一文詳解示波器的觸發(fā)功能(下)

在上期文章《RIGOL技術(shù)站 | 示波器的觸發(fā)功能》一文中，小編介紹了示波器觸發(fā)的原理、概念、重要性等知識(shí)，對(duì)示波器的觸發(fā)功能有了初步的了解和認(rèn)識(shí)。本篇文章小編將繼續(xù)為大家介紹模擬觸發(fā)、數(shù)字觸發(fā)及數(shù)字觸發(fā)的幾種不同類型，充分了解示波器的觸發(fā)功能，以便在測(cè)量的過程中更好地幫助工程師!

01觸發(fā)的實(shí)現(xiàn)How to achieve Trigger?

數(shù)字示波器主要由以下幾個(gè)部分組成：

AFE模擬前端電路：主要包括衰減器和放大器，用于信號(hào)調(diào)理;

ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將探測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字域處理信號(hào);

Trigger觸發(fā)單元：將捕獲用戶設(shè)置的觸發(fā)事件;

Timebase時(shí)基：控制采樣時(shí)間，觸發(fā)位置處理;

波形數(shù)據(jù)處理：完成數(shù)字波形的采樣，獲取，存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理;

顯示處理：完成波形繪制，波形相關(guān)的運(yùn)算，分析等功能。

數(shù)字示波器的觸發(fā)也存在模擬觸發(fā)和數(shù)字觸發(fā)兩類，數(shù)字觸發(fā)與模擬觸發(fā)最主要的差異在于觸發(fā)數(shù)據(jù)的來源不同：

模擬觸發(fā)的數(shù)據(jù)來自模擬前端，因此觸發(fā)單元處理的是模擬信號(hào);

而數(shù)字觸發(fā)的數(shù)據(jù)來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，觸發(fā)單元處理的是經(jīng)過ADC量化處理后的數(shù)字信號(hào)。

模擬觸發(fā)和數(shù)字觸發(fā)由于數(shù)據(jù)來源和類型不同，因此處理原理也就有差異。其基本的原理框圖如下：

▲數(shù)字示波器-模擬觸發(fā)

▲數(shù)字示波器-數(shù)字觸發(fā)

模擬觸發(fā)

模擬觸發(fā)有一些不足之處，其中觸發(fā)抖動(dòng)是影響觸發(fā)穩(wěn)定度的重要因素。下圖是一個(gè)模擬觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)波形的典型效果，從圖中我們可以看到，由于信號(hào)觸發(fā)位置不固定，存在觸發(fā)抖動(dòng)。

▲模擬觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)波形

造成模擬觸發(fā)系統(tǒng)存在抖動(dòng)的原因，主要有以下3個(gè)因素：

路徑誤差

在“數(shù)字示波器-模擬觸發(fā)”框圖中，可以看到被測(cè)信號(hào)經(jīng)過了采樣和觸發(fā)兩條路徑，路徑上的噪聲干擾和延遲抖動(dòng)存在差異。因此ADC得到的數(shù)據(jù)和觸發(fā)單元得到的數(shù)據(jù)存在差異;

量化誤差

由于ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器固有的量化誤差和采樣失真，會(huì)使得ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)存在偏差;

比較器誤差

在模擬觸發(fā)中，信號(hào)與比較器比較門限進(jìn)行比較，由于模擬器件的特性，無法給出精確的邊沿時(shí)刻。因此，模擬觸發(fā)輸出的觸發(fā)信號(hào)無法精確地指示ADC采樣后的數(shù)據(jù)的觸發(fā)位置，最終在顯示波形時(shí)，表現(xiàn)為波形觸發(fā)位置抖動(dòng)，如下圖所示：

▲模擬觸發(fā)-觸發(fā)抖動(dòng)示意圖

數(shù)字觸發(fā)

與模擬觸發(fā)不同，數(shù)字觸發(fā)的觸發(fā)數(shù)據(jù)直接使用ADC采樣后的數(shù)據(jù)，因此，采樣和觸發(fā)單元處理的是相同的數(shù)據(jù)。數(shù)字觸發(fā)技術(shù)使用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行觸發(fā)比較和位置測(cè)定，可以精確地捕獲觸發(fā)事件，并輸出精細(xì)的觸發(fā)位置。下面介紹幾種常見的數(shù)字觸發(fā)技術(shù)。

邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)是指當(dāng)觸發(fā)單元檢測(cè)到跳變沿(上升沿、下降沿、任意沿)時(shí)觸發(fā)，原理圖如下。

▲邊沿觸發(fā)

邊沿觸發(fā)是示波器觸發(fā)功能中最常用、最實(shí)用、最簡(jiǎn)單的一種觸發(fā)類型。

精細(xì)觸發(fā)當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)比屏幕的像素個(gè)數(shù)少時(shí)，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行插值。為了更精確地查找觸發(fā)位置位于個(gè)插值點(diǎn)，需要對(duì)插值后的數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值比較和觸發(fā)位置處理，這個(gè)過程我們稱之為精細(xì)觸發(fā)。

如下圖所示，在ADC原始采樣點(diǎn)進(jìn)行插值運(yùn)算，使得在觸發(fā)電平Trig_level前后兩個(gè)原始點(diǎn)A和B之間，再進(jìn)行一次觸發(fā)比較找到更準(zhǔn)確的觸發(fā)點(diǎn)C。

▲精細(xì)觸發(fā)

若ADC采樣率為10GSa/s，采樣點(diǎn)間隔100ps;當(dāng)插值倍數(shù)為100倍時(shí)，則等效采樣率提升100倍，觸發(fā)分辨率也就提升100倍，觸發(fā)系統(tǒng)能以1ps分辨率進(jìn)行觸發(fā)處理。

▲精細(xì)觸發(fā)

總線觸發(fā)/協(xié)議觸發(fā)當(dāng)我們使用示波器測(cè)量總線和協(xié)議信號(hào)時(shí)，如果使用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的解碼和解析，會(huì)因?yàn)檐浖僮鞯姆菍?shí)時(shí)性，導(dǎo)致丟失很多觸發(fā)事件。協(xié)議觸發(fā)是利用硬件/FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。觸發(fā)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和解析，對(duì)協(xié)議相關(guān)數(shù)據(jù)和特性進(jìn)行觸發(fā)。常見的有RS232、I2C、SPI、CAN、LIN、I2S總線等。

▲I2C總線觸發(fā)

區(qū)域觸發(fā)區(qū)域觸發(fā)，也稱為模板觸發(fā)，是基于一般觸發(fā)功能的基礎(chǔ)上，再對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域比較判決，判斷波形與檢測(cè)區(qū)域是否滿足“相交”或“不相交”條件，判決條件滿足后才將波形顯示到屏幕上。

▲區(qū)域觸發(fā)

區(qū)域觸發(fā)能實(shí)現(xiàn)更直觀的觸發(fā)類型，提升捕獲觸發(fā)事件的概率。

02總結(jié)

Summary正如同之前的分析，模擬觸發(fā)系統(tǒng)存在觸發(fā)類型單一，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的觸發(fā)調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。而數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)基于數(shù)學(xué)信號(hào)處理，避免了模擬器件受溫度等因素的影響，具有觸發(fā)精確等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于復(fù)雜事件條件的觸發(fā)，并支持多種觸發(fā)類型。

RIGOL最新生產(chǎn)的DS70000示波器搭載了中國第一款突破核心技術(shù)的高端示波器芯片組Phoenix“鳳凰座”芯片組和全新的UltraVisionIII平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了諸多從0到1的突破。

原文標(biāo)題：RIGOL技術(shù)站 | 示波器的觸發(fā)功能，你了解多少?(下)

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審核編輯：湯梓紅