2020年01月07日 | 示波器触发电路的体系结构和高级触发功能的介绍

在使用示波器时，必须了解需要使用哪种触发来捕获特定事件。本文将首先探讨示波器触发电路的典型体系结构，然后介绍基本触发模式，最后讨论现有的一些高级触发功能。

典型的示波器触发体系结构

图 1 为典型的示波器方框图。了解信号通过示波器的过程对于理解硬件触发为什么存在某些特定的限制条件非常有用。探头将输入信号传送到示波器，其中，衰减器和前置放大器根据不同的电压/格设置对输入电平进行补偿。然后，信号一分为二，一半进入 A/D 转换器，另一半进入触发电路。A/D 转换器对信号进行数字化处理，然后将其传送至存储控制器，另一半信号先经过触发电路，再经过时基，最后也到达存储控制器，于是两部分信号重新在存储控制器汇合。切记，经过 A/D 转换器的数据流是数字信号，而经过触发电路那部分的信号是模拟信号,这就是实时示波器的数字触发存在诸多限制的原因。最后，信号到达存储器，由 CPU 进行处理。

图1：基本的示波器体系结构。绿色方框内为模拟部分，紫色方框内为数字部分。

基本触发模式

最基本且使用最广泛的触发模式是标准边沿触发。该触发使您能够在上升沿、下降沿或两 个边沿进行触发。虽然边沿触发的使用和设置都较为简单，但它极易受到噪声的影响，尤 其是在处理等于或大于 10 Gbit 信号（电压电平比标准 TTL 信号小的多）的情况下，这 种影响尤为显著。该触发还极易受到振荡的影响，从而造成假触发。

边沿触发的一个变体被称为边沿过渡触发。这种模式可在一个特定的边沿（上升沿、下降 沿、或两个边沿）进行触发，它可能需要耗费比规定时间更短或更长的时间，以便从指定 的低电压阈值转换到高电压阈值。这对查找非常缓慢的边沿或者非常快速的边沿非常有 用，脉冲序列中非常缓慢的边沿会对脉冲定时造成影响，而非常快速的边沿会造成过冲或 其他假象波形。它与基本边沿触发具有相同的限制条件。

另一种边沿触发是边沿到边沿触发（也称为延迟触发）。示波器在第一个边沿事件时做好 准备并延迟规定的时间，然后在下一个边沿事件发生时进行触发。这种模式最适用于使用 通道 1 至通道 2 类型定时（假设两个通道拥有独立的电压控制）的情况。 毛刺信号触发的功能非常强大，它支持您检测（正尝试测试的）额定数据速率中的额定变 化。它使用一个时间限定符，来指定脉冲宽度的时间必须小于开始触发的时间。在这种触 发模式下，您需要理解两种技术指标：用户可选择的毛刺信号定时和硬件毛刺信号定时。

用户可选择的毛刺信号定时是一个可确保的毛刺信号条件，也是您在触发图形用户界面 （GUI）中允许设置的最小时间。不过，硬件通常能够发现比这个时间更短的毛刺信号。 例如，Agilent 90000A 系列示波器具有一个用户可选择的低于 250 ps 的定时，但其硬 件能够检测低至 100 ps 的毛刺信号。

超时触发使您能够设置一个电压电平，当信号持续高于或低于这个电压电平达到指定时间 长度时进行触发。您可以设置示波器在波形长时间处于过高、过低或不变状态时进行触 发。这种触发模式可用于对电气空闲、包收发间隔和 USB 双向总线等进行触发。

码型/状态触发使您能够使用四个通道输入来定义 1s、0s 或 Xs（不理睬）的逻辑码型以 便进行触发。它使您能够对相邻的通道事件进行触发，并确定该信号的逻辑定义。例如， 对于全数据流 USB 双向总线来说，如果您使用边沿触发，那么您将无法分辨它是上行信 号还是下行信号。但是，使用码型/状态触发，您便可以做到这点。这就是为什么它既能 用来描述 USB 总线流量，也能对依赖于多通道的事件进行触发的原因。

建立和保持触发模式是并行互连的测试要求，但是其他接口根据其自身的技术指标也具有 建立和保持触发的要求。通常，这些接口包括 PCI-Express 总线和其他一些并行接口。

例如，您可以在一个通道上使用时钟信号，在另一通道上使用数据信号，因此，需要建立 时间和保持时间，以确保数据被时钟边沿锁住之前，您能够在数据线上设置一个有效的逻 辑条件。然后，您便可以设置这个触发，以便对违反技术指标的条件进行触发。

窗口触发可使您在示波器上定义一个窗口，窗口边界由低电压阈值和高电压阈值以及“最 长”时间或“最短”时间进行定义。之后，当波形进入这个窗口、在这个窗口出现或者在 这个窗口的内部和外部停留的时间太长或太短时，您都可使示波器进行触发。这种触发能 够滤除总线上的任何噪声，从而使您能够查看长期的瞬态效应。下面的图 2 显示了一个 波形实例，该波形将在出现高频噪声成分时进行杂散触发，而不能捕获需要的较长电压 “下降”。

图2：捕获供电电平下降效应的窗口触发实例。注意之后出现的杂散数字噪声。

最后是视频触发，它具有可供您选择的特定标准。一旦您选择了视频/电视标准，示波器 便可根据您正在查看的技术指标来设置预定义的测试和触发功能。视频标准的实例包括525、625、480p、576p、720p、1080i 和 1080p。如果您正在遵循专有标准，那么您还可 以定制视频设置。

高级触发

通常，基本触发模式并不足以应对设计验证或设计调试等需求。使用基本触发模式处理这 些事件以及用于其他更高级的目的时，通常，您必须使用那些会耗费大量时间的试验和误 差方法。试验和误差方法是必要的，其原因在于基本触发模式会严重受到噪声和复杂/异 步信号的限制。高级触发可以消除这些问题并极大地减少调试或验证设计的时间。 一种典型的高级触发是使用软件触发，以便进一步限定硬件触发。Agilent Infiniium 90000A 系列示波器的软件触发被称为 InfiniiScan。这种触发通过使用搜索算法，可详 细检查波形记录并找出特定事件，以便于您轻松地限定复杂的波形，从而进行深入分析。

例如，您可以先设置硬件触发来进行边沿触发，然后再设置 InfiniiScan 触发对非单调 边沿进行触发。因此，示波器将首先查找符合边沿触发条件的边沿，然后使用软件搜索这 些边沿，再确认这些边沿是否含有非单调边沿。

图3：Agilent Infiniium DSO/DSA 90000A 系列示波器具有高级触发功能，可提供 InfiniiScan 触发和多级触发。

您还可以使用软件触发，在示波器的显示屏上设置区域。当这些区域发生交叉或不发生交 叉时，通过任一区域进行触发之后，这些区域均可用于进一步限定您的触发。

另一种高级触发是多级触发。Agilent 90000A 系列示波器使用序列（A -> B）触发，该 触发使您能够指定两个单独的触发事件和延迟时间（事件 A 之后，查找事件 B 之前应等 待的触发时间）以及复位时间（示波器在重启查找事件 A 之前，事件 A 和事件 B 之间 的时间）。

此外，您还可以使用 InfiniiScan 触发和序列触发为您提供业内唯一的 3 级触发系统。这个触发系统的功能极其强大，几乎可以对您能想到的任何事件进行触发。序 列触发为您提供创造性地捕获复杂信号或罕见信号的机会。

图4：显示序列触发和 InfiniiScan 触发的图形用户界面。

图5：显示图 4 中特定触发事件相应的屏幕快照。

总结

在大多数情况下，基本触发模式已足以满足您查找特定事件的需求。但是，如果存在大量 噪声或者您正在搜索复杂事件或异步事件，那么您就需要使用更高级的触发方法来替代试 验或误差方法。理解这些基本触发模式非常必要，因为它们是高级触发方法的基础。只要 牢牢掌握基本触发和高级多级触发，您便可以捕获到自己想要捕获的任何事件。