超越邊沿觸發(fā)：如何使用示波器觸發(fā)進(jìn)行調(diào)試

簡(jiǎn)介

　　示波器是電氣工程師的基礎(chǔ)儀器，但我經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些工程師不能有效地使用其觸發(fā)功能。觸發(fā)常被認(rèn)為非常復(fù)雜，現(xiàn)在存在這樣一種趨勢(shì)，即如果有任何問(wèn)題，直接到實(shí)驗(yàn)室去求助專(zhuān)家來(lái)幫助設(shè)置觸發(fā)。本文的目的在于幫助工程師了解觸發(fā)的基本原理以及有效使用觸發(fā)的策略。

什么是觸發(fā)？

　　任何示波器的存儲(chǔ)器都是有限的，因此所有示波器都必須使用觸發(fā)。觸發(fā)是示波器應(yīng)該發(fā)現(xiàn)的用戶(hù)感興趣的事件。換句話(huà)說(shuō)，它是用戶(hù)想要在波形中尋找的東西。觸發(fā)可以是一個(gè)事件（即波形中的問(wèn)題），但不是所有的觸發(fā)都是事件。觸發(fā)實(shí)例包括邊沿觸發(fā)、毛刺信號(hào)觸發(fā)和數(shù)字碼型觸發(fā)。

　　示波器必須使用觸發(fā)的原因在于其存儲(chǔ)器的容量有限。例如，Agilent 90000 系列示波器具有 20 億采樣的存儲(chǔ)器深度。但是，即便擁有如此大容量的存儲(chǔ)器，示波器仍需要一些事件來(lái)區(qū)分哪 20 億個(gè)采樣需要顯示給用戶(hù)。盡管 20 億的采樣聽(tīng)起來(lái)似乎非常龐大，但這仍不足以確保示波器存儲(chǔ)器能夠捕獲到感興趣的事件。

　　示波器的存儲(chǔ)器可視為一個(gè)傳送帶。無(wú)論什么時(shí)候進(jìn)行新的采樣，采樣都會(huì)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器存滿(mǎn)時(shí)，最舊的采樣就會(huì)被刪除，以便保存最新采樣。當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)，示波器就會(huì)捕獲足夠的采樣，以將觸發(fā)事件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器要求的位置（通常是在中間），然后將這些數(shù)據(jù)顯示給用戶(hù)。

重復(fù)采樣模式與單次采樣模式

　　過(guò)去，最常見(jiàn)的示波器運(yùn)行模式是重復(fù)模式。這意味著一旦示波器觸發(fā)并將數(shù)據(jù)顯示給用戶(hù)，它將立即開(kāi)始搜索下一個(gè)觸發(fā)事件。這就是示波器波形更新如此頻繁的原因。

　　任何一款示波器要想進(jìn)行觸發(fā)并將數(shù)據(jù)顯示給用戶(hù)，都需要時(shí)間來(lái)重新準(zhǔn)備觸發(fā)。這個(gè)時(shí)間也稱(chēng)為“掛起時(shí)間”。在掛起時(shí)間內(nèi)，示波器不能捕獲任何波形。因此，掛起時(shí)間越短，錯(cuò)失的事件越少。例如，如果有一個(gè)毛刺信號(hào)恰巧在掛起時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，那么它將不能在示波器的顯示屏上顯示。如果這個(gè)毛刺信號(hào)是一個(gè)罕見(jiàn)事件，則用戶(hù)可能認(rèn)為波形中沒(méi)有毛刺信號(hào)，而事實(shí)上它卻是存在的。因此，示波器的掛起時(shí)間越短，錯(cuò)失波形中重要事件的幾率就越低。

　　表述此概念的另一種方法是“更新速率”，即每秒鐘的波形數(shù)量。例如，Agilent 7000 系列示波器具有 100000 波形/秒的更新速率。

　　單次采樣模式用于查找單一觸發(fā)，而不會(huì)繼續(xù)采集更多波形。因此，當(dāng)用戶(hù)想要查找某個(gè)事件，檢查導(dǎo)致該事件的原因和事件發(fā)生后所出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)，便可使用單次采樣模式。這種模式對(duì)于分析不重復(fù)并且每次操作都會(huì)發(fā)生變化的波形尤其重要。

自動(dòng)模式與觸發(fā)模式

　　如果沒(méi)有發(fā)生觸發(fā)事件，將會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？這一個(gè)非常好的問(wèn)題。在這種情況下，屏幕上的波形將不會(huì)更新。這不是我們想要的情況，因?yàn)橛脩?hù)可能不知道如何改變觸發(fā)來(lái)獲得屏幕上的波形。例如，如果探頭滑落，示波器將可能停止觸發(fā)。不過(guò)，如果屏幕不能更新，信號(hào)丟失將很不明顯。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，示波器擁有一個(gè)稱(chēng)為“自動(dòng)（Auto）”觸發(fā)的模式。在此模式下，如果在一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法找到觸發(fā)，示波器將自動(dòng)觸發(fā)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）來(lái)指示上一個(gè)觸發(fā)是真實(shí)觸發(fā)還是自動(dòng)觸發(fā)。這樣，如果用戶(hù)看到“自動(dòng)（Auto）”指示器，他們就會(huì)知道所設(shè)置的觸發(fā)沒(méi)有發(fā)生。例如，如果用戶(hù)設(shè)置的觸發(fā)為毛刺信號(hào)，他們將會(huì)知道示波器沒(méi)有檢測(cè)出毛刺信號(hào)。

　　然而，當(dāng)您回顧上一段的內(nèi)容時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自動(dòng)觸發(fā)發(fā)生時(shí)，它就意味著每次觸發(fā)之后，示波器進(jìn)行重新準(zhǔn)備時(shí)具有掛起時(shí)間。為了完全避免這一時(shí)間，示波器應(yīng)改為“觸發(fā)（triggered）”模式。（這在某些示波器中稱(chēng)為“正?！蹦Ｊ剑Ｔ凇坝|發(fā)（triggered）”模式中，除非發(fā)現(xiàn)觸發(fā)事件，否則示波器將不會(huì)進(jìn)行觸發(fā)。因此，如果用戶(hù)將觸發(fā)模式設(shè)置為毛刺信號(hào)并且示波器一直沒(méi)有進(jìn)行觸發(fā)，那么用戶(hù)就可以確信毛刺信號(hào)沒(méi)有發(fā)生（至少示波器能夠檢測(cè)出）。

普通觸發(fā)模式

邊沿觸發(fā)

　　邊沿觸發(fā)是所有觸發(fā)模式中最普通的一種觸發(fā)。它的使用如此頻繁的原因在于，所有波形都有邊沿，只要觸發(fā)電平設(shè)置正確，這種觸發(fā)模式就能正常工作。同時(shí)，這一優(yōu)勢(shì)也是其最大的劣勢(shì)，因?yàn)樗軐?duì)大多數(shù)波形非常頻繁地進(jìn)行觸發(fā)，所以它和自動(dòng)觸發(fā)（Auto Trigger）非常相似。

毛刺信號(hào)/脈沖寬度/超時(shí)觸發(fā)

　　雖然許多問(wèn)題只需使用邊沿觸發(fā)便可以輕松找出，但是有時(shí)工程師必須使用更復(fù)雜的觸發(fā)。其中，最簡(jiǎn)單的觸發(fā)便是脈沖觸發(fā)。脈沖觸發(fā)被定義為一段高于（正脈沖）或者低于（負(fù)脈沖）某個(gè)閾值電平的時(shí)間。最常見(jiàn)的脈沖觸發(fā)是毛刺觸發(fā)，它常用于對(duì)小于最小寬度的脈沖進(jìn)行觸發(fā)。這是一個(gè)違反觸發(fā)的實(shí)例，因?yàn)槭静ㄆ鳠o(wú)論在何時(shí)觸發(fā)都會(huì)指示出一個(gè)問(wèn)題。

　　具有最大時(shí)間值的脈寬觸發(fā)的一個(gè)令人困惑的方面是發(fā)生觸發(fā)的時(shí)間。在某些情況下，用戶(hù)可能想要在超過(guò)時(shí)間值時(shí)示波器立即進(jìn)行觸發(fā)。這稱(chēng)為“超時(shí)”觸發(fā)，因?yàn)槭静ㄆ鞑⒉恍枨笠粋€(gè)完整的脈沖來(lái)進(jìn)行觸發(fā)。換句話(huà)說(shuō)，即使不發(fā)生第二個(gè)跳變，超時(shí)觸發(fā)仍將進(jìn)行。