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示波器的触发功能怎么样才能除错
  发布时间:2014-9-3  阅读:3385

        如何使用示波器的触发功能来进行除错?

        摘要

        示波器对电气工程师来说是很基本的一款仪器,但无法有效运用触发功能者大有人在。触发往往被认为很复杂,因此当工程师发现问题时通常会请实验室里的专家协助设定触发。本文旨在协助工程人员了解触发的基本概念,以及有效使用触发的策略。

        什么是触发

        没有一台示波器会拥有无限大的记忆体,因此所有的示波器都必须使用触发。触发是指使用者所关心,而示波器必须发现的一个事件。换言之,它是使用者在波形中想要找到的某种情况。触发可能是代表波形中的问题的一个事件,但不必然如此。触发的例子包括信号缘,突波与数位码型。有限的记忆体迫使示波器必须使用触发。举例来说,鼎阳SDS1000CML系列示波器提供可容纳2M个取样的记忆体深度,但即便如此, 示波器仍需要靠一些事件来分辨该将哪2M个取样显示给使用者。2M个取样看似庞大,但却不足以保证示波器的记忆体确实撷取到想要的事件。 示波器的记忆体可以想成是一条输送带。每当撷取到新的取样,便会将它放入记忆体中。当记忆体满了之后,最早撷取到的取样就会被舍弃,因此记忆体只会包含最新的取样。当触发事件发生时, 示波器会撷取足够的额外取样,以便将触发放在要求的记忆体位置(通常在中间),然后将资料显示给使用者。

        重复vs单次

        过去示波器最常执行的模式就是重复模式​​。这表示只要示波器进行过触发并将资料显示给使用者之后,就会立即开始寻找下一个触发事件。而这也是示波器更新波形的速率如此频繁的原因。每一台示波器在进行过触发并将资料显示给使用者之后,都必须花时间重新预触,此即"迟滞时间" 。在这段时间, 示波器无法撷取任何的波形,所以迟滞时间愈短,会被遗漏的事件就愈少。举例来说,如果突波正好出现在迟滞时间,则在示波器萤幕上并不会显示该突波。如果该突波属于偶发事件,即使确实出现突波,使用者也可能推断波形中并未包含突波。因此示波器的迟滞时间愈短,漏掉波形中重要事件的机率就会减少。上述概念也可以用"波形捕获率"(来说明,也就是每秒所撷取到的波形数量。单击(Single)模式 ​​可用来找出单一触发,而不继续撷取更多的波形。当使用者想要找到单一事件并检查事件前后发生的情况时,便可以使用此模式。这对于分析不具重复性,以致每一回都会改变的波形来说尤其重要。

        自动触发vs已触发

        如果触发事件未出现会怎么样这是一个好问题。在此情况下,萤幕上的波形将不会更新。这会有点麻烦,因为使用者可能不知道如何变更触发,以便在萤幕上显示波形。举例来说,如果探棒不慎滑落, 示波器可能会停止触发,但如果萤幕画面并未更新,信号已经消失的事实就不是很明显。为解决这个问题, 示波器提供了"自动"(Auto)触发模式。在此模式下,如果在某段期间内并未发现触发, 示波器将会自动触发以更新萤幕画面。通常有一些指标(例如面板上的LED指示灯)可以显示前一次触发是真正的触发或自动触发。因此如果使用者看到"Auto"指标,他们就知道自己设定的触发并未发生。比方说,如果他们设定的是突波触发,那么就可以知道示波器并未侦测到突波。但回想上一节的内容,当自动触发发生时,也表示示波器在每次触发过后重新预触时会有一段迟滞时间。为完全避掉这段时间, 示波器必须变更为"已触发"(triggered)模式​​(某些示波器将其称为"一般"(Normal)模式​​)。在"已触发"模式下,除非发现触发事件,否则示波器永远不会进行触发。因此,如果使用者设定突波触发模式而示波器却从未触发,使用者就可以确定突波并未出现(至少示波器有能力侦测)。

        常见的触发模式

        边沿触发

        边沿触发是所有触发中最常见的一种。它这么常被使用的原因是所有的波形都包含信号边沿,因此如果触发位准设定正确,这项触发就能发生作用。当然,这项优点也是最大的缺点,因为在大多数的波形上它触发的次数非常地频繁,就跟使用自动触发差不多。

        突波/脉冲宽度/逾时

        虽然使用信号缘触发就能发现许多问题,但有时候工程人员还是得使用较复杂的触发。其中最简单的一种触发就是脉冲,它是以在临界位准之上(正脉冲)或之下(负脉冲)的一个时间范围来界定。突波是最常见的脉冲触发,可在脉冲比最小宽度来得短时进行触发。这是违反条件触发的一个例子,因为每当示波器触发,就表示出现了问题。具有最大时间值的脉冲宽度触发令人困惑的一点是,触发何时会发生。在某些情况下,使用者可能希望只要一超过该时间值, 示波器就进行触发。此称为"逾时" 触发,因为示波器不需等到出现完整的脉冲才触发。换言之,即使第2次转态从未发生,逾时触发也会执行。反之,所谓的"脉冲"触发会等到第二次转态发生才进行。以正脉冲来说,当超过最大时间值时,触发会等到下降缘出现才开始执行。这表示触发可以在时间限制点之后很久才发生,也因此逾时触发会比脉冲宽度触发更常被使用。因为不合直觉,所以当使用者使用脉冲触发时可以选择逾时或脉冲结束。如果选择逾时选项,该触发就完全等于逾时触发。脉冲宽度触发另一个让人困惑的地方是,它们并非永远是违反条件。突波很明显是一个违反条件,但长脉冲却可能是合法的事件。因此脉冲宽度是否为一个违反条件,必须取决于它的定义。

        上升时间与下降时间

        下一种违反条件触发是上升时间与下降时间触发,它们会找寻上升或下降速度太快或太慢的信号缘。这类触发是由高/低两种触发位准来界定,信号在这两个位准之间还有最小和最大时间值的限制。上升与下降时间触发令人困惑的地方是,触发电压临界值与自动量测的电压临界值是分开的。举例来说,在量测信号的上升时间时,期望上升时间触发以相同的时间值来执行是很自然的事。在许多情况下,量测临界值会预设成信号的10%到90%电压范围。由于触发临界值是分开的,所以使用者很容易不小心设定了不同的临界值,例如5%到95%。这时候使用者可能会感到很困惑,因为量测所显示的上升时间值并不能使示波器触发。

        设定与保持时间

        另一种违反条件触发是设定与保持时间。当然,这项触发必须同时具有资料信号和时脉信号,而且还需要有设定时间,保持时间或以上两者。每当示波器侦测到违反设定与保持持间的条件就会进行触发。

        最窄脉冲

        突波是一个过窄的脉冲,而最窄脉冲则是一个非常短的脉冲。最窄脉冲是以三个电压位准来定义。如果信号越过两个临界值(同一个方向),然后重新越过前两个临界值的其中一个而未越过第三个,最窄脉冲触发便会发生。假设这三个临界值是1V,2V和3V,如果信号从0V升到2。3V,然后降回0V,那它就是最窄脉冲,因为它越过1V,升至2V以上然后再往2V下降。这项触发最让人困惑的地方,在于三个临界位准的定义。一般来说,10%,50%和90%的设定是合理的,但为什么需要三个临界位准而不是两个,并不是那么容易理解。

        软件触发

        示波器最常使用的触发是硬件触发。在此情况下,即使最罕见的触发事件也能捕捉得到,因为触发会采即时处理的方式。但也有些事件太过复杂,而无法 ​​利用硬件来捕捉。为了在这些事件上触发,可以一并使用软件触发(例如鼎阳示波器SDS1000系列示波器的Easyhunting技术), 所有SDS1000系列产品在波形捕获时均采用EasyHunting(TM)专利技术,EasyHunting(TM)由SDS1000的研发团队自主研发,运用了特的硬件电路和软件算法,使得SDS1000系列在全球范围内,比同档次的其他竞争对手产品能够以更高的精度捕获波形。实际测试表明,SDS1000系列相对于其他国内外同级产品,能够显示出更真实稳定细腻的波形。 每当发生硬件触发事件时,软件就会搜寻该事件的撷取轨迹,一旦发现轨迹, 示波器就会进行触发。这种触发方式虽然强大,却无法即时进行,对经常发生的事件而言并不成问题,但对偶发事件来说问题可大了。在这种情况下,软件触发很可能会漏掉大部分的偶发事件,而示波器也需要花很长的时间来进行触发。即便如此,就算花几分钟的时间,让示波器自动发现事件也比根本未发现所要的事件好得多。

        触发策略

        触发以显示波形

        这显然是最简单的情况,因为使用的是自动触发。设定此触发最容易的方法,就是按下示波器面板上的"Auto"键,这是在示波器上显示波形最快的方法。在许多情况下,这已足以了解实际发生的事。

        触发以除错类比问题

        如果简单的触发无法显示问题,下一种方法就是找寻简单的类比问题。在此情况下可尝试的触发模式包括突波,最窄脉冲,上升时间与下降时间,它们可涵盖最常见的类比问题。或者您也可以使用设定与保持时间触发,以确定设定与保持时间问题并非主要肇因。此时示波器必须使用标准的重复模式来执行。(在大多数的示波器上,这就叫做"Run")。有些类比问题只能使用软件触发来侦测。这时必须确定硬体触发所设定的信号缘和斜率与软体触发的相同。当硬体触发设定错误时,可能会让使用者误以为触发并未发生。如果您注意到某个波形在示波器上显示的时间非常短暂,可以考虑使用软体触发的范围模式 ​​来进行触发。这时不妨将示波器设为已触发(triggered)模式​​,让示波器只要未发现事件就不触发。这也表示此特殊问题并未发生,可以排除它成为问题原因的可能性,因此算是一个消去(elimination)的过程。

        触发以除错软件或FPGA问题

        在前面两种情况中, 示波器希望对特定的类比问题进行触发。但很多时候(例如要除错软件或FPGA问题时)针对问题进行触发并不是主要的目的,反而追踪波形以发现逻辑,而非类比问题,才更重要。此时设定示波器使用深度记忆体,并在单击模式下运作至为重要(在鼎阳的示波器上,需按"Single"键而非"Run"键)。深度记忆体可让您撷取储存最大数量的波形,并提供您捕捉到问题的最佳机会。大多数的示波器只要转动Time per Division旋钮就会自动设定记忆体深度,但您也可以利用手动的方式来设定。在鼎阳SDS1000系列 示波器中,可于"ACQUIRE"功能表下找到该设定值。触发事件必须设定为在您想要的范围内所发生的已知事件。最常见的选项包括脉冲,数位码型和串列触发。其中以脉冲触发最为简单,因为它仅指定脉冲的长度。码型和串列触发则比较特殊,因为可以让使用者指定值。举例来说,常见的串列触发是对一个特定位址的写入操作。当找到想要的事件时,必须追踪轨迹直到发现问题的来源。以串列汇流排来说,开启资料的串列解码会很有帮助。这么做不只可以显示类比波形,还能将波形当作封包解译,在资料的追踪上会变得更为容易。

        结语:触发是示波器很强大的一项功能,但使用者通常必须跨越一些简单的界限。关键在于了解使用者是要找寻类比问题或追踪逻辑问题。 示波器在这两个部分都可提供优异的功能,在于使用者是否运用正确的策略。

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