利用示波表的脈寬觸發(fā)功能解決現(xiàn)場(chǎng)維修中的難題

　　市場(chǎng)上具有脈沖觸發(fā)功能的手持示波器還不是很多，但是，很多現(xiàn)場(chǎng)維修人員像實(shí)驗(yàn)室人員一樣需要這種功能，而Fluke 190C手持示波表就是這樣一款具有脈寬觸發(fā)功能的示波表，無(wú)論是同步邏輯錯(cuò)誤，還是旋轉(zhuǎn)編碼器故障或串行數(shù)據(jù)傳輸誤差，F(xiàn)luke 190C都能幫助維修人員查找出隱藏很深的問題。

　　利用脈寬觸發(fā)，可以在毛刺上觸發(fā)，研究是什么原因產(chǎn)生的，并確定其對(duì)系統(tǒng)的其他部分的影響，這種功能為維修工程師提供了重要的診斷工具。除毛刺外，持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)的脈沖還會(huì)在電路中引起定時(shí)問題（例如，表現(xiàn)為漏脈沖）。在捕獲這些信號(hào)時(shí)，需要利用具有脈寬觸發(fā)能力的示波表在持續(xù)時(shí)間超過給定值的脈沖上產(chǎn)生觸發(fā)。對(duì)于很多總線協(xié)議來說，在數(shù)據(jù)流的開頭，往往會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)脈沖，這時(shí)，在長(zhǎng)的脈沖上的觸發(fā)能力也就非常有用了。

　　　為了應(yīng)付所有可能的情況，190C系列示波表上脈寬觸發(fā)功能提供了4個(gè)時(shí)間限定條件：“小于”(<t)、“大于”(>t)、“等于”(=t)和“不等于”(≠t)，時(shí)間間距可選，最小步長(zhǎng)為0.01格或50ns。示波表還提供了9個(gè)柵格的預(yù)觸發(fā)和1000個(gè)柵格的后觸發(fā)時(shí)間延遲功能。為了確定正確的觸發(fā)條件，必須知道所查找的信號(hào)的一些信息，例如脈沖持續(xù)時(shí)間，或者確定要研究的狀態(tài)是否會(huì)引起毛刺或長(zhǎng)于正常信號(hào)的脈沖（見圖1和圖2）。

圖1 為了確定正確的觸發(fā)條件，必須知道所查找的信號(hào)的一些信息

圖2 使用更高速度的時(shí)基

　　在該CMOS電路設(shè)計(jì)方案中，顯示出一個(gè)450kHz的控制信號(hào)有中斷現(xiàn)象。中斷是由于一個(gè)多路復(fù)用器受串?dāng)_的影響在錯(cuò)誤的時(shí)間打開造成的。紅色的軌跡（上部）顯示的是具有中斷現(xiàn)象的450kHz信號(hào)；藍(lán)色的軌跡（下部）顯示的是引起錯(cuò)誤的開關(guān)操作的串?dāng)_信號(hào)。示波表在信號(hào)中斷處產(chǎn)生觸發(fā)，信號(hào)中斷時(shí)可以看作一個(gè)比建立正常的信號(hào)寬得多的脈沖。450kHz的方波的脈寬大約為1.1ms，所以選擇在脈寬>1.2ms時(shí)進(jìn)行觸發(fā)，以識(shí)別出異常的脈沖。使用脈沖觸發(fā)功能對(duì)于從主信號(hào)中隔離出中斷信號(hào)是非常關(guān)鍵的。

　　當(dāng)使用更高速度的時(shí)基時(shí)，則能夠更加明顯地看出，串?dāng)_是由和450kHz的控制信號(hào)不同步的子系統(tǒng)引起的。使用余輝模式，可以像具有余輝的模擬示波器那樣顯示脈沖。

查找同步邏輯電路中的故障

　　在同步邏輯系統(tǒng)中，一個(gè)典型的故障就是在信號(hào)通道上的慢速外圍設(shè)備引起的定時(shí)延遲。例如，在一個(gè)微處理器板上，一個(gè)信號(hào)時(shí)鐘控制著所有的定時(shí)功能。兩個(gè)源于時(shí)鐘的脈沖同時(shí)穿過邏輯門即可產(chǎn)生與時(shí)鐘脈沖同步的輸出脈沖。如果由于器件損壞或設(shè)計(jì)問題，任一信號(hào)出現(xiàn)意外的時(shí)間延遲，都會(huì)導(dǎo)致輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間比時(shí)鐘脈沖要短。這就有可能在電路中產(chǎn)生各種各樣的時(shí)序問題。如果用戶懷疑存在這類問題，則可以將示波表設(shè)置為在比系統(tǒng)的時(shí)鐘脈沖窄的脈沖上進(jìn)行觸發(fā)。例如，如果時(shí)鐘脈沖為1μs，則可以將示波表的一個(gè)通道的時(shí)間限定條件設(shè)置為脈寬<1μs時(shí)觸發(fā)，這樣將會(huì)顯示出許多可能導(dǎo)致異常電路動(dòng)作的信號(hào)，例如毛刺。用戶還可以將儀表的第二個(gè)通道設(shè)置為監(jiān)控邏輯電路的其他部分，以確定是哪個(gè)器件引起的毛刺。不僅如此，示波表所具有的9個(gè)柵格的預(yù)觸發(fā)和1000個(gè)柵格的后觸發(fā)功能，使得用戶可以觀察到所捕獲并分析的事件前后的所有信號(hào)狀態(tài)，且分辨率非常高。利用示波表上擁有專利的捕獲和回放功能還可以自動(dòng)記錄事件，在隨后有時(shí)間分析故障時(shí)，可以回放整個(gè)場(chǎng)景（如圖3所示）。

圖3 利用示波表的脈沖觸發(fā)功能捕獲的一個(gè)比時(shí)鐘脈沖窄的脈沖，通過這個(gè)信號(hào)可以確定，在該邏輯電路中，至少有一個(gè)外圍部件工作不正常。示波表在窄于500ns的系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的負(fù)向脈沖沿產(chǎn)生觸發(fā)

保證數(shù)控機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)

　　旋轉(zhuǎn)編碼器是所有數(shù)控工業(yè)設(shè)備的關(guān)鍵元件，也是潛在的故障源。編碼器往往是利用了磁學(xué)或光學(xué)原理，例如，利用呈直角固定在轉(zhuǎn)鼓上的孔隙組，所產(chǎn)生的脈沖之間的距離即可以直接表示出轉(zhuǎn)速。在某些系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)被轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，編碼器精確測(cè)量線性位移，這樣的系統(tǒng)往往出現(xiàn)在用來將硅晶片的厚度研磨至微米級(jí)精度的精磨設(shè)備中。來自于旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖被傳輸至定位裝置，由一個(gè)電子脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算由微控制器或PLC定義的位置點(diǎn)。從而控制設(shè)備的活動(dòng)部件的位移，并且在每次達(dá)到設(shè)置點(diǎn)后將其位置歸零。

　　如果灰塵進(jìn)入系統(tǒng)導(dǎo)致磁開關(guān)接觸不良，或者阻塞一個(gè)或多個(gè)光學(xué)編碼器在轉(zhuǎn)鼓上的孔隙，則會(huì)出現(xiàn)故障。這時(shí)會(huì)導(dǎo)致丟失脈沖，從而向PLC傳輸不正確的編碼數(shù)據(jù)，引起災(zāi)難性的結(jié)果。例如，對(duì)于晶圓磨床來說，丟失脈沖會(huì)導(dǎo)致磨削工具移動(dòng)距離超出其最大極限，使晶片太薄。

　　使用示波表的脈寬觸發(fā)功能，則可以相對(duì)簡(jiǎn)單地檢測(cè)編碼器故障。一個(gè)丟失的負(fù)向脈沖可以看作異常的長(zhǎng)正向脈沖，由此僅需在一個(gè)通道上進(jìn)行時(shí)間限定設(shè)置，使其在持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于正常的脈沖間隔的正向脈沖上觸發(fā)。在這種情況下，僅需監(jiān)控編碼器和定位裝置之間數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)，即可立即確定引起設(shè)備故障的任何編碼器錯(cuò)誤（見圖4和圖5）。

圖4 旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖顯示，該信號(hào)并不是一致的方波，表示某些脈沖的脈寬不正確。由于波形存在交疊，所以不能確定脈沖的精確持續(xù)時(shí)間。利用數(shù)字余輝模式在更長(zhǎng)的時(shí)間窗口內(nèi)捕獲異常信號(hào)

圖5 通過選擇脈寬，使示波表在寬于正常的編碼脈沖的脈沖上產(chǎn)生觸發(fā)，從信號(hào)中可以看出，偶爾會(huì)丟失一個(gè)編碼“時(shí)隙”，從而造成了定位信息不正確

串行數(shù)據(jù)傳輸誤差

　　微控制器和其外設(shè)之間的串行數(shù)據(jù)的傳輸誤差有時(shí)候是由于器件損壞、微控制器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤造成的，或者是由于串行數(shù)據(jù)總線本身的誤差造成的，所以很難杜絕。由總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流實(shí)際上包括一個(gè)數(shù)字指令序列和與這些指令相關(guān)的外圍設(shè)備的地址。指令或地址的錯(cuò)誤，例如不正確的邏輯電平或脈沖長(zhǎng)度，都會(huì)造成外圍設(shè)備響應(yīng)不正確或根本就沒有響應(yīng)。

　　利用示波表的‘等于’時(shí)間限定條件，也就是t=xxx s PWT時(shí)間限定條件，以及微處理器和外設(shè)之間的時(shí)序和通信協(xié)議的相關(guān)信息（從公布的技術(shù)指標(biāo)獲得），即可將示波表設(shè)置為在數(shù)據(jù)流的前導(dǎo)沿上產(chǎn)生觸發(fā)（如圖6所示）。

圖6 利用190C示波表上的脈寬觸發(fā)功能，分析RS-232通信鏈路上的信號(hào)質(zhì)量。將示波表設(shè)置為在如前所述的數(shù)據(jù)字之前的信號(hào)間隔上產(chǎn)生觸發(fā)。利用光標(biāo)，可以方便的確定波特率：傳輸8位的數(shù)據(jù)花費(fèi)了203ms的時(shí)間，即25.4ms/b。所以波特率為39.4Kb/s

　　盡管有時(shí)候會(huì)覺得利用串行數(shù)據(jù)分析儀做這項(xiàng)工作會(huì)更加容易，但是像這樣的設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室之外的環(huán)境中一般很難找到。而示波表是現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)維修工程師的必不可少的工具