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率倍頻到想要的時(shí)鐘速率。像本文中使用的Spectrum M4i系列等許多數(shù)字化儀都是通過公共的外部時(shí)鐘輸入處理兩種外部時(shí)鐘的。外部時(shí)鐘輸入被連接到內(nèi)部PLL，你可以將它設(shè)置為倍頻基準(zhǔn)時(shí)鐘，或?qū)?shù)字化儀鎖相到外部時(shí)鐘，不改頻率直接讓它通過。這樣可以保證時(shí)鐘頻率正確，但不能保證每臺(tái)數(shù)字化儀中的時(shí)鐘具有相同的相位。

在同步過程的觸發(fā)側(cè)，你必須考慮到每臺(tái)數(shù)字化儀的外部觸發(fā)輸入使用獨(dú)立的比較器檢測(cè)觸發(fā)電平越界?；鶞?zhǔn)電平的少許不同以及建立和保持時(shí)間的不同可能導(dǎo)致時(shí)間軸上的觸發(fā)點(diǎn)位置發(fā)生離散的變化，進(jìn)而形成某種觸發(fā)抖動(dòng)。保證多臺(tái)數(shù)字化儀精確同步的唯一方法是將時(shí)鐘分配給每個(gè)模塊，然后將觸發(fā)事件同步到系統(tǒng)時(shí)鐘。

同步多臺(tái)數(shù)字化儀

上述例子中使用的Spectrum M4i系列數(shù)字化儀都帶有被稱為星狀集中器(Star Hub)的可選同步配件。這種Star-Hub模塊支持最多8塊同一系列卡的同步。

該模塊用作星狀連接的時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)集中器。帶這種模塊的數(shù)字化儀用作時(shí)鐘主設(shè)備，這種卡或任何其它卡可以是主觸發(fā)器。如果使用Star-Hub模塊，主卡上可用的所有觸發(fā)模式仍然可用。它還能擴(kuò)展與/或觸發(fā)邏輯，以適應(yīng)來自任何所連數(shù)字化儀的輸入。通過同步來自數(shù)字化儀的ARM信號(hào)，Star-Hub還能同步多臺(tái)數(shù)字化儀中的不同預(yù)觸發(fā)器、內(nèi)存段大小和后置觸發(fā)器設(shè)置。

本文小結(jié)

數(shù)字化儀要求觸發(fā)器將信號(hào)采集關(guān)聯(lián)到時(shí)間上的一個(gè)已知點(diǎn)。多種觸發(fā)源和模式使得選擇想要的觸發(fā)點(diǎn)非常容易。另外，通過Star-Hub精確同步時(shí)基的能力支持多臺(tái)儀器耦合在一起，從而提供大量的采集通道。具有智能觸發(fā)引擎的數(shù)字化儀可以幫助你觸發(fā)并采集種類廣泛的復(fù)雜信號(hào)。