本文為您介紹了傳統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)的工作原理，并闡釋了 rto/rte 示波器實(shí)時(shí)數(shù)字觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)。
1 傳統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)原理
1.1示波器觸發(fā)功能的作用
示波器的觸發(fā)系統(tǒng)基本上有兩個(gè)主要應(yīng)用：
1. 確保穩(wěn)定顯示作為電氣和電子信號(hào)測量調(diào)試工具的示波器，觸發(fā)功能的發(fā)明是一項(xiàng)突破。觸發(fā)功能能夠穩(wěn)定地顯示重復(fù)的周期性信號(hào)。
2. 隔離感興趣的事件
觸發(fā)可以對(duì)特定波形事件做出反應(yīng)，這有利于隔離和顯示特定信號(hào)特征，諸如未達(dá)到脈沖高度的邏輯電平（“矮脈沖”），由串?dāng)_引起的信號(hào)干擾（例如“毛刺”），低邊緣觸發(fā)（“上升沿時(shí)間”）或通道間的無效定時(shí)（“data2clk”）。觸發(fā)功能的種類和觸發(fā)設(shè)置靈活性多年來一直在加強(qiáng)。
觸發(fā)系統(tǒng)的精度以及靈活性，決定了示波器是否能夠準(zhǔn)確地顯示和分析測量信號(hào)。
1.2 傳統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用
如今，大多數(shù)示波器為數(shù)字示波器，這意味著被測信號(hào)被采樣，并且作為連續(xù)的一組數(shù)字值被保存。然而，負(fù)責(zé)檢測信號(hào)電平的觸發(fā)器仍然使用模擬電路來處理原始被測信號(hào)。圖 1 顯示簡化的數(shù)字示波器方框圖。
圖 1：采用模擬觸發(fā)單元的數(shù)字示波器的簡化方框圖
輸入放大器用于調(diào)節(jié)被測信號(hào)，以便將被測信號(hào)的幅度調(diào)整到 a/d 轉(zhuǎn)換器的工作范圍，并適合示波器顯示。調(diào)節(jié)后的信號(hào)經(jīng)放大器輸出，并行傳遞到 a/d 轉(zhuǎn)換器和觸發(fā)系統(tǒng)。a/d 轉(zhuǎn)換器在一條路徑上對(duì)測量信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，數(shù)字化的樣本值被寫入采集存儲(chǔ)器。觸發(fā)系統(tǒng)在另一條路徑上將該信號(hào)與有效觸發(fā)條件（例如，采用“邊沿”觸發(fā)的觸發(fā)電平）進(jìn)行比較。
當(dāng)有效觸發(fā)條件滿足時(shí)，開始記錄 a/d 轉(zhuǎn)換器樣本，采集的波形被進(jìn)一步處理和顯示。圖 2 舉例顯示采集樣點(diǎn)和顯示的波形。a/d 轉(zhuǎn)換的數(shù)字化樣本點(diǎn)在圖中以圓圈標(biāo)注。本例中使用具有正斜率的觸發(fā)事件“邊沿”。被測信號(hào)跨越觸發(fā)電平產(chǎn)生有效觸發(fā)事件。
圖 2：具有 a/d 轉(zhuǎn)換器樣本點(diǎn)和觸發(fā)點(diǎn)的測量信號(hào)舉例
1.3 模擬觸發(fā)器的缺點(diǎn)
為了在示波器網(wǎng)格上精確顯示信號(hào)，需要對(duì)觸發(fā)點(diǎn)進(jìn)行精確定時(shí)。如果觸發(fā)時(shí)間測定不準(zhǔn)確，顯示的波形就不能與圖中的觸發(fā)點(diǎn)交叉（觸發(fā)電平和觸發(fā)位置的交叉點(diǎn)）。相關(guān)案例參閱圖 3。
圖 3：顯示的波形和實(shí)際觸發(fā)位置不符的例子
下述原因會(huì)引起觸發(fā)位置失準(zhǔn)：
1. 對(duì)觸發(fā)邊沿的測量不準(zhǔn)確
在觸發(fā)系統(tǒng)中，被測信號(hào)經(jīng)比較器與觸發(fā)門限進(jìn)行比較，需要非常精確地測量比較器輸出的邊沿定時(shí)。為此，需要應(yīng)用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 （time-to-digital-converter，tdc）。tdc 不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致個(gè)別顯示波形相對(duì)觸發(fā)點(diǎn)偏移。tdc 誤差的隨機(jī)分量會(huì)導(dǎo)致在每個(gè)觸發(fā)事件上改變這個(gè)偏移量，從而導(dǎo)致觸發(fā)抖動(dòng)。
2. 被測信號(hào)兩條路徑中的系統(tǒng)誤差源
處理被測信號(hào)經(jīng)過兩條不同路徑---使用 a/d 轉(zhuǎn)換器的采集路徑和觸發(fā)電路路徑（參閱圖 1）。兩條路徑包括不同的線性和非線性失真，這些失真引起顯示的信號(hào)和確定的觸發(fā)點(diǎn)之間的系統(tǒng)性偏差。最糟糕情況是，觸發(fā)電路或許不響應(yīng)有效觸發(fā)電平（盡管這些觸發(fā)電平可以在顯示器上看到），或者觸發(fā)電路對(duì)觸發(fā)事件做出響應(yīng)，而這些觸發(fā)事件事實(shí)上不能被采集路徑捕獲和顯示。
3. 兩條信號(hào)路徑中的信號(hào)噪聲源
經(jīng)過a/d 轉(zhuǎn)換器和經(jīng)過模擬觸發(fā)系統(tǒng)的兩條路徑上包括具有不同噪聲源的多個(gè)放大器。這也將導(dǎo)致在示波器屏幕上作為觸發(fā)位置偏移（觸發(fā)抖動(dòng)）出現(xiàn)的延遲和幅度變異。觸發(fā)抖動(dòng)，作為疊加的信號(hào)軌跡的寬度和高度，顯示在圖 4 右圖區(qū)域。圖 4 的左圖顯示相對(duì)于理想觸發(fā)點(diǎn)，表現(xiàn)為隨機(jī)垂直和水平偏移的觸發(fā)抖動(dòng)。
圖 4：在幾個(gè)波形采集期間的觸發(fā)抖動(dòng)
下一節(jié)，我們將為您介紹數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的觸發(fā)系統(tǒng)。數(shù)字觸發(fā)由于不包含上面討論的誤差項(xiàng)，因此能夠?yàn)槭静ㄆ魈峁└_的觸發(fā)。
2 數(shù)字觸發(fā)功能
2.1 數(shù)字觸發(fā)概念
圖 5 顯示采用數(shù)字觸發(fā)的數(shù)字示波器的簡化方框圖。
圖 5：采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能的數(shù)字示波器方框圖
與模擬觸發(fā)不同，數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)直接針對(duì)a/d 轉(zhuǎn)換器的樣本工作，被測信號(hào)不會(huì)被分成兩個(gè)不同的路徑上，因此，數(shù)字觸發(fā)處理的是和采集、顯示相同的信號(hào)。在第 1-3 節(jié)討論的模擬觸發(fā)系統(tǒng)誤差已在原理上消除。
數(shù)字觸發(fā)技術(shù)使用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行觸發(fā)點(diǎn)測定，以精確的算法檢測有效觸發(fā)事件并精確測量時(shí)間戳。
數(shù)字觸發(fā)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)是對(duì)測量信號(hào)無縫監(jiān)測的實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力。r&s數(shù)字觸發(fā)器基于 10 gs/s 的 a/d 轉(zhuǎn)換器工作，因此必須處理 80gbit/s 數(shù)據(jù)（8 位 a/d轉(zhuǎn)換器）。
由于數(shù)字觸發(fā)技術(shù)使用與采集單元相同的數(shù)字化數(shù)據(jù)，因此要切記其只對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器范圍內(nèi)的信號(hào)觸發(fā)。
2.2 采用數(shù)字觸發(fā)技術(shù)檢測觸發(fā)事件
對(duì)于選定的觸發(fā)事件，首先，比較器將測量信號(hào)與規(guī)定的觸發(fā)門限進(jìn)行對(duì)比。在最簡單的“邊沿”觸發(fā)時(shí)，當(dāng)信號(hào)在要求的方向上（下降或上升）跨越觸發(fā)門限時(shí)，觸發(fā)事件被檢測到。
在數(shù)字系統(tǒng)中，信號(hào)由樣本表示。采樣理論規(guī)定采樣率至少是最大信號(hào)頻率的兩倍。只有在這樣的條件下信號(hào)才有可能被完整重建。
從圖 2 和圖 3 可以看到，僅觀察 a/d 轉(zhuǎn)換器樣本并不足以看到所有信號(hào)細(xì)節(jié)。這種情況同樣適用于數(shù)字觸發(fā)器：純粹根據(jù) a/d 轉(zhuǎn)換器樣本的觸發(fā)決策是不充分的，因?yàn)榭缭接|發(fā)門限有可能被漏掉。因此，通過使用內(nèi)插算法上調(diào)采樣信號(hào)采樣率到 20gs/s，可以增加定時(shí)分辨率（參閱圖 6）。在內(nèi)插器后面，比較器將樣本值與規(guī)定的觸發(fā)門限進(jìn)行比對(duì)。如果檢測到觸發(fā)電平，比較器即改變輸出電平。
圖 6：在數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)中通過“up-sampling”方法增加采樣率
圖 7 通過采用up sampling方法將采樣分辨率提高1倍，信號(hào)中的“盲”區(qū)縮小。左側(cè)波形樣本不含過沖。高于 a/d 轉(zhuǎn)換器樣本的觸發(fā)門限無法檢測過沖。右側(cè)通過內(nèi)插將波形采樣率實(shí)現(xiàn)翻倍，便有可能實(shí)現(xiàn)過沖觸發(fā)。
圖 7：增加采樣分辨率限制盲觸發(fā)區(qū)域舉例
此例中波形最大頻率為 3.5ghz。該例表明 r&s的數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)基于 10gsample/s a/d 轉(zhuǎn)換器速率也能夠可靠檢測出的更高頻率分量信號(hào)。
2.3 用數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)確定觸發(fā)定時(shí)
在任意時(shí)間點(diǎn)有效重建測量信號(hào)的關(guān)鍵要求是滿足采樣定理（奈奎斯特準(zhǔn)則）。r&s示波器使用多相濾波器，這些濾波器能夠在任何定時(shí)點(diǎn)，以大于 90db 的信噪比 （snr） 計(jì)算出測量信號(hào)。使用精度為 250fs 的迭代方法，實(shí)時(shí)計(jì)算出測量信號(hào)和觸發(fā)門限的交叉點(diǎn)。
某些諸如“毛刺”或“脈沖寬度”類觸發(fā)事件以定時(shí)條件為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)確定門限中的交叉點(diǎn)一樣，支持對(duì)這類事件非常精確的觸發(fā)。rto能夠以 1ps 分辨率建立觸發(fā)事件定時(shí)，指定的最窄可檢測脈沖寬度為 50ps。