用觸發(fā)和同步數字化儀來采集正確的數據

最常見的觸發(fā)方法是使用數字化儀某個通道的輸入信號?；驹硎?，檢測到波形上一個定義好的點，將這個“觸發(fā)事件”標記為采集數據上的一個已知位置。圖1提供了一個基本的邊沿觸發(fā)例子。信號源是輸入通道，觸發(fā)事件發(fā)生在波形上升沿越過500mV觸發(fā)電平之時。當觸發(fā)事件發(fā)生時，所采信號上的位置被標記為時間軸上的零時間點，如圖中的光標位置所示。如果信號是重復的，數字化儀將在每次采集新數據時在相同點進行觸發(fā)，從而實現穩(wěn)定的顯示。

圖1：基本的邊沿觸發(fā)，它定義了時間軸上的零時間點(用垂直虛線標記)，觸發(fā)事件發(fā)生在波形上升沿越過觸發(fā)電平(水平虛線)之時。



信號波形、電平和時序的寬范圍變化要求數字化儀的觸發(fā)電路非常靈活。圖2顯示了Spectrum M4i系列數字化儀的觸發(fā)“引擎”框圖。它提供了現代數字化儀支持的寬范圍觸發(fā)條件例子。

圖2：Spectrum M4i數字化儀框圖展示了這些通用數字化儀的“觸發(fā)引擎”、觸發(fā)源和觸發(fā)邏輯。

框圖左邊顯示的是數字化儀的硬件觸發(fā)源，它們包括任意輸入通道以及兩個外部觸發(fā)輸入(Ext0或Ext1)之一。每個源都能夠支持多種觸發(fā)類型。因為許多數字化儀模塊都有多用途I/O線，你可以用它們來報告數字化儀的運行/裝載狀態(tài)，它們可以提供觸發(fā)輸出信號以及其它功能。除了硬件觸發(fā)源外，你還可以使用程序控制下的軟件觸發(fā)功能，這對開發(fā)自動化測試是很有用的。

數字化儀可能包含強大的觸發(fā)與/或邏輯單元，可以幫助你將來自多個源的輸入組合成一個復雜的多要素觸發(fā)器。這樣的觸發(fā)器可以確保數字化儀只在專門定義的圖案發(fā)生時才觸發(fā)。另外一個功能是可以與其它數字化儀卡進行交叉觸發(fā)。

觸發(fā)模式

主要的觸發(fā)源內置支持多種觸發(fā)模式的雙路觸發(fā)電平比較器。這些觸發(fā)源包括單邊沿和雙邊沿觸發(fā)器，重裝載(滯后)觸發(fā)器，窗口觸發(fā)器，對于多源觸發(fā)器來說，還有相關的觸發(fā)選通信號發(fā)生器。

邊沿觸發(fā)器是最基本的觸發(fā)器類型。你只需設置觸發(fā)電平，并選擇想要的觸發(fā)沿。數字化儀會標記觸發(fā)源的所選邊沿越過觸發(fā)閾值時的時間點。邊沿選擇可以是上升沿、下降沿或兩個沿都觸發(fā)。

重新裝載或滯后觸發(fā)器設置兩個電平，第一個是裝載電平，第二個觸發(fā)電平。就跟邊沿觸發(fā)器一樣，用戶也要選擇邊沿類型。首先信號所選邊沿必須越過裝載電平，將觸發(fā)器裝載好。然后當信號的相同邊沿再次越過觸發(fā)電平時數字化儀再觸發(fā)。重新裝載觸發(fā)模式可以用來防止數字化儀被噪聲信號的錯誤邊沿誤觸發(fā)。

窗口觸發(fā)器使用每個觸發(fā)源的兩個觸發(fā)閾值來定義幅度窗口。窗口觸發(fā)器有兩種工作模式：進入窗口觸發(fā)和退出窗口觸發(fā)。進入窗口觸發(fā)是指只要源信號越過閾值電平之一并進入窗口時就觸發(fā)。退出窗口觸發(fā)是指源信號已經位于兩個觸發(fā)閾值之間、隨后離開窗口時進行觸發(fā)。當源信號可以在任意一個方向改變狀態(tài)時就可以使用窗口觸發(fā)器。

當使用帶數字化儀內置觸發(fā)邏輯的多源觸發(fā)模式時，通常需要使用一個通道創(chuàng)建選通波形，用于支持來自另一個通道的觸發(fā)。你可以使用高電平、低電平、窗口內或窗口外選擇來實現這個目的。這些觸發(fā)模式產生的內部選通信號可以與第二個觸發(fā)源一起使用，并通過與邏輯選通觸發(fā)器。

圖3顯示了使用高電平觸發(fā)器選通另一個通道上的觸發(fā)源的例子。只要CH0通道上的正弦波超過觸發(fā)電平，就會為信號位于閾值上方的整段時間產生一個上升的選通信號。這個選通信號要與CH1通道上的信號進行與操作。由于選通信號只是當CH1上出現低幅度脈沖時才是上升的，因此，數字化儀將在脈沖波形越過觸發(fā)電平時才觸發(fā)，見圖中的水平紅色虛線。

圖3：使用CH0上的高電平觸發(fā)器創(chuàng)建一個選通信號，用于選擇CH1通道上兩個脈沖中較低幅度的脈沖。只要觸發(fā)源位于觸發(fā)電平上方(觸發(fā)電平0)，高電平觸發(fā)器就會創(chuàng)建一個上升狀態(tài)的選擇信號。這個選通信號與CH1的脈沖波形相與，就可以使數字化儀在遇到較低幅度脈沖時進行觸發(fā)。

觸發(fā)邏輯

圖3所示例子顯示了在遇到多個觸發(fā)源時可用觸發(fā)邏輯的一個用途。與(AND)邏輯和或(OR)邏輯都是支持的?；蚬δ艿妮斎氚ㄈ魏瓮ǖ?、外部觸發(fā)輸入、軟件觸發(fā)以及強制觸發(fā)功能。邏輯或功能允許其中任何一個觸發(fā)源觸發(fā)數字化儀。與邏輯功能的輸入包括所有通道、外部觸發(fā)輸入和使能觸發(fā)功能。與功能要求所有選擇的觸發(fā)輸入同時有效才能啟動觸發(fā)器。記住，選通觸發(fā)模式(高電平和低電平)提供了輸入邏輯的邏輯取反功能，因此你可以創(chuàng)建與非(NAND)和或非(NOR)條件。

圖4顯示了一個使用或觸發(fā)邏輯的無線定位應用例子。每個輸入通道連接到一個傳感器。到源的方向取決于每個傳感器所發(fā)脈沖的到達時間。

圖4：你可以使用或觸發(fā)邏輯對最早發(fā)生射頻脈沖的通道進行觸發(fā)。



源的位置確定了哪個通道先看到它?；蛴|發(fā)邏輯允許最先產生脈沖的通道觸發(fā)數字化儀，從而保證兩個傳感器輸出都被采集到。

其它觸發(fā)相關功能

還有其它兩種觸發(fā)功能值得一提。第一個是觸發(fā)延時，即圖2所示觸發(fā)框圖的最后一個單元。這個功能使用計數器，可以讓你將觸發(fā)事件往后延遲指定的采樣數。如果延時從默認(0)值發(fā)生了改變，那么水平軸上的觸發(fā)點將從0改變到輸入的延時值。

第二個功能是外部觸發(fā)輸出和觸發(fā)狀態(tài)線。這些功能在同步多臺儀器時很有用。觸發(fā)輸出、裝載和運行狀態(tài)可以通過多用途I/O通道獲得，如圖2所示。

同步

理論上，在同步多臺儀器時會發(fā)生兩個問題。首先是安排公用觸發(fā)器。其次是讓兩臺儀器基于同步時鐘工作。我們很容易看出，當試圖同步多臺數字化儀時可能會有問題發(fā)生。

使用具有目標時鐘速率的外部時鐘可以實現時鐘的同步。第二種方法是提供比如10MHz的外部基準，然后應用到鎖相環(huán)(PLL)，將基準時鐘頻率倍頻到想要的時鐘速率。像本文中使用的Spectrum M4i系列等許多數字化儀都是通過公共的外部時鐘輸入處理兩種外部時鐘的。外部時鐘輸入被連接到內部PLL，你可以將它設置為倍頻基準時鐘，或將數字化儀鎖相到外部時鐘，不改頻率直接讓它通過。這樣可以保證時鐘頻率正確，但不能保證每臺數字化儀中的時鐘具有相同的相位。

在同步過程的觸發(fā)側，你必須考慮到每臺數字化儀的外部觸發(fā)輸入使用獨立的比較器檢測觸發(fā)電平越界?；鶞孰娖降纳僭S不同以及建立和保持時間的不同可能導致時間軸上的觸發(fā)點位置發(fā)生離散的變化，進而形成某種觸發(fā)抖動。保證多臺數字化儀精確同步的唯一方法是將時鐘分配給每個模塊，然后將觸發(fā)事件同步到系統時鐘。

同步多臺數字化儀

上述例子中使用的Spectrum M4i系列數字化儀都帶有被稱為星狀集中器(Star Hub)的可選同步配件。這種Star-Hub模塊支持最多8塊同一系列卡的同步。

該模塊用作星狀連接的時鐘和觸發(fā)信號集中器。帶這種模塊的數字化儀用作時鐘主設備，這種卡或任何其它卡可以是主觸發(fā)器。如果使用Star-Hub模塊，主卡上可用的所有觸發(fā)模式仍然可用。它還能擴展與/或觸發(fā)邏輯，以適應來自任何所連數字化儀的輸入。通過同步來自數字化儀的ARM信號，Star-Hub還能同步多臺數字化儀中的不同預觸發(fā)器、內存段大小和后置觸發(fā)器設置。

本文小結

數字化儀要求觸發(fā)器將信號采集關聯到時間上的一個已知點。多種觸發(fā)源和模式使得選擇想要的觸發(fā)點非常容易。另外，通過Star-Hub精確同步時基的能力支持多臺儀器耦合在一起，從而提供大量的采集通道。具有智能觸發(fā)引擎的數字化儀可以幫助你觸發(fā)并采集種類廣泛的復雜信號。