美国力科公司中国区市场经理 汪进进

 

视频链接:http://seminar.21ic.com/detail.asp?meeting_id=49

讲稿下载:  http://seminar.21ic.com/pdf/lecroy/lecroy_2010-06-18.pdf

 

Slide1 :

各位网友，大家好！我是美国力科公司的汪进进。很高兴和大家相聚21IC的“在线研讨会”的力科频道。今天是我们第二届精品工程系列网络视频讲座会的第二场。这个系列的主题侧重于示波器基础知识的讲解，力求讲深讲透。

 

Slide 2: Agenda

上一场中我的同事胡为东给大家讲解了数字示波器的基本原理及主要指标。今天我将和大家分享一下我对示波器触发功能的一些理解。我将从从胶片上显示的六个方面来讲解“触发”。

关于触发我曾经有两篇非常经典的博文。我们已将这些博文整理成集，感兴趣的朋友可根据记下图示的链接进行下载。

 

 

Slide 3:为什么要学习触发——关于触发的故事

      我刚工作时从事开关电源的研发，入职的三个月试用期内公司给每个新员工安排一个导师，导师为每个人做一个培训计划。事隔八年我还清楚地记得当时导师在培训计划中的第一条是“熟练使用示波器，特别要会用触发功能。” 由此可见触发是非常重要的。

 

       我刚加入力科的时候，在关于示波器的三天基础知识培训中有一整天的时间都是在练习触发功能。在我六年来销售示波器的过程中，帮工程师现场解决关于触发的测试问题的案例也最多。 “触发”似乎是初学者学习示波器的难点。

   

        我 认识一位硬件研发经理，他是2000年研究生毕业的，一直从事硬件开发工作。他在研发的一款网络产品，要求交流输入电压工作在170V-380V之间，每 当他将输入电压调节到175V时，网口就开始工作不正常，告警指示灯有时侯会告警。出现这种问题时，他首先怀疑到输入电压导致复位芯片复位。于是他查找复 位芯片的工作电压。复位芯片正常工作电压是3.3V，但在175V输入时，该电压会偶尔被拉低到3.1V。但这位研发经理不太会使用示波器的触发功能，他 总是靠示波器上的“Stop”键，然后展开波形查看看3.3V有没有出现瞬时跌落。他试了几天只找到一次，但下次又无法复现象出这个跌落瞬间的波形。这就 象 “天上飞过了一只鸟，但无法找到留下的痕迹”的诗意中描述的场景。

 

        后来这位研发经理找到我，我手提示波器去帮他几秒种就找到了“这只天上飞过的鸟”，每次鸟儿飞过我都能看到。我使用了触发设置中的下降沿触发，将触发电平设置得比3.3V略低一点，触发模式设置为“Normal”。后来这个客户毫无悬念地就买了我的示波器。

 

触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。   触发是发现问题之后定位问题的最重要手段。数字示波器的触发功能非常丰富，善于使用触发能轻松定位出您想寻找到的异常信号或感兴趣的信号。

 

很 多工程师习惯于“Auto Setup”之后看到屏幕上出现波形然后“Stop”，展开波形左右移动查看细节。在Auto Setup之后,示波器屏幕上看到的波形还是在屏幕上来回“晃动”，有些工程师这时候就比较茫然了。总是不停地Stop,然后展开查看有没有异常信 号。……

 

以上我分享的经历和故事都表明，我们要掌握好示波器，就必须学习好触发，玩转触发。

 

Slide 4: 触发电路的工作原理 

 

在 模拟示波器中，触发只是为了启动扫描。显示的波形记录的只是触发之后的时间过程。模拟示波器无法显示触发事件发生之前的波形。数字示波器中，触发则可以告 诉示波器什么时候停止捕获过程。通过触发设置，我们可以在触发发生的时刻停止捕获波形，也可以在触发事件发生之后的一定的采样时间内停止捕获。

 

理解触发电路的工作原理关键在于要理解示波器的存储器是一个环形存储器。我们可以将此环形存储器设 想为一个在不停旋转的车轮子，每个轮子的幅条一个连接一个。轮子在不停地旋转，每次ADC产生了新的采样数据会不断覆盖老的数据，周而复始。假设示波器没 有触发电路，示波器仍然可以工作，只是在屏幕上看到的波形总是在晃啊晃，您就可以想象为屏幕上的起点和终点是连接在一起的环带。但示波器有了触发电路，在 触发设置正确之后，触发的那个时刻就相当于将环带撕开了，左边表示触发前的信号，右边表示触发后的信号。在什么时刻撕开环带，这就取决于触发的设置。

 

 

Slide 5: 什么是触发

那么究竟什么是触发呢？ 按专业上的解释是，触发是按照需求设置一定的电压幅值、时间、波形变化率等方面的条件，当波形流中的某一个波形满足这一条件时，示波器即实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。

 

但 这个解释太专业了，专业得对于我们初学者可能有点不知所云。我的博客上曾有两篇关于触发的文章，点击率非常高。其中我对触发的本质有一个非常经典的比方。 我们可以用十个字来理解触发。前五个字是“在此刻停留”，相对于被测信号而言，满足触发条件的信号可能会在触发点的时刻停留。后五个字是“等待那一刻”， 相对于触发点而言，它在不断地侦测信号，就象一双“纯情的眼睛”在注视着她面前走过的每一个人（信号流），当她看到她的意中人，即触发条件满足的信号到来 时，她的眼睛“凝视”这个人，让意中人停留在她注视的位置。等待到了第一个意中人之后，她会继续寻找她的下一个意中人。每次找到了意中人，她都会让意中人 在她注视的位置（触发点）停留。看起来这双“纯美的眼睛”是很花心的眼睛，她在不停地等待，永不满足。 

 

Slide 6:触发的首要作用:隔离感兴趣的事件

 

因此，触发的本质或者说触发的首要作用是为了隔离感兴趣的事件。所谓隔离感兴趣的事件，就是在触发点处隔离的波形是满足触发条件的信号。是隔离事件而不是信号， 这是为了强调触发隔离的信号是相对于触发电平而言的。如右图所示，在触发点隔离的事件是小于47.5ns或大于52ns的脉宽信号。这个脉宽是如何计算的 呢？在示波器中并不是波形最上面的脉宽，也不是50%的时刻的脉宽，而是指触发电平穿越触发点处的脉宽波形的交叉点的时间间隔。如果触发电平超过或低于脉 宽高度，则触发电路无法隔离出47.5ns到52ns之间的脉宽信号，这种脉宽信号就不是一种触发电路能够识别的“事件”。 

 

Slide 7:触发的引申作用:同步波形

 

   触发引申的作用是为了稳定显示波形，或者说同步波形。 就是找到一种触发方式使波形不再“晃动”，也就是找出信号的规律性来同步信号。如右图所示的信号，每组数据包里有四个脉冲，这四个脉冲并不是等时间间隔 的，如果用上升沿触发，则波形不能同步，视觉上在“晃动”，但是每组数据包是等时间间隔到来的，如果以每组数据包的第一个脉冲的上升沿作为触发源，则能稳 定显示波形。因此可以用边沿延迟触发，在前一个上升沿到来之后，延迟一段时间再触发下一个上升沿，这样波形在屏幕上就不“晃动”了。

 

 

Slide 8: 触发设置的五个关键词

 

  在设置触发时我们要“眼观五路”，检查触发源，触发点，触发电平，触发模式和触发方式。任何一个项目设置错误都可能导致无法定位您想定位的异常信号。 右图中示意了力科示波器中这些设置结果显示的位置。其中触发模式还可以从示波器面板上的指示灯来查看。

 

 

Slide 9: 触发源

 

   触发源就是以某个通道的信号作为触发对象。触发源 可以是示波器的任意通道也可以是外部通道。下图所示选择的触发源为C2，即通道2。在同时测量四路信号时，选择哪种信号作为触发源有时侯有一些技巧，这和 您希望调试的问题有关。譬如您需要同时查看六路信号的上电时序，但示波器只有四个通道，这时候可以通过两次开机的单次触发来捕获，先捕获四路信号，并将这 四路信号保存为数据文件使得能来重新调回示波器，然后再来捕获三路信号，这两次捕获中以相同的上电复位信号作为触发源使得波形能够同步。

 

 

Slide 10: 触发点

 

触发点的含义就是“纯美的眼睛” 注视的点，就是示波器让满足条件的波形停留的时刻，也就是力科示波器屏幕中下面红色小三角对应的位置。如图所示，红色圈中的小红三角就是触发点。设置好触发条件后，触发点的位置对应的波形应都是满足触发条件的。或者说示波器让满足触发条件的波形隔离在这个触发点的位置。 在力科示波器的面板上可以简单地按一下面板上的Delay键使触发点自动回到屏幕中间位置。在测量电源的上电过程时，为了充分利用示波器的存储空间，通常尽量把触发点移动到屏幕的最左边。判断触发设置是否成功，不在于屏幕上的波形有没有闪啊晃啊，而仅仅在于触发点的看到波形和设置的触发条件是否吻合。

 

 

Slide 11: 触发电平

 

?    触发电平是指区分信号和事件的关键设置。如右图所示，触发电平为右边红色小三角的位置相对于零电平的幅值大小，也即两条白线之间的幅值，此例中该数值为图 中右下角红色方框标示的1.00V这个数值。设置任何触发条件都需要有一个具体的触发电平。触发电平定义了信号是否为满足触发条件的“事件”。 

?    触发电平可以在Trigger菜单中设置，也可以通过面板上的旋钮来调节。

?    触发方式的条件都是相对于触发电平而言的。譬如宽度触发，触发电路识别的宽度（时间间隔）并不是上升沿的50%到下一个下降沿的50%，而是触发电平穿越 相邻的上升沿和下降沿的交叉点之间的时间间隔。如右图所示，以蓝线从触发电平的位置穿越波形，和触发点的位置对应的脉宽相交的两个蓝点之间的时间间隔为触 发条件满足的宽度大小。在图例中是3ns-10ns之间， 这也就是说触发功能隔离了我们感兴趣的3ns-10ns之间的脉冲宽度。

 

 

Slide 12: 触发模式

 

        示波器有四种触发模式，Auto,Normal,Single,Stop。如下图所示为示波器面板上的触发部

分。

        Auto是指不管是否满足触发条件，都实时刷新波形。当波形不是规律信号时，示波器

        屏幕上的波形通常看起来是“晃动”的。

   Normal是指满足触发条件才触发，否则波形会静止不动，并且对于力科示波器在屏幕的右下角有红色的提示:“Waiting for Triggering”。 等待触发，“等待那一刻”。

Single指仅捕获第一次满足触发条件的波形，触发成功后就停止。

Stop指强制让波形静止不动。

   下图所示的面板上的绿色指示灯TRIG的闪烁快慢代表了触发速率的快慢。绿灯在亮着但不闪烁表示触发速率太快，闪烁太快，超过了肉眼识别速率。

 

 

Slide 13: 触发方式

触发方式定义了您希望查找的异常信号的特点，就是说“纯美的眼睛”希望找到什么样的“意中人” 。现代示波器的触发方式非常丰富，为调试信号提供了非常便捷的手段。

 

   理解了前面所述的关于触发的本质及相关设置之后，每种触发方式的含义就不难理解了。如图所示的力科示波器菜单中有关于每种触发方式含义的文字解释和图形说明，非常直观。下面我们快速地过一遍这些触发方式的含义。 

 

Slide 14: 边沿触发

   边沿触发是最常用最简单最有效的触发方式，绝大多数的应用都只是用边沿触发来触发波形。我个人比较习惯于在Auto模式下先用上升沿触发，然后查看和研究 波形的特点，再来用其它必要的触发方式触发。 边沿触发仅是甄测信号的边沿、极性和电平。当被测信号的电平变化方向与设定相同(上升沿或下降沿)，其值变 化到与触发电平相同时，示波器被触发，并捕捉波形。如图所示，在触发点停留的总是上升沿。上升沿在上升的过程中如果能达到触发电平的高度就被触发，否则在 Normal模式下示波器上的波形静止不动，示意波器的右下角提示“waiting for triggering”。 等待触发，等待那一刻。

 

Slide 15: 边沿延迟触发

由边沿触发引伸的是边沿延迟触发（holdoff），前面 在解释示波器触发的引申作用时有提到。右图是一个实际的测试案例，包络是一系列频率和幅值变化的正弦波信号，如果采用简单的上升沿触发，由于每个上升沿之 间的时间间隔不是相同的，波形将在屏幕“晃动”，但由于每组包络的第一个上升沿之间的时间间隔是固定的，触发每一组包络的第一个上升沿就能稳定波形。因 此，我们可以设置为边沿延迟触发，触发电平小于包络中第一个上升沿的高度，同时延迟的时间间隔设置(Holdoff Time)略大于图示中的红线的时间间隔。

 

Slide 16: 宽度/毛刺触发

 

根据信号宽度值/毛刺值触发，可选正向或负向宽度/毛刺，可用于捕捉信号中的罕见宽度/毛刺信号。图中触发设置含义是，当C2的脉冲在触发电平处的正脉宽在90ns和120ns之间时被隔离，触发点停留的位置是脉冲的下降沿。如果触发的是负脉宽，则触发点停留的位置是脉冲的上升沿。脉宽的范围定义可以是小于，大于，在范围内或范围外。毛刺触发和宽度触发类似，是宽度触发的一种简化方式。

 

Slide 17: 间隔触发

 

根据相邻的同极性的沿的时间来触发，正到正或负到 负。设定的条件也可以小于、大于、在范围内或范围外。图中触发设置含义是：当穿越触发电平的相邻正沿之间的时间间隔在1.5us到2.5us之间时被触 发。图中一定要将触发电平设置为超过欠幅的矮脉冲，否则条件永远不会满足。

 

Slide 18: 条件触发

条件触发是两个通道之间的关联触发。当第二个波形设定条件满足一次后,在第一个波形边沿处触发。图中触发设置含义是：在C2的上升沿达到触发电平200mV时，可能会触发C2的上升沿但前提是在这之前C3的电平曾经超过了500mV。

 

Slide 19: 状态触发

状态触发和条件触发类似。示波器按设定条件触发第一个波形，但前提是第二个波形满足了设定条件并在第一个波形的条件满足的时刻仍保持设定条件的状态。图中触发设置含义是：在C2的上升沿达到触发电平500mV时，触发C3的上升沿但前提是在这之前C2的电平超过了500mV并一直保持超过500mV的状态,而且要等到C3的上升沿有3次达到触发电平之后才触发。

 

Slide 20: CasCade触发

   条件触发和状态触发都是两级硬件触发，是两个通道之间的关联。力科在第四代示波器中设计了CasCade触发，是一种创新的四级硬件触发方式。每级触发都支持边沿，码型，宽度，间隔，窗口，漏失，斜率，欠幅等触发方式，组合起来的触发方式超过2500种。

 

Slide 21: 逻辑触发

   逻辑触发表示各通道信号分别同时满足所设定逻辑电平条件及所选择的逻辑关系后触发。可选逻辑条件:与 (And)，非与 (Nand)，或 (Or)，非或 (Nor)。图中触发设置含义是：C1的电平低于775mV,C2的电平高于500mV,C3的电平低于500mV，C4的电平高于350mV，它们同时 满足这个条件。

 

Slide 22: 漏失触发

 

当信号最后的边沿消失了,在消失一定的时间后触发。图中触发设置含义是：在C2的最后一个上升沿消失之后等待750ns被触发。

 

Slide 23: 欠幅触发

   当脉冲序列的宽度不确定，大多数脉冲信号的幅值相同，但有小概率的欠幅信号时所需要采取的一种触发方式。当脉冲穿越了第一个门限电平，但在一定的时间范围内不能穿越另外一个门限电平时被触发。

 

Slide 24: 斜率触发

   当信号的斜率满足一定的条件时被触发。这个触发方式有时侯能用来隔离DDR的读写信号。

 

Slide 25: TV触发

   专门为电视信号而设计的一种触发方式，在该模式下触发电平控制不起作用。示波器使用视频信号中同步脉冲作为触发信号。

 

Slide 26:协议触发

    根据特定的通信协议码型而设定的触发方式。比如I2C触发、SPI触发、CANbus触发,FlexRay bus触发,UART-RS232触发,Audiobus触发, MIL-STD-1553等。

Slide 27: 串行数据触发

串行数据触发就是对设定的一组串行数据码型进行触发。第四代示波器可以支持的串行数据比特位达到80位。如右图所示触发到的码型为“10100101”。该触发方式可用来测量两对差分信号之间的延迟Skew。

 

Slide 28: TriggerScan

     TriggerScan是一种最快的定位异常信号的方法，是力科第四代示波器的又一种创新方法。通过“触发训练器”对采集到的正常的波形进行学习产生一系列的触发组合，示波器按这些触发组合轮流触发。触发芯片处于“常开”状态，这意味着对于高频信号的死区时间最小。

 

 

Slide 29: WaveScan

WaveScan是一种“软触发”，它能实时地对采集到的信号进行测量分析，然后从其中搜索到您希望得到的信号。被称为示波器中的”Google”。   在我们七月第三周的星期三，7月21日，我的同事李海龙将详细讲解TriggerScan和WaveScan。三三之约，欢迎大家锁定每个月第三周的星期三的力科频道。

 

 

Slide 30:

感谢大家的参加！ 我和我的同事们在回答您在网上的提问。如果后面您有任何其它问题，欢迎随时和我联系。 Frankie.wang@LeCrooy.com