技術交流

    示波(bō)器是電氣工(gong)程師的基礎(chu)儀器，但我經(jing)常發現有些(xie)工程師不能(neng)有效地使用(yòng)其觸發功能(néng)。觸發常被認(rèn)爲非常複雜(zá)，現在存在這(zhè)樣一種趨勢(shi)，即如果有任(ren)何問題，直接(jiē)到實驗室去(qu)求助專家來(lái)幫助設置觸(chù)發。本文的目(mù)的在于幫助(zhu)工程師了解(jiě)觸發的基本(ben)原理以及有(you)效使用觸發(fā)的策略。

    什麽(me)是觸發？ 任何(hé)示波器的存(cún)儲器都是有(you)限的，因此所(suo)有示波器都(dōu)必須使用觸(chu)發。觸發是示(shi)波器應該發(fa)現的用戶感(gan)興趣的事件(jian)。換句話說，它(tā)是用戶想要(yao)在波形中尋(xun)找的東西。觸(chù)發可以是一(yī)個事件（即波(bo)形中的問題(ti)），但不是所有(you)的觸發都是(shi)事件。觸發實(shi)例包括邊沿(yan)觸發、毛刺信(xìn)号觸發和數(shu)字碼型觸發(fā)。 示波器必須(xū)使用觸發的(de)原因在于其(qi)存儲器的容(róng)量有限。例如(rú)，Agilent 90000 系列示波器(qì)具有 20 億采樣(yàng)的存儲器深(shen)度。但是，即便(bian)擁有如此大(dà)容量的存儲(chu)器，示波器仍(reng)需要一些事(shi)件來區分哪(nǎ) 20 億個采樣需(xu)要顯示給用(yong)戶。盡管 20 億的(de)采樣聽起來(lai)似乎非常龐(páng)大，但這仍不(bu)足以确保示(shì)波器存儲器(qi)能夠捕獲到(dào)感興趣的事(shì)件。 示波器的(de)存儲器可視(shì)爲一個傳送(song)帶。無論什麽(me)時候進行新(xīn)的采樣，采樣(yang)都會存儲到(dao)存儲器中。存(cún)儲器存滿時(shi)，最舊的采樣(yàng)就會被删除(chú)，以便保存最(zui)新采樣。當觸(chu)發事件發生(sheng)時，示波器就(jiu)會捕獲足夠(gòu)的采樣，以将(jiang)觸發事件存(cún)儲在存儲器(qì)要求的位置(zhì)（通常是在中(zhong)間），然後将這(zhe)些數據顯示(shì)給用戶。 重複(fú)采樣模式與(yu)單次采樣模(mo)式過去，最常(chang)見的示波器(qi)運行模式是(shi)重複模式。這(zhe)意味着一旦(dàn)示波器觸發(fā)并将數據顯(xian)示給用戶，它(ta)将立即開始(shǐ)搜索下一個(ge)觸發事件。這(zhè)就是示波器(qi)波形更新如(rú)此頻繁的原(yuan)因。 任何一款(kuǎn)示波器要想(xiǎng)進行觸發并(bing)将數據顯示(shi)給用戶，都需(xu)要時間來重(zhong)新準備觸發(fā)。這個時間也(yě)稱爲“挂起時(shi)間”。在挂起時(shí)間内，示波器(qì)不能捕獲任(rèn)何波形。因此(cǐ)，挂起時間越(yue)短，錯失的事(shi)件越少。例如(ru)，如果有一個(gè)毛刺信号恰(qià)巧在挂起時(shí)間内出現，那(nà)麽它将不能(neng)在示波器的(de)顯示屏上顯(xian)示。如果這個(ge)毛刺信号是(shì)一個罕見事(shi)件，則用戶可(ke)能認爲波形(xing)中沒有毛刺(cì)信号，而事實(shi)上它卻是存(cún)在的。因此，示(shi)波器的挂起(qi)時間越短，錯(cuo)失波形中重(zhòng)要事件的幾(jǐ)率就越低。 表(biao)述此概念的(de)另一種方法(fǎ)是“更新速率(lǜ)”，即每秒鍾的(de)波形數量。示(shi)波器具有 100000 波(bo)形/秒的更新(xīn)速率。單次采(cai)樣模式用于(yu)查找單一觸(chù)發，而不會繼(ji)續采集更多(duō)波形。因此，當(dāng)用戶想要查(cha)找某個事件(jiàn)，檢查導緻該(gai)事件的原因(yin)和事件發生(shēng)後所出現的(de)問題時，便可(ke)使用單次采(cai)樣模式。這種(zhǒng)模式對于分(fen)析不重複并(bìng)且每次操作(zuò)都會發生變(bian)化的波形尤(yóu)其重要。 自動(dòng)模式與觸發(fa)模式 如果沒(mei)有發生觸發(fa)事件，将會出(chu)現什麽情況(kuang)呢？這一個非(fēi)常好的問題(tí)。在這種情況(kuàng)下，屏幕上的(de)波形将不會(hui)更新。這不是(shi)我們想要的(de)情況，因爲用(yong)戶可能不知(zhī)道如何改變(bian)觸發來獲得(dé)屏幕上的波(bō)形。例如，如果(guǒ)探頭滑落，示(shi)波器将可能(neng)停止觸發。不(bú)過，如果屏幕(mù)不能更新，信(xin)号丢失将很(hěn)不明顯。 爲了(le)解決這個問(wèn)題，示波器擁(yong)有一個稱爲(wei)“自動（Auto）”觸發的(de)模式。在此模(mo)式下，如果在(zài)一段時間内(nèi)無法找到觸(chù)發，示波器将(jiang)自動觸發以(yǐ)更新屏幕。通(tōng)常，示波器上(shang)有一些指示(shì)器（例如前面(mian)闆上的 LED）來指(zhi)示上一個觸(chù)發是真實觸(chu)發還是自動(dong)觸發。這樣，如(ru)果用戶看到(dao)“自動（Auto）”指示器(qì)，他們就會知(zhi)道所設置的(de)觸發沒有發(fā)生。例如，如果(guo)用戶設置的(de)觸發爲毛刺(cì)信号，他們将(jiāng)會知道示波(bō)器沒有檢測(cè)出毛刺信号(hào)。 然而，當您回(huí)顧上一段的(de)内容時就會(huì)發現，當自動(dòng)觸發發生時(shi)，它就意味着(zhe)每次觸發之(zhi)後，示波器進(jin)行重新準備(bèi)時具有挂起(qi)時間。爲了完(wan)全避免這一(yī)時間，示波器(qì)應改爲“觸發(fā)（triggered）”模式。（這在某(mǒu)些示波器中(zhong)稱爲“正常”模(mó)式）。在“觸發（triggered）”模(mo)式中，除非發(fā)現觸發事件(jian)，否則示波器(qì)将不會進行(háng)觸發。因此，如(ru)果用戶将觸(chu)發模式設置(zhi)爲毛刺信号(hao)并且示波器(qi)一直沒有進(jin)行觸發，那麽(me)用戶就可以(yǐ)确信毛刺信(xìn)号沒有發生(sheng)（至少示波器(qi)能夠檢測出(chū)）。普通觸發模(mó)式 邊沿觸發(fa) 邊沿觸發是(shì)所有觸發模(mo)式中最普通(tong)的一種觸發(fā)。它的使用如(ru)此頻繁的原(yuan)因在于，所有(yǒu)波形都有邊(biān)沿，隻要 觸發(fa)電平設置正(zheng)确，這種觸發(fa)模式就能正(zheng)常工作。同時(shi)，這一優勢也(ye)是其最大的(de)劣勢，因爲它(ta)能對大多數(shù) 波形非常頻(pín)繁地進行觸(chu)發，所以它和(hé)自動觸發（Auto Trigger）非(fēi)常相似。 毛刺(ci)信号/脈沖寬(kuān)度/超時觸發(fā) 雖然許多問(wèn)題隻需使用(yong)邊沿觸發便(biàn)可以輕松找(zhao)出，但是有時(shí)工程師必須(xu)使用更複雜(za)的觸發。其中(zhong)，最簡單 的觸(chu)發便是脈沖(chòng)觸發。脈沖觸(chu)發被定義爲(wèi)一段高于（正(zhèng)脈沖）或者低(di)于（負脈沖）某(mou)個阈值電平(ping)的時間。 最常(chang)見的脈沖觸(chù)發是毛刺觸(chù)發，它常用于(yu)對小于最小(xiao)寬度的脈沖(chòng)進行觸發。這(zhe)是一個違反(fan)觸發的實例(li)，因 爲示波器(qì)無論在何時(shí)觸發都會指(zhi)示出一個問(wèn)題。 具有最大(dà)時間值的脈(mo)寬觸發的一(yi)個令人困惑(huo)的方面是發(fā)生觸發的時(shi)間。在某些情(qíng)況下，用戶可(kě)能想要在超(chao) 過時間值時(shi)示波器立即(jí)進行觸發。這(zhè)稱爲“超時”觸(chu)發，因爲示波(bō)器并不需求(qiu)一個完整的(de)脈沖來進行(hang)觸發 。換句話(huà)說，即使不發(fa)生第二個跳(tiào)變，超時觸發(fa)。 相反，我們所(suo)說的“脈沖”觸(chù)發隻有等到(dào)第二個跳變(bian)出現後才會(hui)進行觸發。也(ye)就是說，對于(yú)正脈沖來說(shuō)， 即使超過最(zuì)大時間，也要(yào)一直等到下(xia)降沿才會發(fa)生觸發。這意(yì)味着時間限(xian)制點之後的(de)觸發可以良(liang)好地進行 。因(yin)此，超時觸發(fa)的使用率比(bǐ)脈寬觸發高(gao)得多。由于這(zhe)并不直觀，所(suo)以我們爲用(yong)戶提供了兩(liǎng)種選擇，用戶(hu) 可以使用超(chāo)時觸發，也可(kě)以使用脈沖(chong)末端觸發。如(ru)果選擇超時(shi)選項，則此時(shí)的脈寬觸發(fā)将與超時觸(chù)發完全 相同(tong)。 有關脈寬觸(chu)發的另一個(ge)令人費解的(de)地方是它們(men)并不全是違(wéi)反觸發。雖然(ran)毛刺信号很(hěn)明顯是違反(fan)觸發，但長 脈(mò)沖也可能是(shì)一個正常事(shi)件。因此，這取(qǔ)決于是否規(gui)定了脈沖寬(kuan)度爲違反觸(chu)發的一個條(tiáo)件。 上升時間(jian)和下降時間(jiān) 違反觸發的(de)下一種類型(xíng)是上升時間(jiān)觸發和下降(jiang)時間觸發。它(ta)們可用于查(cha)找上升或下(xià)降太快或太(tài)慢的邊沿。 此(cǐ)類觸發由兩(liang)個觸發電平(ping)（邏輯高和邏(luó)輯低）和信号(hào)在這兩個電(dian)平之間的最(zuì)長時間和最(zui)短時間來定(dìng)義。 上升時間(jian)觸發和下降(jiàng)時間觸發的(de)一個令人困(kùn)惑的方面是(shi)觸發電壓阈(yu)值并不依賴(lài)于自動測量(liang)電壓阈值。例(li)如 ，測量出信(xin)号的上升時(shi)間并且期望(wàng)上升時間觸(chù)發能夠在同(tong)一時間值上(shang)進行觸發本(ben)來是非常正(zhèng)常的。但在許(xu) 多情況下，測(ce)量阈值默認(ren)爲信号電壓(ya)範圍的10% 和 90%。因(yīn)爲觸發阈值(zhí)是獨立的，所(suǒ)以用戶很容(rong)易錯誤地 設(she)置不同的阈(yu)值，例如 5% 和 95%。在(zài)這種情況下(xia)，用戶可能會(hui)感到很困惑(huo)，因爲測量顯(xiǎn)示的是上升(sheng)時間 值，但是(shi)使用相同的(de)時間值卻不(bu)能使示波器(qì)進行觸發。 建(jian)立觸發與保(bao)持觸發 另一(yī)類違反觸發(fā)是建立觸發(fā)和保持觸發(fa)。當然，這要求(qiú)使用數據信(xìn)号和時鍾信(xìn)号。這種觸發(fa)還要求規定(dìng)建 立時間、保(bao)持時間或者(zhe)兩者都要規(gui)定。當檢測建(jiàn)立時間和保(bǎo)持時間違反(fan)觸發條件時(shí)，示波器将進(jìn)行觸發。 矮脈(mò)沖觸發 毛刺(cì)信号是一個(gè)非常窄的脈(mo)沖，而矮脈沖(chòng)是一個非常(chang)矮的脈沖。矮(ǎi)脈沖是由三(sān)個電壓電平(píng)來定義的。如(ru)果 一個信号(hao)通過兩個阈(yu)值（同一方向(xiang)），然後又再次(cì)通過其中一(yi)個阈值而未(wei)通過第三個(gè)阈值，那麽将(jiang)出現矮 脈沖(chong)觸發。例如，如(rú)果三個阈值(zhi)爲 1V、2V 和 3V，信号從(cóng) 0V 向 2.3V 前進，然後(hòu)返回到 0V，這就(jiu)是一 個矮脈(mo)沖，因爲它上(shàng)升時通過 1V、2V ，然(ran)後下降時又(you)通過 2V. 這個觸(chu)發最令人困(kùn)惑的地方是(shì)三個阈值電(diàn)平的定義。通(tōng)常，阈值電平(píng)定義爲 10%、50% 和 90% 時(shí)恰好合 适，但(dàn)它不是直觀(guān)的，爲什麽需(xu)要三個阈值(zhí)電平，而不是(shì)兩個阈值電(diàn)平呢？ 窗口觸(chu)發 窗口觸發(fa)（Window）是一種高級(ji)觸發，它使用(yong)兩個電壓阈(yù)值和兩個時(shi)間值。窗口觸(chù)發即是當信(xìn)号進入或退(tui) 出某個電壓(yā)範圍時進行(háng)觸發。另外，時(shi)間也可以是(shi)一個範圍，因(yin)此可以指定(ding)信号在某個(gè)電壓範圍之(zhi)内（或 之外）的(de)最短時間和(hé)最長時間作(zuo)爲觸發條件(jian)。這爲進行各(ge)種不同的觸(chù)發提供了極(ji)大的靈活性(xìng)。 序列觸發 序(xù)列觸發具有(yǒu)在示波器進(jin)行觸發之前(qian)，首先查找一(yi)個事件，然後(hòu)搜索另一個(gè)事件的能力(lì)。例如，序列觸(chù)發 使用戶可(kě)以查找一個(gè)信号邊沿，該(gai)信号邊沿後(hou)緊随另一個(gè)信号脈沖。軟(ruǎn)件觸發 示波(bō)器中最常見(jiàn)的觸發是硬(ying)件觸發。在這(zhè)種情況下，因(yīn)爲對觸發進(jìn)行實時處理(li)，所以即使是(shi)最罕見的觸(chù)發 事件也可(ke)以被捕獲。然(ran)而，一些事件(jian)非常複雜，以(yi)至于硬件觸(chù)發無法捕獲(huo)。爲了觸發這(zhè)些事件，需要(yao)将軟 件觸發(fā)與硬件觸發(fa)一起使用。當(dāng)進行硬件觸(chù)發時，軟件觸(chu)發将搜索捕(bǔ)獲到的事件(jian)迹線。如果找(zhǎo)到此迹線， 那(nà)麽示波器就(jiu)會進行觸發(fā)。然而，盡管此(ci)類觸發功能(néng)很強大，但無(wu)法進行實時(shi)觸發。對于頻(pin)繁發生的事(shi)件 來說，這沒(méi)有什麽問題(tí)，但對于罕見(jian)事件而言，這(zhè)卻是一個巨(ju)大的缺陷。在(zai)這種情況下(xià)，軟件觸發将(jiang)可能 錯失大(dà)多數罕見事(shi)件實例，而示(shi)波器可能需(xū)要很長時間(jiān)才能觸發。即(ji)使如此，讓示(shi)波器自動查(cha)找事件還是(shi) 要好得多，盡(jin)管它要花費(fei)幾分鍾的時(shi)間，但這總比(bǐ)找不到任何(he)事件要強。 觸(chu)發策略 進行(hang)觸發以顯示(shì)波形 迄今爲(wei)止，這是最簡(jiǎn)單的案例，因(yin)爲它使用的(de)是自動觸發(fa)。設置此觸發(fā)的最簡單的(de)方法是輕松(song)按下示波器(qì) 前面闆上的(de)“Autoscale”按鈕。這是顯(xiǎn)示示波器波(bo)形的最快速(su)的方法。在許(xu)多情況下，這(zhe)已足以使用(yòng)戶 了解之後(hou)出現的情況(kuàng)。 進行觸發以(yǐ)調試模拟問(wen)題 如果簡單(dan)的觸發不能(néng)夠揭示問題(tí)，下一種方法(fa)是尋找簡單(dan)的模拟問題(ti)。這裏嘗試的(de)主要觸發模(mo)式是毛刺信(xin) 号、矮脈沖、上(shàng)升時間和下(xià)降時間。這些(xiē)模式可揭示(shi)出大多數常(chang)見的模拟問(wèn)題。另外，用戶(hu)還可以使用(yòng)建 立和保持(chi)觸發，以确保(bǎo)建立和保持(chi)觸發不是問(wen)題的根源。 在(zài)這種情況下(xià)，示波器應使(shi)用标準可重(zhong)複模式來運(yùn)行。（對于大多(duō)數示波器來(lái)說，這簡稱爲(wèi)“Run”）。 某些模拟問(wèn)題（例如非單(dan)調邊沿）隻有(you)使用軟件觸(chu)發才能夠檢(jiǎn)測出來。在這(zhe)種情況下，請(qǐng)确保将硬件(jian)觸發 和軟件(jiàn)觸發設置爲(wèi)相同的邊沿(yan)和斜率。這是(shi)一個很常見(jiàn)的問題，它使(shi)用戶誤以爲(wèi)沒有觸發發(fa)生，實際上是(shì) 由于硬件觸(chù)發設置不正(zhèng)确造成的。 如(rú)果您注意到(dào)波形在示波(bō)器上顯示時(shí)間非常短，您(nin)可以使用軟(ruǎn)件觸發中的(de)區域觸發對(duì)其進行觸發(fa)。區域觸 發允(yǔn)許我們将一(yi)部分格子線(xiàn)指定爲“必須(xu)交叉”的區域(yu)，隻有波形穿(chuān)過那個區域(yù)，示波器才會(hui)進行觸發。 或(huo)者，此區域也(ye)可以設置爲(wèi)“不得交叉”，以(yǐ)便過濾出您(nín)不想看到的(de)波形。 在這種(zhǒng)情況下，将示(shì)波器設置爲(wei)觸發模式是(shì)非常明智的(de)，如此一來，在(zai)沒有發現事(shì)件時，示波器(qi)就不會進 行(hang)觸發。這也意(yì)味着這個特(te)殊問題并未(wèi)發生，并且可(kě)在問題的根(gen)源中排除這(zhe)個問題。因此(cǐ)，這是一個排(pái)除 問題的過(guò)程。 進行觸發(fa)以調試軟件(jian)或 FPGA 問題 在前(qián)兩種情況下(xia)，示波器是根(gēn)據某個特定(dìng)的模拟問題(tí)進行觸發。但(dàn)是，在許多情(qing)況（例如軟件(jiàn)或 FPGA 問 題）下，我(wo)們的目标并(bìng)不是對問題(tí)進行觸發，而(er)僅僅是想通(tong)過對波形的(de)跟蹤來嘗試(shi)着找出邏輯(ji)問題，而不 是(shi)模拟問題。 在(zài)這種情況下(xià)，将示波器設(shè)置爲使用深(shen)存儲器和單(dan)次模式運行(hang)非常重要。（對(dui)于安捷倫示(shì)波器來說，這(zhe)是 “Single”按鈕，而非(fei)“Run”按鈕）。深存儲(chu)器爲您提供(gòng)最大數量的(de)波形，這些波(bo)形還可以爲(wèi)您提供捕 獲(huo)問題的最佳(jia)時機。對于大(da)多數示波器(qi)來說，無論“Time per Division”旋(xuán)鈕何時改變(biàn)，存儲器深度(du)都 可進行自(zi)動設置，此外(wai)，存儲器深度(dù)也可手動設(shè)置。對于 示波(bo)器來說，此設(shè)置在“Acquisition”菜單中(zhong) 完成。 觸發事(shì)件應設置爲(wei)在感興趣區(qū)域的某個地(dì)方發生的已(yi)知事件。最常(cháng)見的選項是(shi)脈沖、數字碼(ma)型和串行觸(chù)發 。脈沖觸發(fa)是最簡單的(de)觸發，因爲它(tā)隻需指定脈(mò)沖長度。碼型(xing)觸發和串行(háng)觸發非常特(te)殊，因爲它們(men)支持用 戶指(zhǐ)定特定值。例(lì)如，常見串行(hang)觸發是對一(yi)個特定地址(zhǐ)執行寫操作(zuò)。一旦找到感(gǎn)興趣的事件(jian)，那麽跟蹤此(ci) 迹線就會找(zhǎo)到問題的根(gēn)源。對于串行(hang)總線來說，啓(qi)動數據的串(chuàn)行解碼功能(néng)非常有用。這(zhè)樣不僅可以(yǐ)顯示模 拟波(bo)形，還可将波(bo)形轉換成數(shù)據包，從而使(shi)通過數據進(jìn)行跟蹤變得(de)非常容易。 總(zong)結 觸發是一(yī)個非常強大(da)的示波器特(te)性，但是通常(chang)用戶必須不(bú)能僅限于了(le)解簡單的邊(bian)沿觸發。其關(guān)鍵是了解用(yong) 戶是否正在(zài)尋找模拟問(wen)題或者正在(zài)跟蹤一個邏(luo)輯問題。示波(bō)器在這兩方(fang)面都可提供(gòng)出色的功能(néng)，但這取決 于(yú)用戶使用正(zhèng)确的策略。