Come funziona davvero il trigger dell'oscilloscopio?

Sto cercando di saperne di più sugli oscilloscopi digitali, in particolare sui trigger. Ecco come penso che il trigger funzioni: diciamo che ho impostato il trigger in modalità edge e il livello su 5V. Quando il segnale misurato raggiunge quindi 5 V, l'ADC dell'oscilloscopio si attiva e inizia a campionare il segnale. Vengono raccolti alcuni punti dati e questi vengono tracciati sullo schermo. Quindi c'è un piccolo "tempo morto" dopo il quale l'oscilloscopio attende nuovamente che si verifichi la condizione di trigger e si raccolga nuovamente la stessa quantità di punti dati. Questi dovrebbero ora allinearsi con la serie precedente di campioni, e quindi l'output dell'oscilloscopio appare stabile sullo schermo.

L'asse del tempo è qualcosa che non capisco completamente. Credo che l'origine della griglia, in cui le linee tratteggiate evidenziate si intersecano, sia il punto di innesco. A quel punto (a "t = 0") la tensione dovrebbe essere uguale alla tensione del livello di trigger. Ho ragione finora? Il fatto è che questo non è sempre il caso del mio oscilloscopio. A volte la tensione all'origine non è uguale al livello di trigger e il segnale si sposta lentamente verso entrambe le direzioni. Cosa causa la deriva del segnale anche se il trigger è impostato?

Un'altra confusione che ho: ho visto il lato destro dell'origine chiamato i dati "post-trigger" e il lato sinistro "pre-trigger". Come sono i dati prima del trigger, se la raccolta dei dati inizia dal trigger? Il punto di innesco non dovrebbe effettivamente trovarsi all'estrema sinistra dello schermo?

Per interesse generale, torniamo indietro nel tempo e parliamo di come ha funzionato l'attivazione dell'oscilloscopio analogico.

Gli oscilloscopi della vecchia scuola sono dispositivi vettoriali . In altre parole, il punto sullo schermo è manipolato da due tensioni. Uno lo sposta verticalmente, uno lo sposta orizzontalmente. Lo fanno per deformazione elettrostatica di un fascio di elettroni. In effetti, la tensione sulle piastre di deflessione corrisponde direttamente alla posizione del "punto" sul display dell'oscilloscopio.

Poiché il display traduce direttamente la tensione nella posizione del punto, è abbastanza facile farlo per il valore verticale (ad es. Della grandezza) della traccia. È sufficiente bufferizzare e amplificare il segnale di ingresso secondo necessità, e applicarlo alle piastre di deflessione verticale.

La spazzata orizzontale è controllata internamente da una tensione accumulata su un condensatore (che viene quindi amplificata per pilotare le piastre allo stesso modo delle piastre verticali). Lo spazzamento è stato realizzato da una fonte di corrente che carica quel condensatore. Quando hai cambiato la base dei tempi orizzontale, stavi cambiando la corrente di carica o cambiando il valore del condensatore.

Il trigger ha funzionato sostanzialmente cortocircuitando il condensatore, quindi il raggio (che rende il punto) è bloccato in una singola posizione in X. Quando si verifica l'evento di trigger, lancia un fermo nell'oscilloscopio e l'integratore del condensatore inizia ad accumularsi, il che genera uno sweep lineare sullo schermo.

Una volta che la carica del condensatore raggiunge una certa tensione, lo sweep viene trattato come "fatto", la carica nel condensatore viene scaricata tramite l'interruttore elettronico e il sistema è quindi pronto per un altro evento trigger.

Ciò è rilevante perché gran parte del linguaggio che circonda l'attivazione dell'oscilloscopio deriva da oscilloscopi analogici. Il "tempo morto" è dovuto al fatto che per un oscilloscopio analogico è necessario un periodo di tempo diverso da zero per scaricare il condensatore di scansione orizzontale. È completamente possibile produrre un oscilloscopio digitale che non ha tempi morti.

Tangente:

Ottenere dati prima dell'evento trigger è molto più difficile con un oscilloscopio analogico. L'unico modo per farlo è usare qualcosa chiamato linea di ritardo .

                                      _____________________
                                     |                     |
Signal > -----+-->| Delay Line |>--->| Analog In           |
              |                      |                     |
              |                      |    Oscilloscope     |
              |                      |                     |
              +--------------------->| Trigger In          |
                                     |_____________________|

Quello che faresti è usare la linea di ritardo per, bene, ritardare il segnale di ingresso e utilizzare un ingresso trigger separato per il trigger effettivo. In questo modo, si sposta in modo efficace l'inizio della traccia di qualunque momento il ritardo della linea di ritardo (generalmente fino a qualche centinaio di nanosecondi).

Il rovescio della medaglia di questa tecnica è che è necessario un widget specializzato (la linea di ritardo). Sono generalmente a ritardo fisso e possono influire sul segnale in base alla larghezza di banda e alle caratteristiche.

Quando il segnale misurato raggiunge quindi 5 V, l'ADC dell'oscilloscopio si attiva e inizia a campionare il segnale. Vengono raccolti alcuni punti dati e questi vengono tracciati sullo schermo.

L'ADC dell'ambito è costantemente in esecuzione e raccoglie dati. Il trigger controlla ciò che viene visualizzato.

Quindi c'è un piccolo "tempo morto" dopo il quale l'oscilloscopio attende nuovamente che si verifichi la condizione di trigger e si raccolga nuovamente la stessa quantità di punti dati. Questi dovrebbero ora allinearsi con la serie precedente di campioni, e quindi l'output dell'oscilloscopio appare stabile sullo schermo.

Questo è solo il caso in cui il segnale è perfettamente periodico e la visualizzazione esplicita dei soli dati attivati ​​(molti ambiti hanno una funzione di attivazione "automatica" che visualizzerà i dati anche se l'oscilloscopio non è stato attivato). Come menzionato da Hearth nei commenti alla mia risposta, il "tempo morto" che descrivi si chiama holdoff , e impostarlo correttamente è essenziale quando si innescano determinate forme d'onda. Ad esempio, un segnale periodico con due impulsi rapidi seguito da un lungo ritardo richiederebbe un arresto abbastanza lungo da ignorare il secondo impulso (quindi l'oscilloscopio non si riattiva al secondo impulso).

L'asse del tempo è qualcosa che non capisco completamente. Credo che l'origine della griglia, in cui le linee tratteggiate evidenziate si intersecano, sia il punto di innesco. A quel punto (a "t = 0") la tensione dovrebbe essere uguale alla tensione del livello di trigger. Ho ragione finora?

Sì.

Il fatto è che questo non è sempre il caso del mio oscilloscopio. A volte la tensione all'origine non è uguale al livello di trigger e il segnale si sposta lentamente verso entrambe le direzioni. Cosa causa la deriva del segnale anche se il trigger è impostato?

$t = 0$

Un'altra confusione che ho: ho visto il lato destro dell'origine chiamato i dati "post-trigger" e il lato sinistro "pre-trigger". Come sono i dati prima del trigger, se la raccolta dei dati inizia dal trigger? Il punto di innesco non dovrebbe essere effettivamente alla sinistra dello schermo?

L'ambito acquisisce continuamente i dati, ma li visualizza solo quando i dati acquisiti soddisfano le condizioni di trigger. In base alla posizione orizzontale, la quantità di dati post-trigger o pre-trigger visualizzati varierà.

Mentre gli oscilloscopi USB di base utilizzano software continuo / trigger digitale, non è così che funzionano gli ambiti da banco. C'è troppa larghezza di banda analogica ad alta velocità per poter monitorare tutte le informazioni con un ADC. Soprattutto dal momento che gli ambiti moderni hanno opzioni di innesco avanzate.

Gli oscilloscopi moderni hanno comparatori che confrontano la tensione che arriva a un livello preimpostato, quindi si innescano su quello. Ad alte velocità, l'ADC può tenere il passo con i dati, ma l'elaborazione diventa un problema, quindi quando attivato l'ambito mostra solo i dati ADC attorno al punto di trigger.

Fonte: Keysight

A volte la tensione all'origine non è uguale al livello di trigger e il segnale si sposta lentamente verso entrambe le direzioni. Cosa causa la deriva del segnale anche se il trigger è impostato?

La piccola freccia determina dove si sta attivando il livello di trigger dell'oscilloscopio.

Un'altra confusione che ho: ho visto il lato destro dell'origine chiamato i dati "post-trigger" e il lato sinistro "pre-trigger". Come sono i dati prima del trigger, se la raccolta dei dati inizia dal trigger? Il punto di innesco non dovrebbe essere effettivamente alla sinistra dello schermo?

Se si utilizza il pulsante di posizione orizzontale, è possibile spostare il punto di trigger a sinistra e ottenere più dati a destra. Poiché la maggior parte delle persone è interessata a ciò che accade prima del trigger, anche gli oscilloscopi lo dimostrano.

Cosa causa la deriva del segnale anche se il trigger è impostato?

La temuta deriva può avere molte cause ...

• Stai guardando il Canale 1, ma il trigger guarda l'ingresso del Canale 2, o alcuni 'scope hanno un jack di ingresso trigger EXTernal. Non dare per scontato che il trigger guardi sempre la stessa onda che stai visualizzando.
• Molti ambiti hanno un menu di trigger che va in questo modo: Auto, Normale, Singolo . Se l'oscilloscopio non ottiene un trigger in Normale o Singolo , viene visualizzato un display vuoto.
  Ma in Auto , un ambito spesso attenderà poco tempo, alla ricerca di un trigger. Se non vede un input che può innescare, visualizzerà tutto ciò che è nel suo buffer di dati in quel momento ... otterrai una visualizzazione distorta. La causa potrebbe essere perché il controllo del livello di trigger è impostato su un valore troppo alto (sopra la parte superiore della forma d'onda) o troppo basso (sotto la parte inferiore della forma d'onda).
• I circuiti di trigger spesso richiedono un livello di segnale ragionevole. Se la forma d'onda è troppo piccola sullo schermo, potrebbe non essere possibile generare un trigger.
• I menu di trigger possono includere modalità esotiche in cui è previsto ad esempio un segnale video. Funziona bene su un segnale video, non così bene su altre forme d'onda.
• Altre opzioni di trigger potrebbero offrire filtro del rumore, rifiuto ad alta frequenza, rifiuto a bassa frequenza. Questi possono ostacolare il processo di attivazione su una forma d'onda che appare pulita sul display.
• Sulla tua foto, il punto di innesco appare sullo schermo a metà scala temporale (dove è più comunemente messo). Questa è la piccola freccia rivolta verso il basso. Ma a volte puoi scoprire che il punto di trigger è MODALITÀ fuori schermo. Il tuo ambito dice di sì, sto innescando ( icona Trig'd verde nella tua foto), ma l'onda visualizzata sta andando alla deriva o è nervosa. Se si utilizza il controllo della posizione horiz per riportare il grilletto a casa, è probabile che la deriva o il jitter scompaiano.

Con la pratica, puoi imparare a trovare il controllo adeguato per ripristinare la sanità mentale del display senza ricorrere a Autoset . La visualizzazione di alcune parti di una forma d'onda complessa può richiedere impostazioni appropriate in molti menu ... l'autoset le cancella tutte e talvolta fa delle scelte sbagliate.

Ecco come penso che il trigger funzioni: diciamo che ho impostato il trigger in modalità edge e il livello su 5V. Quando il segnale misurato raggiunge quindi 5 V, l'ADC dell'oscilloscopio si attiva e inizia a campionare il segnale. Vengono raccolti alcuni punti dati e questi vengono tracciati sullo schermo. Quindi c'è un piccolo "tempo morto" dopo il quale l'oscilloscopio attende nuovamente che si verifichi la condizione di trigger e si raccolga nuovamente la stessa quantità di punti dati. Questi dovrebbero ora allinearsi con la serie precedente di campioni, e quindi l'output dell'oscilloscopio appare stabile sullo schermo.

Ecco come funzionavano i vecchi ambiti analogici. Gli ambiti digitali sono diversi. L'ADC acquisisce continuamente i dati in un buffer. Inizialmente, ignora il trigger fino a quando non viene riempito il buffer "pre-trigger". Quindi sovrascrive continuamente questo buffer, mentre cerca la condizione di trigger. Quando viene trovato il trigger, l'oscilloscopio riempie il resto del buffer e visualizza l'intero buffer. In questo modo, il punto di trigger può essere posizionato ovunque sul display dell'oscilloscopio. Al contrario, il punto di trigger negli ambiti analogici non è altrettanto flessibile e generalmente può essere posizionato solo sul lato sinistro del display. Con le linee di ritardo, può essere spostato sul display di qualche ns.

Il tempo morto in un ambito digitale è il tempo impiegato per elaborare e visualizzare il buffer dopo un trigger, il tempo necessario per ripristinare l'hardware di acquisizione per acquisire una nuova acquisizione e il tempo impiegato per riempire il buffer di pre-trigger. Alcuni di questi possono occasionalmente essere gestiti in parallelo o accelerati da hardware specializzato di acquisizione ed elaborazione del segnale.

L'asse del tempo è qualcosa che non capisco completamente. Credo che l'origine della griglia, in cui le linee tratteggiate evidenziate si intersecano, sia il punto di innesco. A quel punto (a "t = 0") la tensione dovrebbe essere uguale alla tensione del livello di trigger. Ho ragione finora? Il fatto è che questo non è sempre il caso del mio oscilloscopio. A volte la tensione all'origine non è uguale al livello di trigger e il segnale si sposta lentamente verso entrambe le direzioni. Cosa causa la deriva del segnale anche se il trigger è impostato?

Nella schermata, il segnale sembra attraversare il punto di trigger indicato dalle frecce di livello e posizione del trigger, che è esattamente ciò che dovresti aspettarti di vedere.

In alcuni ambiti (in particolare gli ambiti finali superiori), il percorso di attivazione può essere separato dal percorso di acquisizione. In questo caso, i segnali di trigger provengono internamente dai comparatori ed è possibile che la calibrazione si sposti tra l'ADC e il comparatore di trigger in modo che il livello di trigger e possibilmente la posizione non siano così precisi come dovrebbero essere.

Un'altra confusione che ho: ho visto il lato destro dell'origine chiamato i dati "post-trigger" e il lato sinistro "pre-trigger". Come sono i dati prima del trigger, se la raccolta dei dati inizia dal trigger? Il punto di innesco non dovrebbe essere effettivamente alla sinistra dello schermo?

Ancora una volta, in un ambito digitale l'acquisizione è continua e l'ambito mantiene un buffer pre-trigger che viene continuamente aggiornato fino a quando si verifica la condizione di trigger. Questa è una funzionalità estremamente potente in quanto consente di esaminare ciò che ha preceduto un evento, qualcosa che è generalmente impossibile da fare con gli ambiti analogici (a meno che non sia possibile inserire un ritardo sufficientemente lungo negli input di dati, che realisticamente supera alcuni nanosecondi).