示波器触发器是如何工作的?

电器工程 示波器
2022-01-11 16:52:42

我正在尝试更多地了解数字示波器,尤其是触发。以下是我认为触发器的工作原理:假设我将触发器设置为边沿模式,并将电平设置为 5V。当测量的信号达到 5V 时,示波器的 ADC 激活并开始对信号进行采样。收集了一些数据点,并将这些数据点绘制在屏幕上。然后有一个小的“死区时间”,之后示波器再次等待触发条件得到满足,并再次收集相同数量的数据点。这些现在应该与之前的一组样本对齐,因此示波器输出在屏幕上看起来很稳定。

在此处输入图像描述

时间轴是我不完全理解的东西。我相信,突出显示的虚线相交的网格的原点是触发点。在那个点(在“t = 0”),电压应该等于触发电平电压。到目前为止我是正确的吗?问题是,我的示波器并非总是如此。有时原点电压不等于触发电平,信号甚至向任一方向缓慢漂移。即使设置了触发器,是什么导致信号漂移?

我有另一个困惑:我已经看到原点的右侧称为“触发后”数据,左侧是“触发前”数据。如果数据收集从触发器开始,那么触发器之前的数据如何?触发点不应该在屏幕的最左边吗?

4个回答

当测量的信号达到 5V 时,示波器的 ADC 激活并开始对信号进行采样。收集了一些数据点,并将这些数据点绘制在屏幕上。

示波器的 ADC 持续运行并收集数据。触发器控制显示的内容。

然后有一个小的“死区时间”,之后示波器再次等待触发条件得到满足,并再次收集相同数量的数据点。这些现在应该与之前的一组样本对齐,因此示波器输出在屏幕上看起来很稳定。

仅当您的信号是完全周期性的并且您明确地仅显示触发数据时才会出现这种情况(许多示波器具有“自动”触发功能,即使未触发示波器也会显示数据)。正如 Hearth 在对我的回答的评论中提到的那样,您描述的“死区时间”称为释抑时间,正确设置它在触发某些波形时至关重要。例如,具有两个快速脉冲和长延迟的周期性信号将需要足够长的延迟以忽略第二个脉冲(因此示波器不会在第二个脉冲上重新触发)。

时间轴是我不完全理解的东西。我相信,突出显示的虚线相交的网格的原点是触发点。在那个点(在“t = 0”),电压应该等于触发电平电压。到目前为止我是正确的吗?

是的。

问题是,我的示波器并非总是如此。有时原点电压不等于触发电平,信号甚至向任一方向缓慢漂移。即使设置了触发器,是什么导致信号漂移?

x 轴在大多数示波器上都是可移动的。如果您仔细查看屏幕截图,屏幕顶部有一个指向下方的白色箭头。那是您的水平(\$t = 0\$)参考。您还会注意到一个向左向右的黄色箭头,它显示了当前设置的触发电平。

我有另一个困惑:我已经看到原点的右侧称为“触发后”数据,左侧是“触发前”数据。如果数据收集从触发器开始,那么触发器之前的数据如何?触发点不应该在屏幕的最左边吗?

示波器连续捕获数据,但仅在捕获的数据满足触发条件时才显示数据。根据您的水平位置,显示的触发后或触发前数据量会有所不同。

虽然基本的 USB 示波器使用连续软件\数字触发,但这不是台式示波器的工作方式。高速下的模拟带宽太多,无法使用 ADC 监控所有信息。特别是因为现代示波器具有先进的触发选项。

现代示波器有比较器,将输入的电压与预设水平进行比较,然后触发。在高速下,ADC 可以跟上数据,但处理它成为一个问题,因此当触发时,示波器仅显示触发点周围的 ADC 数据。

在此处输入图像描述 资料来源:是德科技

有时原点电压不等于触发电平,信号甚至向任一方向缓慢漂移。即使设置了触发器,是什么导致信号漂移?

小箭头确定示波器触发电平的触发位置。

在此处输入图像描述

我有另一个困惑:我已经看到原点的右侧称为“触发后”数据,左侧是“触发前”数据。如果数据收集从触发器开始,那么触发器之前的数据如何?触发点不应该在屏幕的最左边吗?

如果您使用水平位置按钮,您可以将触发点向左移动并在右侧获取更多数据。因为大多数人对触发之前发生的事情感兴趣,所以示波器也显示了这一点。

即使设置了触发器,是什么导致信号漂移?

可怕的漂移可能有很多原因......

  • 您正在查看通道 1,但触发器正在查看通道 2 输入,或者某些示波器具有外部触发输入插孔。不要只是假设触发器总是在查看您正在查看的同一波。
  • 许多'示波器有一个类似这样的触发菜单: Auto、Normal、Single如果示波器在NormalSingle中没有触发,您会看到空白显示。
    但是在Auto中,'范围通常会等待很短的时间,寻找触发器。如果它没有看到可以触发的输入,它将显示此时其数据缓冲区中的任何内容......你会得到一个漂移的显示。原因可能是您的触发电平控制设置得太高(高于波形顶部)或太低(低于波形底部)。
  • 触发电路通常需要合理的信号电平。如果屏幕上的波形太小,可能无法生成触发。
  • 例如,触发菜单可能包括需要视频信号的奇异模式。在视频信号上效果很好,在其他波形上效果不佳。
  • 其他触发选项可能提供噪声过滤、高频抑制、低频抑制。这些可能会干扰在您的显示器上看起来很干净的波形上的触发过程。
  • 在您的照片上,触发点出现在时间刻度中间屏幕上(最常放置的位置)。那是微小的向下箭头。但是你有时会发现触发点在屏幕外。你的'范围说是的,我正在触发(你照片中的绿色Trig'd 图标),但显示的波正在漂移或抖动。如果您使用水平位置控制将扳机带回原位,您可能会发现漂移或抖动消失。

通过练习,您可以学会找到适当的控件来恢复显示的健全性,而无需求助于Autoset查看复杂波形的某些部分可能需要在许多菜单上进行适当的设置……自动设置会将它们全部擦除,有时会做出糟糕的选择。

出于普遍的兴趣,让我们回过头来谈谈模拟示波器触发的工作原理。

老式示波器是矢量设备换句话说,屏幕上的点是由两个电压操纵的。一个垂直移动它,一个水平移动它。他们通过电子束的静电偏转来做到这一点。实际上,偏转板上的电压直接对应于示波器显示屏上“点”的位置。

由于显示器直接将电压转换为点位置,因此很容易为迹线的垂直(例如幅度)值完成此操作。您只需根据需要缓冲和放大输入信号,并将其应用于垂直偏转板。

水平扫描由电容器上累积的电压内部控制(然后以与垂直板相同的方式放大以驱动板)。扫描是由一个给该电容器充电的电流源完成的。当您更改水平时基时,您正在更改充电电流或切换电容器值。

触发器通过基本上将电容器短路来工作,因此光束(形成点)被夹在 X 中的单个位置。当触发事件发生时,它会翻转示波器中的锁存器,电容器积分器开始累积,这在屏幕上产生线性扫描。

一旦电容器电荷达到一定电压,扫描被视为“完成”,电容器中的电荷通过电子开关倾倒,然后系统准备好进行另一个触发事件。

这是相关的,因为围绕示波器触发的许多语言都源自模拟示波器。“死区时间”是因为对于模拟示波器,水平扫描电容放电需要一段非零的时间。完全有可能生产没有任何死区时间的数字示波器。


切线:

使用模拟示波器在触发事件之前获取数据要困难得多。这样做的唯一方法是使用一种叫做延迟线的东西。

                                      _____________________
                                     |                     |
Signal > -----+-->| Delay Line |>--->| Analog In           |
              |                      |                     |
              |                      |    Oscilloscope     |
              |                      |                     |
              +--------------------->| Trigger In          |
                                     |_____________________|

您要做的是使用延迟线来延迟输入信号,并为实际触发使用单独的触发输入。通过这样做,您可以有效地将跟踪的开始时间移动到延迟线延迟的任何时间(通常最多几百纳秒)。

这种技术的缺点是您需要一个专门的小部件(延迟线)。它们通常是固定延迟,可能会根据其带宽和特性影响您的信号。