圖2　可編程觸發模塊原理框圖。

　　中央處理模塊主要由一片高性能的DSP處理器組成。它主要負責數據采集、觸發控制、觸發模板的編輯、其它觸發參數的設定等工作。

　　上述模塊大部分功能集成在一款高性能的可編程邏輯器件( FPGA)中,如圖1中虛線框所示。

　　2.2　工作流程

　　其工作流程是先由用戶設定觸發模板存儲區的大小n,然后在所設定的模板存儲區內編輯觸發模板并設定相應的觸發靈敏度S及觸發條件(大于、小于、等于和不等于) ,所設定的觸發模板可以是單一觸發模板,也可以是組合觸發模板。組合觸發模板的邏輯關系可以選擇“邏輯與”、“邏輯或”、“邏輯異或”、“邏輯同或”等。

　　設定完畢后隨即啟動采集,采集到的原始數據送到高速數字絕對值比較器與觸發模板存儲區的第一個數據進行比較,如果滿足觸發靈敏度設定的條件則指向觸發模板存儲區的第二個數據,讓第二個采樣原始數據與其進行比較;如果不滿足觸發靈敏度設定條件,則仍然讓第二個采樣原始數據與第一個模板數據進行比較;以此類推,直到這段原始數據與觸發模板存儲區的所設定參數完全相符合時,才產生一個觸發使能信號,該信號再送到觸發信號合成模塊中,結合用戶設定的觸發條件進行觸發脈沖的合成。假設原始采樣數據為X,觸發模板存儲區的數據為Vn ,觸發靈敏度為S,觸發條件為等于,則絕對值比較器的數學表達式如式(2)所示:

　　2.3　技術優點

　　該智能觸發技術除了可以滿足傳統數字存儲示波器的常用觸發功能外,還提供了一種新穎的可編程觸發模式,而且實現成本低廉,性價比很高。用戶可以隨心所欲的設定觸發波形模板(模板可以通過人機界面在屏幕中編輯,也可以是示波器采集到的一段波形數據) ,還可以動態的調節觸發靈敏度等指標;而且觸發波形模板的深度可以根據觸發模板的復雜程度在一定范圍內調整,增強了觸發設置的靈活性和可重構性,采用這種方法可以輕松地捕獲較復雜波形。

　　觸發信號產生的基本原理是在硬件中將原始數據與觸發模板中的數據在一定靈敏度范圍內進行逐一比對,所以對于傳統的任何一種觸發方式都可以通過觸發模板的設置來實現,甚至還可以設置成等效于多種組合的觸發方式。例如,用戶可以在同一個觸發模板中既設置一定條件的脈沖寬度,又設定一個定斜率的三角波,這就等效為在觸發判別的過程中先進行脈寬觸發,然后再進行斜率觸發。另外,還可以采用多觸發模板的方式,派生出更多、更復雜、更智能的觸發判別方法。

　　3　應用驗證

　　文中提出的智能觸發方案和相關電路在某型號采樣率為1GSPS,模擬帶寬為100MHz的數字存儲示波器產品中得到了實際應用。

　　3.1　具體實現

　　方案的實施可以分為模數轉換與樣值存儲和觸發。模數轉換根據所設計數字存儲示波器要達到的采樣速率和分辨率來選擇,這里選用4片AD I公司的250MSPS/8 bit的ADC并行采樣來實現1GSPS采樣率。樣值存儲也需根據存儲深度指標的要求來選擇,目前FPGA內部所集成的存儲器容量已經達到Mbit量級,能夠滿足一般場合的應用,又因大部分觸發功能都在FPGA中實現,故選用性價比較高的Xilinx公司Spartan3A系列FPGA.

　　觸發模塊分為一般觸發模塊和可編程觸發模塊。一般觸發模塊包括觸發電路、高速比較器、觸發產生與合成模塊,觸發電路主要完成觸發源的選擇、觸發信號的整形、視頻觸發信號的分離等功能,它是由一些分離元器件搭建而成;高速比較器選用AD I公司的超高速ECL比較器AD96687,它具有兩個比較器,剛好滿足本方案的要求;觸發產生與合成模塊是純數字電路,可以在FPGA中實現。另外,可編程觸發模塊的實施也集成在FPGA中。它包括n個8bit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。

　　由于需要用戶編輯觸發模板,故需提供較復雜的人機接口界面,再加上數字存儲示波器對數據采集的實時性要求,中央處理器的性能就決定了整個系統的性能,因此選用高速、高性能的嵌入式處理器。

　　3.2　異常事件的捕獲測試

　　該智能觸發技術為用戶快速查找并定位夾雜在周期信號中的異常信號提供了一種有效手段。

　　測試中只要獲取了正常信號的特征,然后再將該信號的特征作為觸發模板,使系統采集不滿足觸發模板的信號來實現異常信號的捕獲,并且捕獲到的信號還可做進一步的分析和處理。測試方法主要分為2個步驟。

　　(1)輸入被測信號,設置觸發方式為普通的邊沿觸發,然后開始采集,當采集穩定后停止,此時捕獲到的信號應該是周期的正常信號,將此時采樣得到的信號作為觸發模板保存下來;(2)打開示波器的智能觸發功能,并把上一步保存下來的觸發模板信號導入,設置合適的觸發靈敏度,設置觸發條件為不等于,設置觸發方式為單次觸發,隨后啟動采集,此時由于絕大部分信號是正常信號,是不滿足觸發條件的波形,示波器的采集應長時間處在等待觸發的狀態中,直到異常信號發生時,示波器才完成一次采集并停止下來,這樣屏幕上觀察到的就是異常信號了。

　　圖3給出了示波器捕獲到的異常信號屏幕截圖,輸入信號是由任意波形發生器產生的5 MHz正弦信號,信號中每5 s疊加了1個周期性的窄脈沖信號,圖中陰影部分是設置的觸發模板示意圖。

　　采用上述測試方法的智能觸發技術,一旦異常信號發生,就可以立即捕獲到此信號,提高了測試效率。

圖3　采用智能觸發捕獲到的異常信號。

　　4　結束語

　　文中提出的智能觸發技術為用戶快速查找和分析夾雜在周期信號中的異常信號提供了有效手段,是對數字示波器快速采集功能的一種有益補充,用戶可以先利用快速采集功能觀察被測信號中是否有異常信號,然后再用智能觸發功能來單獨捕捉和進一步分析。目前該技術已申請專利并成功應用于某型號的數字存儲示波器中。