示波器的觸發(fā)功能，你了解多少？（上）

示波器是以圖形方式顯示變化的電壓信號的電子測量儀器，通常是一個或多個信號隨時間變化的二維圖像，被譽為“電子工程師的眼睛”。如果要穩(wěn)定觀察、顯示示波器波形，捕獲特點信號事件，觸發(fā)(Trigger)則是關(guān)鍵因素。所以充分理解觸發(fā)的概念、原理以及設(shè)置方法是有效使用示波器的前提。

自20多年前RIGOL誕生以來，RIGOL示波器也從最初的模擬觸發(fā)轉(zhuǎn)向全面數(shù)字觸發(fā)，示波器觸發(fā)功能不斷豐富和增強。本文將和大家一起探究示波器的“觸發(fā)”的來龍去脈——

01、什么是觸發(fā)？What's Trigger?

觸發(fā)是按照需求設(shè)置一定的電壓幅值、時間、波形變化率等方面的條件，當(dāng)波形數(shù)據(jù)流中的某一個波形滿足設(shè)定條件時，示波器實時捕獲該波形和其相鄰部分，并顯示在屏幕上。只有穩(wěn)定的觸發(fā)才能有穩(wěn)定的顯示。觸發(fā)也是發(fā)現(xiàn)問題之后定位問題的最重要手段，善于使用觸發(fā)能輕松定位出您想尋找的信號。

02、觸發(fā)的兩個關(guān)鍵參數(shù)Two key factors of Trigger

示波器從誕生開始經(jīng)歷了模擬示波器和數(shù)字示波器兩個主要階段。模擬示波器中的觸發(fā)系統(tǒng)是我們了解觸發(fā)相關(guān)內(nèi)容很好的起點。那我們從模擬觸發(fā)基本概念中最主要的比較器電路開始。

單限比較器

只有一個參考電平，且參考電平為GND（0電平）的簡單比較器，被稱為單限比較器。如下圖所示：

▲典型單限比較器示意圖

當(dāng)單限比較器的輸入信號大于參考電平，則輸出正"﹢"，否則輸出負"﹣"，這個參考電平就是觸發(fā)功能中的關(guān)鍵參數(shù)“觸發(fā)電平”。Vo = -Vsat   @ Vi < VtVo = 0        @Vi = Vt Vo = +Vsat  @Vi > Vt

但是由于單限比較器只有一個觸發(fā)電平作為臨界電壓，所以輸入信號的波動或噪聲產(chǎn)生多次穿越臨界電壓的情況，會導(dǎo)致誤觸發(fā)，使輸出產(chǎn)生不正確的轉(zhuǎn)換。

為解決誤觸發(fā)的問題，就需要使用遲滯比較器。

遲滯比較器

在單限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限值的遲滯比較器，如下圖所示。

▲遲滯比較器示意圖

遲滯比較器具有兩個參考電平作為觸發(fā)電平，VTH和VTL。當(dāng)輸入電壓高于VTH時，比較器輸出高電平，當(dāng)輸入電壓低于VTL時比較器輸出低電平，當(dāng)輸入電壓在VTH和VTL兩者之間時，則保持原來的輸出不變。

▲遲滯比較器的輸入輸出特征圖

遲滯比較器解決了輸入信號的波動或噪聲導(dǎo)致誤觸發(fā)的問題。遲滯比較器兩個比較電平VTH和VTL之間形成“遲滯區(qū)間”，由于遲滯區(qū)間的存在，輸入波形噪聲和毛刺導(dǎo)致多次穿越臨界電壓的情況下，仍能維持輸出信號的穩(wěn)定，如下圖所示：

▲遲滯區(qū)間

遲滯區(qū)間區(qū)間越大對噪聲的抑制能力越強，反之則越小。但遲滯區(qū)間并不是越大越好，會導(dǎo)致觸發(fā)遲鈍，對信號的變化不敏感。這就是在觸發(fā)系統(tǒng)中另一個關(guān)鍵參數(shù)“觸發(fā)靈敏度”，觸發(fā)靈敏度體現(xiàn)了觸發(fā)對信號噪聲的敏感程度。

03為什么需要觸發(fā)？Why Trigger is necessary？

在之前發(fā)布的《數(shù)字實時熒輝技術(shù)》的文章中，我們曾介紹過示波器的顯示原理，是通過將波形在屏幕上保持一段時間后再消失，在指定的波形保持時間內(nèi)，多個捕獲周期繪制的波形疊加顯示在屏幕上。

然而在實際的測量過程中，我們會發(fā)現(xiàn)，將輸入信號接入示波器通道后，并不能立即顯示穩(wěn)定的波器。通常需要手動進程觸發(fā)設(shè)置之后，波形才會穩(wěn)定顯示在顯示器中。這是為什么呢？

下面我們通過傳統(tǒng)的模擬示波器來了解觸發(fā)在波形觀察時的作用。

模擬示波器工作原理

陰極射線管(CRT)簡稱示波管，是模擬示波器的核心，它的原理圖如下：

▲示波管示意圖

當(dāng)把輸入信號施加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板，而X軸偏轉(zhuǎn)板不加電壓時，在熒光屏的最左側(cè)縱坐標(biāo)上就會打出一個亮點，且電壓越大亮點位置越高。

當(dāng)把鋸齒波信號施加到X偏轉(zhuǎn)板，而在Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓時，隨著鋸齒波電壓的升高，光點從屏幕最左邊均勻移動到屏幕最右邊。當(dāng)鋸齒波歸零后重新開始掃描，則光點迅速回到最左邊后，從最左邊重復(fù)向右移動。

所以模擬示波器的工作方式是在Y軸偏轉(zhuǎn)板上施加待測信號，在X軸偏轉(zhuǎn)板上施加鋸齒波作為掃描信號。工作原理如下圖所示：

▲示波器工作原理圖

支持觸發(fā)功能前

示波管可以幫助示波器將波形顯示屏幕上，但并不能保證將信號波形穩(wěn)定的在屏幕上顯示。如下圖所示，在X軸偏轉(zhuǎn)板施加鋸齒波作為掃描信號，在Y軸偏轉(zhuǎn)板施加輸入待測試信號。

▲信號控制水平與垂直方向掃描

如果鋸齒波是自動觸發(fā)，它的觸發(fā)位置不固定，那么輸入波形在示波器中的顯示狀態(tài)如下圖所示。

▲不固定觸發(fā)波形顯示

因為每次從屏幕起始的位置，波形的相位不一致，使得觀察者在示波器上看到的波形好像是在滾動，且有多條波形重疊，如下圖所示。

▲多波形重疊示意圖

解決這個問題，就需要使每一屏中顯示波形的相位是同步的，這取決于施加在X軸偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波信號何時開始掃描。為此示波器增加了觸發(fā)功能。

支持觸發(fā)功能后支持觸發(fā)功能后，示波器可以設(shè)置觸發(fā)電平，并且可以選擇在輸入信號的上升/下降沿(slope)進行觸發(fā)。假設(shè)設(shè)定一個直流觸發(fā)電平為Level1，并選擇在上升沿進行觸發(fā)，那么觸發(fā)效果如下圖所示。

▲上升沿觸發(fā)波形

從上圖也可以看出X軸鋸齒波周期決定了示波器橫軸水平時基的大小。當(dāng)鋸齒波周期越長，則水平時基(time/div)越大，在屏幕上顯示的波形周期數(shù)越多。

通過設(shè)置觸發(fā)條件，可以實現(xiàn)每一屏中顯示波形的相位同步，如下圖所示。

▲固定觸發(fā)波形顯示

最后疊加在同一屏上，波形就可以穩(wěn)定顯示了，效果如下圖所示。

04、總結(jié)

本文通過介紹觸發(fā)的概念、原理、關(guān)鍵參數(shù)，以及觸發(fā)的必要性，可以了解到，穩(wěn)定觀察、顯示示波器波形，捕獲特點信號事件，觸發(fā)是關(guān)鍵因素。那么，如何實現(xiàn)觸發(fā)？觸發(fā)有哪些類型？它們各自的優(yōu)勢在哪些方面？下篇將繼續(xù)為大家介紹，敬請期待！