示波器的數(shù)字觸發(fā)技術(shù)（上）
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時間：2017-02-06
來源：網(wǎng)絡(luò)
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2.被測信號兩條路徑中的系統(tǒng)誤差源
處理被測信號經(jīng)過兩條不同路徑---使用 A/D 轉(zhuǎn)換器的采集路徑和觸發(fā)電路路徑（參閱圖 1）。兩條路徑包括不同的線性和非線性失真，這些失真引起顯示的信號和確定的觸發(fā)點之間的系統(tǒng)性偏差。最糟糕情況是，觸發(fā)電路或許不響應(yīng)有效觸發(fā)電平（盡管這些觸發(fā)電平可以在顯示器上看到），或者觸發(fā)電路對觸發(fā)事件做出響應(yīng)，而這些觸發(fā)事件事實上不能被采集路徑捕獲和顯示。
3.兩條信號路徑中的信號噪聲源
經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換器和經(jīng)過模擬觸發(fā)系統(tǒng)的兩條路徑上包括具有不同噪聲源的多個放大器。這也將導(dǎo)致在示波器屏幕上作為觸發(fā)位置偏移（觸發(fā)抖動）出現(xiàn)的延遲和幅度變異。觸發(fā)抖動，作為疊加的信號軌跡的寬度和高度，顯示在圖 4 右圖區(qū)域。圖 4 的左圖顯示相對于理想觸發(fā)點，表現(xiàn)為隨機(jī)垂直和水平偏移的觸發(fā)抖動。
圖 4：在幾個波形采集期間的觸發(fā)抖動
下一節(jié)，我們將為您介紹數(shù)字方式實現(xiàn)的觸發(fā)系統(tǒng)。數(shù)字觸發(fā)由于不包含上面討論的誤差項，因此能夠為示波器提供更精確的觸發(fā)。
2 數(shù)字觸發(fā)功能
2.1 數(shù)字觸發(fā)概念
圖 5 顯示采用數(shù)字觸發(fā)的數(shù)字示波器的簡化方框圖。
圖 5：采用數(shù)字方式實現(xiàn)觸發(fā)功能的數(shù)字示波器方框圖
與模擬觸發(fā)不同，數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)直接針對A/D 轉(zhuǎn)換器的樣本工作，被測信號不會被分成兩個不同的路徑上，因此，數(shù)字觸發(fā)處理的是和采集、顯示相同的信號。在第 1-3 節(jié)討論的模擬觸發(fā)系統(tǒng)誤差已在原理上消除。
數(shù)字觸發(fā)技術(shù)使用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行觸發(fā)點測定，以精確的算法檢測有效觸發(fā)事件并精確測量時間戳。
數(shù)字觸發(fā)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)是對測量信號無縫監(jiān)測的實時信號處理能力。R&S數(shù)字觸發(fā)器基于 10 GS/s 的 A/D 轉(zhuǎn)換器工作，因此必須處理 80Gbit/s 數(shù)據(jù)（8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器）。
由于數(shù)字觸發(fā)技術(shù)使用與采集單元相同的數(shù)字化數(shù)據(jù)，因此要切記其只對模數(shù)轉(zhuǎn)換器范圍內(nèi)的信號觸發(fā)。
2.2 采用數(shù)字觸發(fā)技術(shù)檢測觸發(fā)事件
對于選定的觸發(fā)事件，首先，比較器將測量信號與規(guī)定的觸發(fā)門限進(jìn)行對比。在最簡單的“邊沿”觸發(fā)時，當(dāng)信號在要求的方向上（下降或上升）跨越觸發(fā)門限時，觸發(fā)事件被檢測到。
在數(shù)字系統(tǒng)中，信號由樣本表示。采樣理論規(guī)定采樣率至少是最大信號頻率的兩倍。只有在這樣的條件下信號才有可能被完整重建。
從圖 2 和圖 3 可以看到，僅觀察 A/D 轉(zhuǎn)換器樣本并不足以看到所有信號細(xì)節(jié)。這種情況同樣適用于數(shù)字觸發(fā)器：純粹根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器樣本的觸發(fā)決策是不充分的，因為跨越觸發(fā)門限有可能被漏掉。因此，通過使用內(nèi)插算法上調(diào)采樣信號采樣率到 20Gs/s，可以增加定時分辨率（參閱圖 6）。在內(nèi)插器后面，比較器將樣本值與規(guī)定的觸發(fā)門限進(jìn)行比對。如果檢測到觸發(fā)電平，比較器即改變輸出電平。
圖 6：在數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)中通過“up-sampling”方法增加采樣率
圖 7 通過采用up sampling方法將采樣分辨率提高1倍，信號中的“盲”區(qū)縮小。左側(cè)波形樣本不含過沖。高于 A/D 轉(zhuǎn)換器樣本的觸發(fā)門限無法檢測過沖。右側(cè)通過內(nèi)插將波形采樣率實現(xiàn)翻倍，便有可能實現(xiàn)過沖觸發(fā)。
圖 7：增加采樣分辨率限制盲觸發(fā)區(qū)域舉例
此例中波形最大頻率為 3.5GHz。該例表明 R&S的數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)基于 10Gsample/s A/D 轉(zhuǎn)換器速率也能夠可靠檢測出的更高頻率分量信號。
2.3 用數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)確定觸發(fā)定時
在任意時間點有效重建測量信號的關(guān)鍵要求是滿足采樣定理（奈奎斯特準(zhǔn)則）。R&S示波器使用多相濾波器，這些濾波器能夠在任何定時點，以大于 90dB 的信噪比 （SNR） 計算出測量信號。使用精度為 250fs 的迭代方法，實時計算出測量信號和觸發(fā)門限的交叉點。
某些諸如“毛刺”或“脈沖寬度”類觸發(fā)事件以定時條件為基礎(chǔ)，實時確定門限中的交叉點一樣，支持對這類事件非常精確的觸發(fā)。RTO能夠以 1ps 分辨率建立觸發(fā)事件定時，指定的最窄可檢測脈沖寬度為 50ps。
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