在時域測試領域中,數字存儲示波器的應用越來越廣泛。其中,示波器對偶發、瞬態事件的捕獲能力成為衡量其數據采集性能的一個重要指標。

　　為了解決這一問題,通常采取的措施有2種:一種是示波器的波形采集和顯示采用并行處理架構,從而提高示波器單位時間內捕獲并顯示波形的幅數,即提高示波器的波形捕獲率。

　　捕獲率越高,示波器捕獲到異常事件的概率越高。如美國泰克公司推出的數字熒光示波器,它是一種不僅能捕獲和顯示信號的時間- 幅度(事件)信息,而且能夠以不同的輝度或顏色等級顯示事件出現概率的數字存儲示波器,其最高波形捕獲率達300 000 wfms/ s;另一種方法是采用數字示波器的無限余輝功能,通過長時間的捕捉波形來發現異常或偶發事件。盡管通過這些方法都能夠有可能發現這些偶發、瞬態信號,但總的來說效率都比較低,發現這些信號都需要較長的時間,且由于這兩種方法都將多次觸發采集的波形疊加在一起,對測試者來說很難正確的甄別和觀察異常信號,給測試帶來不便。

　　針對測試者捕捉和觀察混雜在周期信號中的偶發、異常信號的需求,文中提出了一種數字存儲示波器的智能觸發方法,以便能更加自如的觀察和分析故障信號產生的原因,從而提高用戶的測試效率。

　　1　傳統測試方法的效率分析

　　數字示波器捕獲異常信號的量化方法可以通過示波器每s在屏幕上累計的異常事件的次數來表示。也可以轉化為在屏幕上看到相鄰兩次異常事件的平均時間。

　　傳統方法是采用具有較高波形捕獲率的數字熒光示波器,觸發方式采用邊沿觸發,觀察疊加顯示的波形,等待一段時間后期望能從三維累積的波形中觀察到異常信號。

　　采取這種方法時,異常事件的捕獲率與波形的頻率、示波器的波形捕獲率和異常事件發生的統計概率等相關。設示波器捕獲某異常事件的概率為PA ,示波器的波形捕獲率是PW ,異常事件出現的平均周期是TA ,被測周期信號的頻率是f0 ,可以得到下面的關系式:

　　從式(1)中可以看出,如果波形的頻率不超過示波器的波形捕獲率,那么示波器能捕獲每個觸發事件,因此也就能捕獲到每個異常事件;當波形的頻率超過示波器的波形捕獲率,示波器則不能捕獲每個觸發事件,每s捕獲到異常事件的次數等于異常事件發生的周期乘以信號頻率再除以示波器的波形捕獲率。

　　例如,一個信號周期100 MHz的正弦信號,在該信號中平均每隔2 s出現1 次毛刺干擾, 采用波形捕獲率為300 000wfms/ s的高性能數字存儲示波器來觀察,由式(1)可以計算出捕獲到該毛刺信號的時間大約是667 s,可見捕獲效率非常低。

　　由于數字存儲示波器工作機制是采集、處理、顯示3個步驟周而復始循環,在處理和顯示這兩個環節中示波器是停止采集信號的,這段時間稱為示波器的“死區時間”。在死區時間內,示波器將漏失掉這段時間的大部分波形。不難發現波形捕獲率和“死區時間”的關系是:波形捕獲率越高,“死區時間”越小,那么采集波形的漏失率就越低,發現并捕獲異常事件或瞬態信號的能力就越強。

　　對于這種傳統的方法,當信號頻率小于示波器的波形捕獲率時能夠保證在異常事件發生時捕獲到信號,但一旦信號頻率超過示波器的波形捕獲率時,捕獲的概率就下降了。因此大多數示波器設計了快速采集模式來彌補這一缺點。然而,為了實現這種采集模式卻犧牲了數字示波器主要的分析和計算功能,盡管用高捕獲率的示波器來觀察信號,也只能起到觀察疊加波形軌跡的作用,而且大部分正常和少部分異常信號全部疊加在一起顯示,對測試者分析異常信號帶來困難。

　　如果測試人員要測量和分析異常信號的特征,用現有的方法很難實現,且測試效率低下,為此文中設計了一種示波器的智能觸發方法,類似任意波形發生器一樣,用戶可以通過任意的設置不同的觸發模板,再將觸發模板轉換為硬件觸發比較的條件,通過對被測信號進行實時監測,直至找到滿足觸發模板設置條件的那段信號后才產生1次觸發,從而達到捕獲異常信號的目的。

　　2　智能觸發技術

　　2.1　總體方案

　　智能觸發技術的總體方案如圖1所示,主要由采集和樣值存儲模塊、一般觸發模塊、可編程觸發模塊、觸發選擇與觸發釋抑模塊、中央處理模塊五大部分及與之相對應的處理軟件組成。

圖1　智能觸發方案系統框圖。

　　采集和樣值存儲模塊主要由高速率8 bit模數轉換器(ADC) 、高速率先進先出存儲器( F IFO) 、采樣控制模塊并輔以相應的邏輯控制電路組成,負責完成模擬信號的采集和有效波形數據的存儲功能。

　　一般觸發模塊的功能是完成傳統數字存儲示波器的大部分觸發功能,即邊沿觸發、視頻觸發、脈寬觸發、斜率觸發等。

　　它的組成可以細分為觸發電路、2個16 bit數模轉換器(DAC) 、2個高速比較器、觸發產生與合成模塊四部分組成。觸發電路實現對輸入模擬觸發信號的整形和電平變換; 2個模數轉換器分別為高速比較器提供用戶可以任意設置的觸發比較電平,觸發信號與比較器比較后的輸出送入到觸發產生和合成模塊中;觸發產生和合成模塊根據用戶所選擇的觸發方式進行計算和判別,最后送出滿足要求的觸發信號。

　　可編程觸發模塊是實現智能觸發的核心。如圖2,它包括n個8 bit的高速數字絕對值比較器、n個存儲深度可由用戶調節的觸發模板存儲區(SRAM) 、觸發靈敏度控制器以及觸發信號合成模塊四部分組成。

　　觸發選擇與觸發釋抑模塊由一個多路選擇器和觸發釋抑控制器組成。多路選擇器負責完成一般觸發信號和可編程觸發信號的選擇;觸發釋抑是發生正確觸發后的一段時間,在這段時間內,示波器不能觸發。當觸發源是復雜波形的時候,該特性能發揮作用,其結果是,只有在適當的觸發點示波器才能觸發。