靈活使用示波器觸發(fā)功能，幫助大大提高測(cè)量效率

每個(gè)工程師剛剛開(kāi)始接觸示波器的時(shí)候，都是從最基礎(chǔ)的數(shù)字信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量開(kāi)始測(cè)量的。找一塊板子，接一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，測(cè)量它們的最大/最小電壓(Max/Min)、建立/保持時(shí)間(Setup/Hold Time)、上升/下降時(shí)間(Rise/Fall Time)等基礎(chǔ)參數(shù)。這些基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)量老工程師們都耳熟能詳，也都知道怎么去測(cè)量它們，但很多朋友卻不知道，如果能靈活地使用示波器的各種觸發(fā)功能進(jìn)行輔助，將會(huì)使測(cè)量時(shí)間大大縮短，測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)。下面我們來(lái)看一看示波器的觸發(fā)功能在信號(hào)質(zhì)量測(cè)量時(shí)的一些經(jīng)典應(yīng)用。

最古老的也是最經(jīng)典的觸發(fā) – 邊沿觸發(fā) 帶給我們的啟示

邊沿觸發(fā)從示波器誕生之日起就與示波器密不可分，最早的模擬示波器只有一種觸發(fā)功能，就是邊沿觸發(fā)。邊沿觸發(fā)非常簡(jiǎn)單和常用，以至于很多工程師用了幾年的示波器都沒(méi)有意識(shí)到這是一種觸發(fā)功能。邊沿觸發(fā)包括上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，以上升沿觸發(fā)為例，示波器的觸發(fā)器會(huì)比較觸發(fā)電平(Trigger Level)前后兩個(gè)點(diǎn)的電壓，當(dāng)后一個(gè)點(diǎn)的電壓高于前一個(gè)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)判定為上升沿觸發(fā)；下降沿觸發(fā)則反之。

信號(hào)的最大/最小電壓(Max/Min)測(cè)量是一個(gè)常規(guī)的測(cè)量項(xiàng)目，一般常用的方法有兩種，一種是直接用示波器的自動(dòng)測(cè)量，打開(kāi)統(tǒng)計(jì)功能，找出最大/最小值，第二種是打開(kāi)示波器的無(wú)限余輝，累積一段時(shí)間后，用光標(biāo)測(cè)量最大/最小值。但這兩種方法都有一個(gè)小缺點(diǎn)，就是無(wú)法直觀(guān)地看到Max/Min電壓所對(duì)應(yīng)的波形。對(duì)于Debug而言，更希望能清楚地看到這個(gè)最壞的波形，以便能找到調(diào)試的思路。利用傳統(tǒng)的邊沿觸發(fā)，通過(guò)調(diào)節(jié)邊沿觸發(fā)的觸發(fā)電平，我們就可以輕松地看到最大/最小電壓所對(duì)應(yīng)的波形并進(jìn)行測(cè)量。

選擇上升沿觸發(fā)，將觸發(fā)模式調(diào)成 Normal (注1)。然后慢慢調(diào)高觸發(fā)電平，直到觸發(fā)事件變得非常稀少(示波器面板上Trig’d綠色指示燈的亮/滅間隔明顯變長(zhǎng) 或 屏幕波形刷新速度明顯變慢)，這意味著電壓的上升已處于極限位置，此時(shí)觸發(fā)點(diǎn)的波形就是最大電壓的波形。同理，選擇下降沿觸發(fā)，調(diào)低觸發(fā)電平，可以精確定位最小電壓所對(duì)應(yīng)的波形。

圖1: 測(cè)量時(shí)一般觸發(fā)電平位于峰峰值的50%位置，很難觸發(fā)到最大/最小電壓對(duì)應(yīng)的波形

圖2: 通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電平的大小，使最大電壓清晰地浮出水面

建立/保持時(shí)間測(cè)量的技巧

建立/保持時(shí)間測(cè)量是一個(gè)讓人很頭疼的項(xiàng)目。這個(gè)測(cè)量的偶然性太大，這次你測(cè)出來(lái)的是一個(gè)很不錯(cuò)的結(jié)果，下次測(cè)量時(shí)卻可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范。測(cè)試工程師最擔(dān)心的就是自己測(cè)量出來(lái)的結(jié)果和客戶(hù)的測(cè)量結(jié)果不一致而受到質(zhì)疑，怎么才能找出最差的狀況作為測(cè)量結(jié)果，讓客戶(hù)無(wú)話(huà)可說(shuō)呢？很多工程師采用重復(fù)測(cè)量若干次，取最差值作為測(cè)量結(jié)果的方法。這種有限枚舉的方法有一定的可取性，但仍有很大的偶然性。更好的辦法是利用泰克示波器的建立/保持時(shí)間違規(guī)觸發(fā)功能，直接找到最差的建立/保持時(shí)間。不僅可以大大節(jié)省測(cè)量時(shí)間，還能保證測(cè)量結(jié)果的說(shuō)服力。

泰克示波器的建立/保持觸發(fā)的原理是當(dāng)觸發(fā)器偵測(cè)到數(shù)據(jù)信號(hào)的建立時(shí)間或保持時(shí)間違規(guī)(小于設(shè)定值)時(shí)，示波器就會(huì)觸發(fā)。當(dāng)我們需要測(cè)量建立時(shí)間時(shí)，將保持時(shí)間的限定設(shè)為0 (確保保持時(shí)間不會(huì)違規(guī))，緩慢調(diào)低建立時(shí)間的限定，當(dāng)觸發(fā)事件變得稀少時(shí)，即可定位最差的建立時(shí)間，此時(shí)我們就可以進(jìn)行測(cè)量了。同理，測(cè)量保持時(shí)間時(shí)將建立時(shí)間的限定設(shè)為0，調(diào)節(jié)保持時(shí)間的限定即可定位最差的保持時(shí)間。

圖3: 建立/保持觸發(fā)是測(cè)量建立/保持時(shí)間的好助手

上升/下降時(shí)間的另一種測(cè)法

上升/下降時(shí)間的測(cè)量同樣可以用觸發(fā)的方式來(lái)進(jìn)行輔助，以直觀(guān)地看到最差的上升/下降時(shí)間時(shí)的波形。選擇觸發(fā)方式為T(mén)ransition觸發(fā)，輸入低電壓和高電壓的值，選擇觸發(fā)條件為“Greater Than”，即跳變沿時(shí)間大于設(shè)定值時(shí)觸發(fā)。然后慢慢調(diào)高設(shè)定值的大小，直至觸發(fā)事件變得稀少時(shí)，即可精確觸發(fā)上升/下降時(shí)間最大的波形。

圖4: 利用跳變沿時(shí)間觸發(fā)定位最差的上升/下降時(shí)間的波形

尋找高速串行總線(xiàn)中的長(zhǎng)碼型事件

高速串行總線(xiàn)中的碼型復(fù)雜多變。不同的碼型往往擁有不同的信號(hào)特性。比如，在接收端, 跳變沿比特位(transition bit)往往電壓幅度較低，非跳變沿比特位(non-transition bit )則幅度較高，過(guò)長(zhǎng)的連續(xù)1或連續(xù)0可能引起電壓的跌落(Droop)。有的時(shí)候我們希望能觀(guān)察和測(cè)量一些特定的碼型的狀況，比如連續(xù)4以上個(gè)“1”或“0”時(shí)的碼型。這個(gè)時(shí)候我們可以使用脈沖寬度觸發(fā)(Pulse Width Trigger）或者超時(shí)觸發(fā)(Timeout Trigger)來(lái)定位感興趣的碼型。

所謂脈沖寬度觸發(fā)，即分別設(shè)定脈沖寬度的上限和下限，當(dāng)脈沖寬度介于上下限之間時(shí)，示波器就會(huì)觸發(fā)。以PCI-E一代 2.5Gbps信號(hào)為例，當(dāng)我們想觸發(fā)連續(xù)4個(gè)以上“1 ”時(shí)，可以設(shè)定一個(gè)小于1.6ns (連續(xù)4bit的標(biāo)準(zhǔn)脈寬)且大于1.2ns (連續(xù)3bit的標(biāo)準(zhǔn)脈寬)的下限 (如1.4ns)，設(shè)定一個(gè)大于1.6ns的上限，脈沖類(lèi)型選擇正向脈沖，就可以精確觸發(fā)了。超時(shí)觸發(fā)和脈沖寬度觸發(fā)類(lèi)似，差別在于超時(shí)觸發(fā)只需設(shè)定寬度的下限，無(wú)需設(shè)定上限。在此例中，這兩種觸發(fā)方式都是可行的。

圖5 利用脈沖寬度觸發(fā)定位長(zhǎng)“1”碼型

由于篇幅的關(guān)系，只能簡(jiǎn)單地介紹幾種對(duì)于提高測(cè)量效率有用的觸發(fā)方式，拋磚引玉，希望能給大家的信號(hào)測(cè)量帶來(lái)一點(diǎn)幫助。

注1：示波器的觸發(fā)分為兩種模式，一種是Normal模式，一種是Auto模式。Normal模式下，只有當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)，屏幕波形才會(huì)刷新；Auto模式下，如果限定時(shí)間內(nèi)(一般是0.5秒)沒(méi)有觸發(fā)事件發(fā)生，示波器就會(huì)強(qiáng)制觸發(fā)。當(dāng)觸發(fā)事件概率較低時(shí)，我們一般會(huì)使用Normal觸發(fā)，只觀(guān)察我們感興趣的觸發(fā)波形。