使用示波器在捕獲感興趣的事件時,其捕獲時刻的準確度取決于示波器的觸發能力。觸發是選購示波器的重要參數,但在選購儀器之后通常會被忽略。具備卓越觸發參數和功能的示波器能夠為開發團隊提供顯著優勢,有助于快速有效地進行調試和測試。優越的觸發系統能夠為工程師節省大量時間,協助他們快速隔離難以檢測到的事件并改進設計。工程師能夠快速識別并對比示波器的主要規格,例如帶寬、記錄長度和采樣率。但是,評估并對比示波器觸發系統的性能和質量可能稍顯困難。傳統的示波器觸發基于模擬電路,信號被拆分到數據路徑和單獨的觸發路徑。新型示波器架構為信號和觸發提供一個通用路徑。這種單一路徑方法被稱為數字觸發。與傳統的模擬觸發架構相比,數字觸發具有多種優勢。模擬架構和數字架構目前使用的示波器中,大部分都采用模擬觸發。基于模擬觸發架構的示波器將輸入信號拆分到數據路徑和單獨的觸發路徑。觸發電路和數據路徑分離。用戶無法在示波器顯示屏上查看觸發信號。模擬觸發電路評估的是從原始信號中“掐下來”的信號。示波器可能配備簡單的觸發路徑濾波器,例如用于減少觸發路徑噪聲的射頻抑制。不同于觸發路徑中的濾波器,信號路徑中的 后處理濾波器更加多樣且功能更強大。模擬觸發電路可以在ASIC、FPGA或現成組件中實現。
模擬觸發電路和數字觸發電路對比,如下圖所示
采用專利的數字觸發架構的示波器為信號和觸發提供一個通用路徑。觸發事件在示波器的模數轉換器(ADC)后面進行評估。觸發信號和數據路徑信號相同,因此用戶可以在示波器顯示屏上查看觸發信號。在示波器評估觸發條件之前,可以實時應用各種采集后濾波器,例如插值、帶寬濾波和去嵌。數字觸發的優勢
1、更高的觸發靈敏度
示波器觸發靈敏度是指儀器正確識別觸發事件所需的最小信號幅度。示波器顯示屏上的網格標記將顯示屏垂直劃分為8個或10個垂直分格,具體的分格數量取決于示波器制造商。示波器規格將規定觸發電路的信號幅度必須占據的垂直分格數量,保證能夠正確識別觸發事件。觸發靈敏度定義為示波器將信號正確檢測為觸發事件所需的信號幅度(以垂直分格表示)。如下圖所示。
與模擬觸發相比,數字觸發能夠觸發幅度更小的信號。這一優勢為何重要?卓越的觸發靈敏度支持用戶通過觸發來隔離疊加在大信號上的小信號。
現在來看一個例子。R&SMXO4和R&SMXO5系列示波器的觸發靈敏度為0.0001div。如果示波器設為10mV/div,完整的垂直高度為100 mV。示波器能夠觸發100mV的1/10000,即觸發幅度為10μV的信號。對于低幅度信號,測量噪聲會掩蓋波形。羅德與施瓦茨示波器的HD模式能夠權衡帶寬和噪聲,并為觸發系統提供HD信號,從而針對這些微小的幅度變化進行觸發。
全球首屈一指的靈敏觸發,R&SMXO4和R&SMXO5系列等示波器的數字觸發靈敏度高達0.0001 div。這些示波器能夠在顯示屏上同步分隔大幅度信號和小幅度事件。如下圖所示。
2、用戶遲滯控制
用戶可以規定觸發門限,并通過旋鈕或在對話框中輸入觸發電平來調整該閾值。信號越過觸發門限時必須比該門限電平高出一定的幅度,以便示波器能夠將這種電平變化識別為觸發事件。觸發遲滯是指超出指定觸發電平的附加幅度。觸發遲滯實現更靈活的觸發 所有示波器觸發源都提供門限設置,能夠設置低電平和高電平門限。對于邊沿觸發等觸發類型, 遲滯的大小決定了信號被識別為觸發事件所需的最小幅度。遲滯有助于保證示波器不會對測量噪聲或信號噪聲進行觸發。如下圖所示。
對于模擬觸發示波器,制造商在儀器內部設置遲滯,用戶一般無法進行調整。這些儀器也可能提供一些預設值(例如射頻抑制)。新型數字觸發示波器可以通過與模擬示波器相同的設置來自動設置遲滯幅度。而且,用戶還可以將數字觸發遲滯值調整為自定義的相對值和/或絕對值。用戶可以將遲滯調整為高值以避免因噪聲而錯誤觸發,或者設置為低值以針對微小的信號幅度變化進行觸發。數字觸發支持用戶控制觸發遲滯,如下圖所示,這種靈活性便于用戶觸發波形的不同部分,模擬觸發無法輕松做到這一點。
3、更靈活的濾波器設置
市面上的所有示波器通常都提供各種濾波器以便查看信號。帶寬限制濾波器就是其中的一種。這種濾波器可以使用DSP算法(通常在FPGA中)在模擬硬件中實現,也可以通過軟件提供。在模擬觸發示波器中,觸發電路無法應用信號路徑濾波器。在數字觸發示波器中,濾波器可以應用到數字觸發和/或信號路徑以供查看和分析信號。這種機制的優點在于,示波器屏幕顯示的波形就是觸發系統評估的事件。模擬觸發示波器僅對顯示的信號應用去嵌,不應用到觸發。如下圖所示。R&SRTP示波器在觸發之前應用實時去嵌,從而使得觸發的信號和屏幕上顯示的去嵌后的信號是相同的。
4、為觸發應用HD模式
對于低幅度信號,示波器噪聲會掩蓋信號,也無法觸發該信號。如果小信號的幅度被示波器固有的系統測量噪聲掩蓋,示波器無法觸發此類信號。大部分示波器的采集模式都能夠權衡帶寬和垂直分辨率。這種采集模式被稱為高分辨率模式、eRes模式或HD模式。在高分辨率模式下,移動平均濾波器對相鄰樣本取平均值,降低了有效采樣率,但提高了垂直分辨率。在模擬觸發示波器中,高分辨率模式僅適用于信號路徑,不適用于觸發路徑。對于R&SMXO 4和R&SMXO 5系列等數字觸發示波器,高清晰度(HD)模式應用DSP濾波器來權衡帶寬和垂直分辨率。HD模式提供高達18位的觸發分辨率,還可以通過減小帶寬來抑制噪聲。這種方法顯著降低了系統測量噪聲,進一步提高了觸發靈敏度。R&SMXO 4和R&SMXO 5系列示波器可應用最低1 kHz帶寬的HD模式,同時觸發分辨率提高到18位。HD模式結合羅德與施瓦茨的數字觸發,如下圖所示。和模擬觸發示波器不同的是,羅德與施瓦茨的數字觸發架構能夠對顯示的信號和觸發實時應用HD模式。
5、差值采用模擬觸發電路的示波器架構將用戶信號拆分出觸發路徑。觸發路徑為模擬路徑。因此,這些模擬電路的門限范圍通常采用較大步進。例如,門限設置可能將步進限定為100mV。對于數字觸發,用戶可以選擇示波器屏幕顯示范圍內的垂直電壓的的任意門限值。這是因為數字觸發架構在ADC后面評估信號。利用這些數字信息,示波器甚至還可以根據采樣點之間的插進行觸發判定。
數字觸發利用插值提供更加準確的觸發電平值,如下圖所示。數字觸發可以利用采樣點之間的插值來消除觸發盲區。這可以將觸發靈敏度進一步提高到0.0001 div。
6、更小的觸發抖動 和數字觸發示波器相比,模擬觸發示波器的觸發抖動更大。在模擬觸發架構中,觸發路徑和信 號路徑并不相同。示波器檢測到觸發路徑中的觸發事件后,必須準確確定信號路徑中的相關時間。在連續采集中將出現一定程度的觸發抖動。一些示波器制造商采用軟件方式來糾正觸發抖動。這種軟件能夠最大程度地減少觸發抖動,但需要運行規定的處理周期,因此會延長觸發重置時間并降低示波器的整體波形捕獲率。數字觸發示波器的觸發抖動非常小,如下圖所示。R&SMXO4和R&SMXO5系列示波器的觸發抖動不足1 ps,在同類產品中遙遙領先。
和傳統的模擬觸發技術相比,數字觸發電路具有諸多優勢。了解這些特性,能夠清楚確定這些優勢在選購示波器時的重要性。羅德與施瓦茨在數字觸發示波器領域占據前沿地位,所有的羅德與施瓦茨系列示波器均采用數字觸發技術。擁有超高的觸發靈敏度,能夠滿足您的各種測試要求。
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