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大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

1、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-触发的作用

     触发是示波器非常重要的特征之一,因为示波器具有强大的触发功能,所以能够用于异常信号捕获和电路故障调试。示波器的触发有两个重要作用:

      1)捕获感兴趣的信号波形;

      2)确定时间参考零点,稳定显示波形。

2、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-触发器简单工作原理

     简单的边沿触发器的工作原理如下图所示。首先预设一个触发电平,触发信号与触发电平比较,当触发信号穿越触发电平后,电压比较器立即产生一个快沿触发脉冲,去驱动下一级硬件,这样即可进行边沿触发。

     触发信号的来源可以是信号自身,亦可以是一个同步的触发信号(或外触发信号)。示波器的捕获板内部有开关,可以把任何一个示波器通道或外触发输入通道切换到触发器。这是示波器非常灵活的一面,需要了解。

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

3、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-触发释抑(Hold Off)

    示波器的触发释抑Hold Off对于稳定显示Burst类型的波形是非常重要的。如下图所示,如果没有Hold Off,示波器第一次触发在Burst波形的第一个脉冲,第二次有可能触发在Burst波形的第三个脉冲,这样屏幕看到的就不是稳定的Burst波形串,而左右晃动的波形。示波器采用Hold Off解决这个问题,当示波器第一次触发后,必须在经过Hold Off时间后,才能够进行第二次触发,这样,如果设置Hold Off时间大于Burst波形串的时间,则第二次也会触发到第二个Burst波形的第一个脉冲,这样整个Burst波形串即可稳定的显示在示波器的屏幕上。

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

4、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-边沿(Edge)触发

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   边沿触发是示波器最常用的触发类型,也是示波器默认的触发类型。边沿触发分为上升边沿触发(默认类型),下降边沿触发,或者双边沿触发。双边沿触发功能可以让我们简单看看数据信号的眼图(并不准确,尤其边沿抖动部分)。


5、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-边沿再边沿(Edge Then Edge)触发

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   边沿再边沿触发功能是较少使用的触发功能,先检测一个边沿,等一定的时间或一定数量的事件,再触发另一个边沿。基于事件的是指经过多少个边沿(边沿数量可以设置)再触发;基于时间的是指经过多长时间(时间长度可以设置)再触发。


6、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-边沿转换时间(Edge Transition)触发

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     边沿转换时间触发指的是触发上升边沿的上升时间或下降边沿的下降时间违规。设定一个边沿时间(上升时间或下降时间),可以选择大于这个时间触发或小于这个时间触发。


7、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-毛刺(Glitch)触发

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     毛刺触发是示波器常用的一种触发功能。毛刺分为正向毛刺或负向毛刺,毛刺触发需要设置2个条件,毛刺宽度和毛刺高度,小于设定的宽度和大于设定的高度,即认为是毛刺。


8、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-码型和状态(Pattern/State)触发

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   码型和状态触发也是常用的一种触发功能。码型触发指的是多个通道组成的码型,每个通道按照预设的门限可以判断信号是0或1,多个通道的0或1即可组成码型,示波器即触发预设的码型。具体触发时,有多个触发功能可选:

   a、发现此码型触发

   b、发现非此码型触发

   c、码型出现一定时间触发(触发点可选为码型结束时或预设时间结束时)

   d、码型长度少于预设时间(预设码型最长时间,示波器触发少于预设时间的码型)

   e、码型长度在预设时间范围内触发(预设码型最短时间长度或最长时间长度,示波器触发在此范围内的码型)

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   状态触发指的是在码型的基础上,增加一个时钟通道来进行码型判断,可以用时钟的上升沿判断码型,也可以用时钟的下降沿判断码型,或上升和下降都可判断码型。状态触发是非常有用的触发功能,尤其在混合示波器上(混合示波器一般有16个逻辑通道和4个模拟通道)。比如:触发DDR的读或写状态,一个通道接时钟(以时钟的上升沿判断码型),其他通道接命令信号(如:CS, WE, CAS等),查表知道读和写对应的码型,即可稳定触发读或写波形。下图是使用混合信号示波器捕获“读”信号眼图的例子,逻辑通道组成状态触发,模拟通道捕获“读”眼图。

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

9、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-脉冲宽度(Pulse Width)触发

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

   脉冲宽度触发类似于毛刺触发,也需要设置脉冲宽度,和脉冲电平,也分为正脉冲和负脉冲,只是多了一项:可以进行宽于设定值触发或窄于设定值触发。


10、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-矮电平(Runt)触发

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  矮电平触发如上图所示,是很好理解的,在正常的脉冲串中触发矮脉冲或欠幅脉冲。需要设置高低门限,以确定什么是矮脉冲(介于2个门限中间的脉冲即为矮脉冲)。有两种类型可选:正矮脉冲,负矮脉冲。


11、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-建立时间和保持时间(Setup and Hold)触发

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

   建立时间和保持时间触发帮助捕获电路中的建立时间、保持时间,或建立保持时间违规的信号波形。

使用建立时间和保持时间触发,需要一个时钟波形(被用作参考),需要一个数据波形作为触发源。

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

   a、建立时间触发:需要定义一个长方形区域作为违规区域(如上图左图所示),违规区域的右边是时钟边沿,左边是预设的建立时间,同时需要设置高低门限。当数据信号波形进入这个区域时,即可判断数据波形违规,示波器就触发这个信号。

   b、保持时间触发:需要定义一个长方形区域作为违规区域(如上图右图所示),违规区域的左边是时钟边沿,右边是预设的保持时间,同时需要设置高低门限。当数据信号波形进入这个区域时,即可判断数据波形违规,示波器就触发这个信号。

   c、建立时间和保持时间触发:同时定义建立时间违规区域和保持时间违规区域,当数据信号进入任何一个区域时,即可判断数据波形违规,示波器就触发这个信号。


12、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-超时(Timeout)触发

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    超时触发与脉冲宽度触发有类似之处,当相比于设定的电压值,波形保持高电压一定的时间,示波器则触发(High Too Long);如果是低电压超时,则波形保持低电压低于设定的电压值一定的时间,示波器则触发(Low Too Long);或者是波形保持相当长时间而不穿越设定的电压值,示波器则触发(Unchanged Too Long)。所以超时触发用于捕获保持长时间电压不改变或小改变的波形。


13、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-窗口(Window)触发

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   窗口触发允许使用者定义一个电压范围,当波形超出这个电压范围,或者进入这个电压范围,或者保持在这个电压范围外超过或不足一段时间,或者保持在这个电压范围内超过或不足一段时间,示波器则触发。所以这个触发用于捕获电压发生某些特殊变化的波形。


14、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-视频(Video/TV)触发

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   有大量的视频触发模式可选,使得你可以触发预定义的视频标准或非标准的视频波形。可选的视频模式包括:525(NTSC),625(PAL),480p和576p(EDTV),720p,1080i,和1080p(HDTV),和用户自定义。(其中525,625,480p,576p,720p,1080i和1080p都是世界上常用的视频标准。)


15、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-条件限定(And Qualifier)触发

   条件限定触发是一个很好的触发功能,但是很少看到有用户在使用。条件限定触发指的是单个或多个通道能够与任何其他触发模式形成“与”的逻辑关系,当满足单个或多个通道的限定条件,同时满足触发条件,示波器才能够进行触发。

举一个条件限定触发的例子:触发PCI总线的读或写信号。


16、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-串行和协议触发(Serial)触发

   前面所述的触发条件大都是单个波形的触发,能否进行串行信号协议触发(触发连续的一串数据或协议)呢?现在各种示波器也有了这个功能,但是很多都是用软件来实现的,也有用硬件FPGA来实现的(比如Infiniim 9000A和InfiniiVision 7000B系列示波器,内置FPGA,实现数据加速处理和串行协议触发)。软件实现的问题是可能会丢掉很多满足触发条件的数据,因为用软件实现是先捕获波形,再从波形里搜索串行协议触发条件,而示波器是没有办法全时间实时捕获波形的,所以可能或丢失很多触发条件。如果要软触发发挥作用,可以增大示波器的存储深度,在存储深度内,搜索触发条件可以做到捕获的时间内不丢失触发条件。

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17、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-InfiniiScan触发

   InfiniiScan触发是一种特殊的触发功能,是使用软件来实现的,但是却做到了所有的硬件所没办法实现的触发功能,对于触发象DDR总线读写信号这样的复杂信号具有非常大的帮助。

InfiniiScan包括5种触发功能:

   1、测量触发:任何测量参数(如建立保持时间参数),设置你想触发的参数范围(如建立时间范围),InfiniiScan一旦检测到设置范围违规的波形,即进行触发和显示。

   2、串行触发:InfiniiScan也可以实现串行触发,可以触发高达80bits的串行码型(而用硬件一般受限到40bits);可以触发高达20Gbps的信号速率(而用硬件一般受限到6.25Gbps);支持灵活的时钟恢复方式,可以选用串行数据分析软件上的各种时钟恢复方式(如: 1级PLL,2级PLL等)。

   3、边沿非单调性触发:对于非单调的上升或下降边沿进行触发。

   4、矮电平触发:硬件已经支持矮电平触发了,这个功能没有什么意义了。

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

5、区域限定触发:这是InfiniiScan最有特色的触发功能,也是InfiniiScan的亮点所在。InfiniiScan支持在示波器的屏幕上任意用鼠标画8个窗口进行触发,而且8个窗口可以是“与”或“或”的关系,每个窗口都可以选择波形必须相交或不能相交进行触发,这样,InfiniiScan可以触发几乎任何复杂的信号。

大功率直流电源工程师需了解的基础知识-示波器触发技术

   下面介绍一个典型的例子:InfiniiScan帮助做DDR 1&2&3总线读写信号分离。

DDR 1&2&3总线的DQS(源同步时钟)和DQ(源同步数据)信号负责双向传输“读”和“写”数据。DQS和DQ都是三态信号,当“写”操作时,DQS的上升和下降边沿处于DQ的中间位置;当“读”操作时,DQS的上升和下降边沿处于DQ边沿的位置。所以导致,累积显示波形时,屏幕上是杂乱的一团,没法进行各种参数的测量。但是因为DQS的“写”操作波形和“读”操作波形是不同的,这样可以采用画图的方式进行触发。首先画一个不准交叉的图形,以隔离“三态”波形,然后画必须交叉图形,以触发“读”或“写”波形。当DQS只触发“读”或“写”波形时,因为示波器通道时同步的,所以捕获的DQ波形也是“读”或“写”波形。从而可以单独获得“读”或“写”的眼图,然后再进行“读”或“写”波形的参数测量。

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18、大功率直流电源工程师需了解的基础知识-多级触发

   现代的高端示波器也支持多级触发,硬件可以支持到二级,加上InfiniiScan触发,可以支持到三级。多级触发的含义是设置一个触发条件(这个触发条件可以是:边沿、毛刺、矮电平、窗口、视频等),等待这个触发条件满足后,再触发另一个设置的条件(这个触发条件也可以是:边沿、毛刺、矮电平、窗口、视频等),然后捕获波形。类似于“边沿再边沿触发”,只是可选择的触发条件更多。

   多级触发对我们捕获特别异常的波形比较有用,比如:捕获一个毛刺出现后的第1000个脉冲;在被测件重新设置后用示波器捕获第1000个毛刺波形。

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