示波器基礎(chǔ)原理入門指南(上)

圖 6：數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)

由于數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)采用與采集路徑相同的數(shù)字化數(shù)據(jù)，因此可以實(shí)現(xiàn) ADC 范圍之內(nèi)的信號(hào)事件觸發(fā)。對(duì)于選定的觸發(fā)事件，信號(hào)可以通過比較器與已定義的觸發(fā)門限進(jìn)行對(duì)比。在一個(gè)簡(jiǎn)單的例子中（邊緣觸發(fā)），當(dāng)信號(hào)在要求的方向上越過觸發(fā)門限，無(wú)論是信號(hào)的上升沿還是下降沿，該事件都會(huì)被檢測(cè)到。在數(shù)字系統(tǒng)中，信號(hào)由所采集到的樣本來(lái)表示，而采樣率必須至少是信號(hào)中最高頻率的兩倍。當(dāng)滿足這一條件，才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的重構(gòu)。

完全根據(jù) ADC 樣本來(lái)進(jìn)行觸發(fā)判決是不夠的，因?yàn)榭缭接|發(fā)門限值的過程可能會(huì)丟失，因此需要利用內(nèi)插算法提高時(shí)間分辨率，使采樣速率達(dá)到 20 GS/s。經(jīng)過插入算法之后，比較器會(huì)將樣本數(shù)值和已定義的觸發(fā)門限值進(jìn)行對(duì)比，如果檢測(cè)到觸發(fā)事件，那么比較器的輸出電平便會(huì)發(fā)生變化。

如圖 7 所示，通過2倍插入方式將采樣分辨率提高兩倍，從而減少信號(hào)的“盲”區(qū)。左圖的波形采樣中并未包含波形圖中過沖部分，并且 基于ADC 樣本的觸發(fā)門限無(wú)法檢測(cè)到過沖發(fā)生。右圖通過插值的方式將波形采樣率提高兩倍，因此過沖能夠引起觸發(fā)。過沖的最高頻率為 3.5 GHz，因此當(dāng) ADC以10GS/s采樣率工作的時(shí)候數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)能夠檢測(cè)到高頻分量。

圖 7：減少“盲”區(qū)

由于毛刺以及脈沖寬度等觸發(fā)類型均基于定時(shí)條件，因此數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)能夠非常精確地觸發(fā)這些事件，這是因?yàn)樗梢詫?shí)時(shí)確定了觸發(fā)門限處的交點(diǎn)。觸發(fā)事件的時(shí)間分辨率可以達(dá)到為 1 ps，而最小可檢測(cè)的脈沖寬度為50ps。

數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)的具體優(yōu)勢(shì)如表1 所示。

觸發(fā)掃描會(huì)在選定的點(diǎn)開始，能夠顯示諸如正弦波和方波等周期信號(hào)，還可以顯示非周期信號(hào)，比如信號(hào)脈沖或者無(wú)法以固定頻率重復(fù)出現(xiàn)的脈沖等。最常見的觸發(fā)類型是邊緣觸發(fā)，當(dāng)電壓超過某個(gè)設(shè)定數(shù)值之后便會(huì)“啟動(dòng)”觸發(fā)。用戶可以選擇上升沿觸發(fā)或者下降沿觸發(fā)。毛刺觸發(fā)讓儀器能夠被脈沖所觸發(fā)，該脈沖的寬度可以大于或者小于某具體的時(shí)間。通常會(huì)采用這種方法來(lái)嘗試找出隨機(jī)發(fā)生或者間歇性發(fā)生的錯(cuò)誤，因此要找出這些錯(cuò)誤也是非常困難的。

脈沖寬度觸發(fā)與毛刺觸發(fā)非常相似，也是要找出特定的脈沖寬度，并且它允許沿著水平觸發(fā)位置指定任意具體寬度的脈沖，無(wú)論是正脈沖還是負(fù)脈沖。其優(yōu)點(diǎn)在于用戶可以看到觸發(fā)前后所發(fā)生的事情，因此如果找出一個(gè)錯(cuò)誤，查看觸發(fā)前的情況可以提供更多關(guān)于出錯(cuò)原因的參考信息。如果將水平延遲設(shè)為 0，那么觸發(fā)事件會(huì)被放置在屏幕的中央，于是便能在屏幕左邊看到觸發(fā)之前的情況，而在屏幕右邊能夠看到觸發(fā)之后的情況。

除了上述的類型以外，還有許多其它觸發(fā)類型，這些觸發(fā)類型針對(duì)于特定的情況，能夠檢測(cè)到感興趣的事件。比如，用戶可以觸發(fā)由幅值、時(shí)間（脈沖寬度、毛刺、斜率、建立和保持，以及超時(shí)）以及邏輯狀態(tài)或者碼型所定義的脈沖。其它觸發(fā)功能包括串行碼型觸發(fā)，A+B 觸發(fā)以及并行或串行總線觸發(fā)。

數(shù)字示波器可以觸發(fā)單一事件以及延遲觸發(fā)事件，控制何時(shí)對(duì)這些事件作出響應(yīng)，以及在特定的時(shí)間、狀態(tài)或者過渡之后重置觸發(fā)以再次開始觸發(fā)序列。因此，即便是最為復(fù)雜的信號(hào)事件也能夠被捕捉到。

數(shù)字示波器具備觸發(fā)位置控件，能夠在波形記錄中設(shè)置觸發(fā)水平位置。通過改變觸發(fā)水平位置，用戶可以捕捉到信號(hào)在觸發(fā)事件前的情況。觸發(fā)水平位置確定了觸發(fā)點(diǎn)前后的可視信號(hào)長(zhǎng)度。示波器的觸發(fā)沿設(shè)置可以調(diào)整發(fā)生觸發(fā)的信號(hào)點(diǎn)（即調(diào)整為上升沿觸發(fā)或者下降沿觸發(fā)）。

觸發(fā)模式

觸發(fā)模式用于確定示波器是否以及在什么情況下顯示波形。所有示波器均可啟用兩種觸發(fā)模式：一般（Normal）模式以及自動(dòng)(auto)模式。當(dāng)設(shè)置為一般模式時(shí)，示波器僅在信號(hào)達(dá)到指定位置時(shí)才會(huì)觸發(fā)。而在自動(dòng)模式中，即使沒有觸發(fā)，儀器也會(huì)進(jìn)行掃描。

觸發(fā)耦合和關(guān)斷

某些示波器可以選擇觸發(fā)信號(hào)的耦合類型（AC 或者 DC），而某些儀器還能夠設(shè)置高頻抑制、低頻抑制以及噪聲抑制等耦合類型。為了避免錯(cuò)誤發(fā)生觸發(fā)事件，人們?cè)O(shè)計(jì)了更加高級(jí)的設(shè)定來(lái)消除觸發(fā)信號(hào)中的噪聲以及其它頻譜成分。要保證示波器在信號(hào)的正確位置觸發(fā)有時(shí)其實(shí)并不簡(jiǎn)單，因此大多數(shù)示波器均提供了“觸發(fā)抑制”這種方式來(lái)使其變得更加簡(jiǎn)單。觸發(fā)抑制是觸發(fā)事件發(fā)生之后的一段可調(diào)時(shí)間內(nèi)，示波器無(wú)法進(jìn)行觸發(fā)。該功能在對(duì)復(fù)雜波形圖進(jìn)行觸發(fā)時(shí)是非常有用的，可以確保示波器僅在需要的點(diǎn)上進(jìn)行觸發(fā)。

顯示系統(tǒng)與用戶界面

顧名思義，顯示系統(tǒng)用于控制呈現(xiàn)信號(hào)。顯示屏的所有標(biāo)記構(gòu)成了稱為十字線或者網(wǎng)格線的柵格。數(shù)字示波器及其所執(zhí)行的任務(wù)都是非常復(fù)雜的，因此必須提供廣泛且易于理解的用戶界面。比如，R&S?RTO 系列的觸摸屏顯示器采用了彩色編碼的控制按鍵、扁平化的菜單結(jié)構(gòu)以及頻繁使用的功能按鍵。在 R&S?RTM 系列中，按下一鍵測(cè)量按鈕即可調(diào)用顯示信號(hào)的“快速測(cè)量”功能。另外，還具有半透明的對(duì)話框、可移動(dòng)的測(cè)量窗口、可配置的工具欄以及實(shí)時(shí)波形的預(yù)覽圖標(biāo)。