怎样使用示波器触发进行调试

2015-04-30 09:38:26   来源:eefocus   

关键字: 示波器  触发  调试

核心内容:
  • 什么是示波器的触发
  • 普通触发模式
  • 示波器触发策略

应用方法:

  • 边沿触发
  • 矮脉冲触发
  • 序列触发


示波器是电气工程师的基础仪器,但我经常发现有些工程师不能有效地使用其触发功能。触发常被认为非常复杂,现在存在这样一种趋势,即如果有任何问题,直接到实验室去求助专家来帮助设置触发。本文的目的在于帮助工程师了解触发的基本原理以及有效使用触发的策略。

什么是触发?

任何示波器的存储器都是有限的,因此所有示波器都必须使用触发。触发是示波器应该发现的用户感兴趣的事件。换句话说,它是用户想要在波形中寻找的东西。触发可以是一个事件(即波形中的问题),但不是所有的触发都是事件。触发实例包括边沿触发、毛刺信号触发和数字码型触发。
  
示波器必须使用触发的原因在于其存储器的容量有限。例如,Agilent90000系列示波器具有20亿采样的存储器深度。但是,即便拥有如此大容量的存储器,示波器仍需要一些事件来区分哪20亿个采样需要显示给用户。尽管20亿的采样听起来似乎非常庞大,但这仍不足以确保示波器存储器能够捕获到感兴趣的事件。
  
示波器的存储器可视为一个传送带。无论什么时候进行新的采样,采样都会存储到存储器中。存储器存满时,最旧的采样就会被删除,以便保存最新采样。当触发事件发生时,示波器就会捕获足够的采样,以将触发事件存储在存储器要求的位置(通常是在中间),然后将这些数据显示给用户。

重复采样模式与单次采样模式
  
过去,最常见的示波器运行模式是重复模式。这意味着一旦示波器触发并将数据显示给用户,它将立即开始搜索下一个触发事件。这就是示波器波形更新如此频繁的原因。
  
任何一款示波器要想进行触发并将数据显示给用户,都需要时间来重新准备触发。这个时间也称为“挂起时间”。在挂起时间内,示波器不能捕获任何波形。因此,挂起时间越短,错失的事件越少。例如,如果有一个毛刺信号恰巧在挂起时间内出现,那么它将不能在示波器的显示屏上显示。

如果这个毛刺信号是一个罕见事件,则用户可能认为波形中没有毛刺信号,而事实上它却是存在的。因此,示波器的挂起时间越短,错失波形中重要事件的几率就越低。
 
表述此概念的另一种方法是“更新速率”,即每秒钟的波形数量。例如,Agilent7000系列示波器具有100000波形/秒的更新速率。
  
单次采样模式用于查找单一触发,而不会继续采集更多波形。因此,当用户想要查找某个事件,检查导致该事件的原因和事件发生后所出现的问题时,便可使用单次采样模式。这种模式对于分析不重复并且每次操作都会发生变化的波形尤其重要。

自动模式与触发模式
  
如果没有发生触发事件,将会出现什么情况呢?这一个非常好的问题。在这种情况下,屏幕上的波形将不会更新。这不是我们想要的情况,因为用户可能不知道如何改变触发来获得屏幕上的波形。例如,如果探头滑落,示波器将可能停止触发。不过,如果屏幕不能更新,信号丢失将很不明显。
  
为了解决这个问题,示波器拥有一个称为“自动(Auto)”触发的模式。在此模式下,如果在一段时间内无法找到触发,示波器将自动触发以更新屏幕。通常,示波器上有一些指示器(例如前面板上的LED)来指示上一个触发是真实触发还是自动触发。这样,如果用户看到“自动(Auto)”指示器,他们就会知道所设置的触发没有发生。例如,如果用户设置的触发为毛刺信号,他们将会知道示波器没有检测出毛刺信号。
  
然而,当您回顾上一段的内容时就会发现,当自动触发发生时,它就意味着每次触发之后,示波器进行重新准备时具有挂起时间。为了完全避免这一时间,示波器应改为“触发(triggered)”模式。(这在某些示波器中称为“正常”模式)。在“触发(triggered)”模式中,除非发现触发事件,否则示波器将不会进行触发。因此,如果用户将触发模式设置为毛刺信号并且示波器一直没有进行触发,那么用户就可以确信毛刺信号没有发生(至少示波器能够检测出)。

普通触发模式

边沿触发
  
边沿触发是所有触发模式中最普通的一种触发。它的使用如此频繁的原因在于,所有波形都有边沿,只要触发电平设置正确,这种触发模式就能正常工作。同时,这一优势也是其最大的劣势,因为它能对大多数波形非常频繁地进行触发,所以它和自动触发(AutoTrigger)非常相似。

毛刺信号/脉冲宽度/超时触发
  
虽然许多问题只需使用边沿触发便可以轻松找出,但是有时工程师必须使用更复杂的触发。其中,最简单的触发便是脉冲触发。脉冲触发被定义为一段高于(正脉冲)或者低于(负脉冲)某个阈值电平的时间。最常见的脉冲触发是毛刺触发,它常用于对小于最小宽度的脉冲进行触发。这是一个违反触发的实例,因为示波器无论在何时触发都会指示出一个问题。
  
具有最大时间值的脉宽触发的一个令人困惑的方面是发生触发的时间。在某些情况下,用户可能想要在超过时间值时示波器立即进行触发。这称为“超时”触发,因为示波器并不需求一个完整的脉冲来进行触发。换句话说,即使不发生第二个跳变,超时触发仍将进行。

相反,我们所说的“脉冲”触发只有等到第二个跳变出现后才会进行触发。也就是说,对于正脉冲来说,即使超过最大时间,也要一直等到下降沿才会发生触发。这意味着时间限制点之后的触发可以良好地进行。因此,超时触发的使用率比脉宽触发高得多。由于这并不直观,所以我们为用户提供了两种选择,用户可以使用超时触发,也可以使用脉冲末端触发。如果选择超时选项,则此时的脉宽触发将与超时触发完全相同。
  
有关脉宽触发的另一个令人费解的地方是它们并不全是违反触发。虽然毛刺信号很明显是违反触发,但长脉冲也可能是一个正常事件。因此,这取决于是否规定了脉冲宽度为违反触发的一个条件。

上升时间和下降时间
  
违反触发的下一种类型是上升时间触发和下降时间触发。它们可用于查找上升或下降太快或太慢的边沿。此类触发由两个触发电平(逻辑高和逻辑低)和信号在这两个电平之间的最长时间和最短时间来定义。
  
上升时间触发和下降时间触发的一个令人困惑的方面是触发电压阈值并不依赖于自动测量电压阈值。例如,测量出信号的上升时间并且期望上升时间触发能够在同一时间值上进行触发本来是非常正常的。但在许多情况下,测量阈值默认为信号电压范围的10%和90%。因为触发阈值是独立的,所以用户很容易错误地设置不同的阈值,例如5%和95%。在这种情况下,用户可能会感到很困惑,因为测量显示的是上升时间值,但是使用相同的时间值却不能使示波器进行触发。

建立触发与保持触发
  
另一类违反触发是建立触发和保持触发。当然,这要求使用数据信号和时钟信号。这种触发还要求规定建立时间、保持时间或者两者都要规定。当检测建立时间和保持时间违反触发条件时,示波器将进行触发。

矮脉冲触发
  
毛刺信号是一个非常窄的脉冲,而矮脉冲是一个非常矮的脉冲。矮脉冲是由三个电压电平来定义的。如果一个信号通过两个阈值(同一方向),然后又再次通过其中一个阈值而未通过第三个阈值,那么将出现矮脉冲触发。例如,如果三个阈值为1V、2V和3V,信号从0V向2.3V前进,然后返回到0V,这就是一个矮脉冲,因为它上升时通过1V、2V,然后下降时又通过2V。
  
这个触发最令人困惑的地方是三个阈值电平的定义。通常,阈值电平定义为10%、50%和90%时恰好合适,但它不是直观的,为什么需要三个阈值电平,而不是两个阈值电平呢?
窗口触发
  
窗口触发(Window)是一种高级触发,它使用两个电压阈值和两个时间值。窗口触发即是当信号进入或退出某个电压范围时进行触发。另外,时间也可以是一个范围,因此可以指定信号在某个电压范围之内(或之外)的最短时间和最长时间作为触发条件。这为进行各种不同的触发提供了极大的灵活性。

序列触发
  
序列触发具有在示波器进行触发之前,首先查找一个事件,然后搜索另一个事件的能力。例如,序列触发使用户可以查找一个信号边沿,该信号边沿后紧随另一个信号脉冲。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0430/article_11598.html
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