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搞清楚这一点,轻松抓到你想看的波形

【导读】“触发”绝对称得上数字示波器灵魂级的概念,如果没有合适的触发条件,波形观测也无从谈起。虽然很多工程师熟悉触发功能,但大部分只知其表不知其里。如何深入理解触发呢?这篇ZDS示波器研发笔记分享给大家。


示波器在使用时首先要得到稳定触发的波形,这样才能保证后续的测量、解码等高级功能的可靠性。现在数字示波器的触发功能越来越强大,从常规触发,到协议触发,再到模板触发,越来越强大。但在基本的触发设置中,有些小细节的作用不可忽视,灵活掌握后,对使用示波器亦大有裨益。下文就对触发功能、设置中的触发滤波、触发灵敏度、释抑时间进行分析交流。


示波器触发的原理


示波器的触发系统与采样系统,是示波器的重要组成部分。采样系统负责将模拟信号数字化,但信号是源源不断过来的,该取哪部分显示在示波器的界面上呢?


如果示波器没有触发系统,采用每隔一段时间或随机某个时间将采样的波形进行叠加,由于采样位置的不确定性和无规律,就会出现图1中非常混乱的波形显示,在屏幕上看起来就像来回滚动的波形。

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图1 没有触发系统的波形采样


这个混乱的现象,和示波器上触发不稳定的现象一致。如下动态图所示。


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这就要靠触发系统来实现。触发的原理是一直监控信号流,若发现信号满足设定的触发条件,触发器记录满足条件的信号,启动采样;待数据采集完毕后,由控制器对信号进行处理和显示。具体如图2所示。

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图2 触发过程


示波器的触发条件的一个很关键的因素是触发电平,触发电平大多数情况下是用一根直流电平作为基准,当信号的电压超过该直流电平的时刻作为采样波形的起始点。由于起始采样的位置是有规律的,因此多次采样的波形进行叠加后看上去还是一个稳定的波形。如图3所示:

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图3 稳定触发的波形采样


示波器的触发功能,一方面可以使波形稳定,波形不再左右摇晃;一方面可以缩短用户调试的时间,只有满足触发条件的信号才会被捕获、显示。


动态调节示波器的触发电平,可以观察波形稳定触发的位置的动态变化,如下动态图所示。

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触发滤波


在常用的设置中,一般设定了触发类型、触发电压,波形就能稳定显示了。但对于噪声比较大的信号,会出现触发不稳定、上下边沿都能触发的情况。这是因为信号毛刺的存在,干扰了触发系统对触发条件的判断,造成误触发。这时候可以在【触发设置】中,选择【触发耦合】操作。常有的耦合有如下:


● 直流耦合:就是不作处理,允许直流交流信号进入触发路径;

● 交流耦合:是高通滤波,截止频率约7Hz;

● 低频抑制:是高通滤波,截止频率约为50KHz;

● 高频抑制:是低通滤波,截止频率约为50KHz。


具体如图4所示:

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图4 各种滤波器性能


触发耦合其实就是一种对触发信号的低通或高通滤波。因此可对噪声大的信号加入“高频抑制”耦合,过滤掉其中高频部分,使得波形触发稳定如图5所示。

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图5 CH1不开启高频抑制触发不稳,CH2开启高频抑制


触发释抑的作用


在触发设置中,触发释抑的功能一般会被人忽略。按照定义,释抑是定义两次触发之间的最少时间间隔。


当示波器触发一次后,会进入触发释抑时间计数,在此时间内触发功能会被抑制,即使信号满足触发条件,系统也不会标记为触发点。释抑的设置对偶发性多边沿的信号捕获极为好用,使得原来图像不稳定的波形马上清晰。若触发释抑时间设得不对,示波器将会把不同边沿的信号作为触发点重叠在一起,造成波形显示异常,如图6所示。释抑时间的设置具体如图7所示。

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图6 释抑时间设置不当造成波形显示异常


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图7 释抑时间应该在Tmax与Tmin之间


触发灵敏度的作用


触发电平只是一根参考电压,而实际的波形在边沿处是存在抖动的,如图8所示,图中波形的干扰非常小,但是上升沿还是存在锯齿状,当噪声很大时抖动会更剧烈。如果想稳定触发波形的上升沿,则需要在触发电平的上下范围内使用迟滞比较,以过滤触发电平附近的波形抖动和毛刺。这个迟滞范围就是触发灵敏度。


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图8 触发边沿的抖动和毛刺


触发信号识别的敏感度如图9所示,当在测量小信号时,需要较高的触发灵敏度才能使信号稳定触发,这是可将触发灵敏度的值调小或为0即可;在波形噪声较大时,需要适当的调节大触发灵敏度,可以有效滤除有可能叠加在触发信号上的噪声,从而防止误触发,如图10所示。

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图9 迟滞比较器

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图10 灵敏度高低对信号触发的影响


在使用2000/3000/4000/5000系列示波器测量幅值较小的信号,由于示波器默认为0.3div,示波器在2mv/div~5mv/div档位下,触发灵敏度默认为1.0div,因为小信号下干扰较大,可以起到抗干扰的作用,而在10mv/div~10v/div档位下,默认的触发灵敏度为0.3div,所以在测量小信号使用小时基档位时需要手动调节,将触发灵敏度的值调低为0~0.3div之间。


总结


触发是目的性很强的操作,也就是说需知道信号异常,才会去设定相应的触发条件。那如何能快速发现异常,这应该是设置合理触发的前提。


ZDS5000系列示波器基于512Mpts存储深度,支持24种测量参数同屏显示,结合模板触发、异常搜索、标注及双ZOOM等分析插件能够快速定位到我们感兴趣的波形,可以轻松地在绵绵不断的数据流中查找出矮脉冲、毛刺、波形畸变等异常情况。而且ZDS5000除了13常规类型的触发,还支持30种协议触发与解码,使得调试不再停留在“数脉冲”的阶段,极大地提高工作的效率。


来源:ZLG致远仪器



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