Wie funktioniert der Oszilloskop-Trigger wirklich?

Ich versuche mehr über digitale Oszilloskope zu lernen, insbesondere das Triggern. So funktioniert der Trigger: Nehmen wir an, ich versetze den Trigger in den Flankenmodus und den Pegel in 5V. Wenn das gemessene Signal dann 5 V erreicht, wird der ADC des Oszilloskops aktiviert und beginnt, das Signal abzutasten. Einige Datenpunkte werden gesammelt und auf dem Bildschirm dargestellt. Dann gibt es eine kleine "Totzeit", nach der das Oszilloskop erneut darauf wartet, dass die Auslösebedingung erfüllt ist, und die gleiche Anzahl von Datenpunkten wird erneut gesammelt. Diese sollten nun mit den vorherigen Samples übereinstimmen, sodass die Ausgabe des Oszilloskops auf dem Bildschirm stabil aussieht.

Die Zeitachse verstehe ich nicht ganz. Ich glaube, dass der Ursprung des Gitters, in dem sich die hervorgehobenen gepunkteten Linien schneiden, der Auslösepunkt ist. Zu diesem Zeitpunkt (bei "t = 0") sollte die Spannung gleich der Triggerpegelspannung sein. Habe ich soweit Recht? Die Sache ist, dass dies bei meinem Oszilloskop nicht immer der Fall ist. Manchmal entspricht die Spannung am Ursprung nicht dem Triggerpegel und das Signal driftet sogar langsam in beide Richtungen. Was bewirkt, dass das Signal driftet, auch wenn der Trigger gesetzt ist?

Eine weitere Verwirrung, die ich habe: Ich habe die rechte Seite des Ursprungs gesehen, die als "Post-Trigger" -Daten und die linke Seite als "Pre-Trigger" -Daten bezeichnet werden. Wie kommt es zu Daten vor dem Trigger, wenn die Datenerfassung vom Trigger aus startet? Sollte sich der Auslösepunkt nicht tatsächlich ganz links auf dem Bildschirm befinden?

Lassen Sie uns aus Gründen des allgemeinen Interesses ein wenig in die Vergangenheit zurückgehen und darüber sprechen, wie das Triggern von analogen Oszilloskopen funktioniert.

Old-School-Oszilloskope sind Vektorgeräte . Mit anderen Worten wird der Punkt auf dem Bildschirm durch zwei Spannungen manipuliert. Man bewegt es vertikal, man bewegt es horizontal. Sie tun dies durch elektrostatische Ablenkung eines Elektronenstrahls. Effektiv liegt die Spannung an den Umlenkblechen direkt an der Position des "Punkts" auf der Zielfernrohranzeige.

Da die Anzeige die Spannung direkt in die Punktposition umsetzt, ist es einfach genug, dies für den vertikalen Wert (z. B. die Größe) der Kurve durchzuführen. Sie puffern und verstärken das Eingangssignal einfach nach Bedarf und legen es an die vertikalen Ablenkplatten an.

Der horizontale Durchlauf wird intern durch eine an einem Kondensator gespeicherte Spannung gesteuert (die dann verstärkt wird, um die Platten auf die gleiche Weise wie die vertikalen Platten anzutreiben). Das Abtasten wurde durch eine Stromquelle erreicht, die diesen Kondensator auflädt. Wenn Sie die horizontale Zeitbasis geändert haben, haben Sie den Ladestrom geändert oder den Kondensatorwert geändert.

Der Trigger hat im Grunde genommen den Kondensator kurzgeschlossen, sodass der Strahl (der den Punkt ergibt) in X auf eine einzelne Position geklemmt wird. Wenn das Triggerereignis eintritt, kippt er eine Verriegelung im Oszilloskop und der Kondensatorintegrator beginnt sich zu akkumulieren Erzeugt einen linearen Sweep über den Bildschirm.

Sobald die Kondensatorladung eine bestimmte Spannung erreicht, wird der Sweep als "erledigt" behandelt, die Ladung im Kondensator wird über den elektronischen Schalter abgelassen und das System ist dann für ein anderes Auslöseereignis bereit.

Dies ist relevant, da ein Großteil der Sprache, die das Triggern von Oszilloskopen umgibt, von analogen Oszilloskopen abgeleitet ist. Die "Totzeit" liegt daran, dass für ein analoges Oszilloskop eine Zeitdauer ungleich Null erforderlich ist, bis sich der Horizontal-Wobbelkondensator entladen hat. Es ist durchaus möglich, ein digitales Oszilloskop ohne Totzeit zu produzieren.

Tangente:

Das Abrufen von Daten vor dem Triggerereignis ist mit einem analogen Oszilloskop viel schwieriger. Die einzige Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, eine sogenannte Verzögerungsleitung zu verwenden .

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Signal > -----+-->| Delay Line |>--->| Analog In           |
              |                      |                     |
              |                      |    Oscilloscope     |
              |                      |                     |
              +--------------------->| Trigger In          |
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Verwenden Sie die Verzögerungsleitung, um das Eingangssignal zu verzögern, und verwenden Sie einen separaten Triggereingang für den eigentlichen Trigger. Auf diese Weise verschieben Sie den Beginn der Spur effektiv zeitlich um die Zeit, um die sich die Verzögerungsleitung verzögert (im Allgemeinen bis zu einigen hundert Nanosekunden).

Der Nachteil dieser Technik ist, dass Sie ein spezielles Widget (die Verzögerungsleitung) benötigen. Sie haben im Allgemeinen eine feste Verzögerung und können je nach Bandbreite und Eigenschaften Ihr Signal beeinflussen.

Wenn das gemessene Signal dann 5 V erreicht, wird der ADC des Oszilloskops aktiviert und beginnt, das Signal abzutasten. Einige Datenpunkte werden gesammelt und auf dem Bildschirm dargestellt.

Der ADC des Oszilloskops wird kontinuierlich ausgeführt und sammelt Daten. Der Trigger steuert, was angezeigt wird.

Dann gibt es eine kleine "Totzeit", nach der der Bereich erneut darauf wartet, dass die Auslösebedingung erfüllt ist, und die gleiche Anzahl von Datenpunkten wird erneut gesammelt. Diese sollten nun mit den vorherigen Samples übereinstimmen, sodass die Ausgabe des Oszilloskops auf dem Bildschirm stabil aussieht.

Dies ist nur der Fall, wenn Ihr Signal perfekt periodisch ist und Sie explizit nur ausgelöste Daten anzeigen (viele Bereiche verfügen über eine "automatische" Auslösefunktion, die Daten anzeigt, auch wenn der Bereich nicht ausgelöst wurde). Wie von Hearth in den Kommentaren zu meiner Antwort erwähnt, wird die von Ihnen beschriebene "Totzeit" als Holdoff bezeichnet , und die korrekte Einstellung ist für das Auslösen bestimmter Wellenformen von entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel würde ein periodisches Signal mit zwei schnellen Impulsen, gefolgt von einer langen Verzögerung, eine Verzögerung erfordern, die lang genug ist, um den zweiten Impuls zu ignorieren (damit das Oszilloskop beim zweiten Impuls nicht erneut ausgelöst wird).

Die Zeitachse verstehe ich nicht ganz. Ich glaube, dass der Ursprung des Gitters, in dem sich die hervorgehobenen gepunkteten Linien schneiden, der Auslösepunkt ist. Zu diesem Zeitpunkt (bei "t = 0") sollte die Spannung gleich der Triggerpegelspannung sein. Habe ich soweit Recht?

Ja.

Die Sache ist, dass dies bei meinem Oszilloskop nicht immer der Fall ist. Manchmal entspricht die Spannung am Ursprung nicht dem Triggerpegel, und das Signal driftet sogar langsam in beide Richtungen. Was bewirkt, dass das Signal driftet, auch wenn der Trigger gesetzt ist?

Die x-Achse ist bei den meisten Oszilloskopen beweglich. Wenn Sie sich Ihren Screenshot genau ansehen, sehen Sie oben auf dem Bildschirm einen weißen Pfeil, der nach unten zeigt. Das ist deine Horizontale ($t = 0$) Referenz. Sie werden auch einen gelben Pfeil nach links und rechts bemerken, der den aktuell eingestellten Triggerpegel anzeigt.

Eine weitere Verwirrung, die ich habe: Ich habe die rechte Seite des Ursprungs gesehen, die als "Post-Trigger" -Daten und die linke Seite als "Pre-Trigger" -Daten bezeichnet werden. Wie kommt es zu Daten vor dem Trigger, wenn die Datenerfassung vom Trigger aus startet? Sollte sich der Auslösepunkt nicht tatsächlich ganz links auf dem Bildschirm befinden?

Der Bereich erfasst kontinuierlich Daten, zeigt diese jedoch nur an, wenn die erfassten Daten die Auslösebedingungen erfüllen. Abhängig von Ihrer horizontalen Position variiert die Anzahl der angezeigten Post-Trigger- oder Pre-Trigger-Daten.

Während Standard-USB-Oszilloskope eine kontinuierliche Software \ digitale Triggerung verwenden, funktionieren Benchtop-Oszilloskope nicht so. Bei hohen Geschwindigkeiten ist zu viel analoge Bandbreite vorhanden, um alle Informationen mit einem ADC überwachen zu können. Zumal moderne Zielfernrohre erweiterte Auslöseoptionen haben.

Moderne Oszilloskope verfügen über Komparatoren, die die ankommende Spannung auf einen voreingestellten Wert vergleichen und darauf triggern. Bei hohen Geschwindigkeiten kann der ADC mit den Daten Schritt halten, die Verarbeitung wird jedoch zu einem Problem. Wenn der Bereich ausgelöst wird, werden die ADC-Daten nur um den Auslösepunkt angezeigt.

Quelle: Keysight

Manchmal entspricht die Spannung am Ursprung nicht dem Triggerpegel, und das Signal driftet sogar langsam in beide Richtungen. Was bewirkt, dass das Signal driftet, auch wenn der Trigger gesetzt ist?

Der kleine Pfeil bestimmt, wo der Triggerpegel des Oszilloskops ausgelöst wird.

Eine weitere Verwirrung, die ich habe: Ich habe die rechte Seite des Ursprungs gesehen, die als "Post-Trigger" -Daten und die linke Seite als "Pre-Trigger" -Daten bezeichnet werden. Wie kommt es zu Daten vor dem Trigger, wenn die Datenerfassung vom Trigger aus startet? Sollte sich der Auslösepunkt nicht tatsächlich ganz links auf dem Bildschirm befinden?

Wenn Sie die Schaltfläche für die horizontale Position verwenden, können Sie den Triggerpunkt nach links verschieben und mehr Daten nach rechts abrufen. Da die meisten Menschen daran interessiert sind, was vor dem Trigger passiert, zeigen Oszilloskope dies auch.

Was bewirkt, dass das Signal driftet, auch wenn der Trigger gesetzt ist?

Die gefürchtete Drift kann sehr viele Ursachen haben ...

• Sie schauen auf Kanal 1, aber der Trigger schaut auf den Eingang von Kanal 2, oder einige Oszilloskope haben eine EXTernal-Trigger-Eingangsbuchse. Gehen Sie nicht einfach davon aus, dass der Trigger immer die gleiche Welle anzeigt, die Sie gerade sehen.
• Viele Bereiche haben ein Trigger-Menü, das ungefähr so ​​aussieht: Auto, Normal, Single . Wenn der Bereich in Normal oder Single keinen Trigger erhält , wird eine leere Anzeige angezeigt.
  In Auto wartet ein Oszilloskop jedoch häufig eine kurze Zeit und sucht nach einem Auslöser. Wenn es keinen Eingang sieht, den es auslösen kann, zeigt es an, was sich in diesem Moment in seinem Datenpuffer befindet ... Sie erhalten eine driftende Anzeige. Die Ursache könnte sein, dass Ihr Triggerpegelregler zu hoch (über der Wellenform oben) oder zu niedrig (unter der Wellenform unten) eingestellt ist.
• Triggerschaltungen erfordern oft einen angemessenen Signalpegel. Wenn die Wellenform auf dem Bildschirm zu klein ist, wird möglicherweise kein Trigger generiert.
• Triggermenüs können exotische Modi enthalten, in denen beispielsweise ein Videosignal erwartet wird. Funktioniert gut bei einem Videosignal, nicht so gut bei anderen Wellenformen.
• Andere Triggeroptionen bieten möglicherweise Rauschfilterung, Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Unterdrückung. Diese können den Auslösevorgang bei einer Wellenform beeinträchtigen, die auf Ihrem Display sauber angezeigt wird.
• Auf Ihrem Foto wird der Auslösepunkt in der Mitte der Zeitskala angezeigt (dort, wo er am häufigsten verwendet wird). Das ist der winzige Pfeil nach unten. Manchmal kann es jedoch vorkommen, dass der Triggerpunkt WAY offscreen ist. Ihr Oszilloskop sagt ja, ich triggere (grünes Triggersymbol in Ihrem Foto), aber die angezeigte Welle treibt oder ist nervös. Wenn Sie den Abzug mit der Horiz-Position- Steuerung nach Hause bringen, werden Sie wahrscheinlich feststellen, dass die Drift oder der Jitter verschwindet.

Mit der Zeit können Sie lernen, die richtige Steuerung zum Wiederherstellen der Anzeigequalität zu finden, ohne auf Autoset zurückgreifen zu müssen . Das Betrachten eines Teils einer komplexen Wellenform kann in vielen Menüs korrekte Einstellungen erfordern. Autoset löscht alle und trifft manchmal schlechte Entscheidungen.

So funktioniert der Trigger: Nehmen wir an, ich versetze den Trigger in den Flankenmodus und den Pegel in 5V. Wenn das gemessene Signal dann 5 V erreicht, wird der ADC des Oszilloskops aktiviert und beginnt, das Signal abzutasten. Einige Datenpunkte werden gesammelt und auf dem Bildschirm dargestellt. Dann gibt es eine kleine "Totzeit", nach der der Bereich erneut darauf wartet, dass die Auslösebedingung erfüllt ist, und die gleiche Anzahl von Datenpunkten wird erneut gesammelt. Diese sollten nun mit den vorherigen Samples übereinstimmen, sodass die Ausgabe des Oszilloskops auf dem Bildschirm stabil aussieht.

So funktionierten alte analoge Oszilloskope. Digitale Bereiche sind unterschiedlich. Der ADC erfasst kontinuierlich Daten in einem Puffer. Zunächst wird der Trigger ignoriert, bis der Puffer vor dem Trigger voll ist. Dann überschreibt es kontinuierlich diesen Puffer, während es nach der Triggerbedingung sucht. Wenn der Trigger gefunden wurde, füllt der Bereich den Rest des Puffers aus und zeigt den gesamten Puffer an. Auf diese Weise kann der Triggerpunkt an einer beliebigen Stelle in der Oszilloskopanzeige platziert werden. Im Gegensatz dazu ist der Triggerpunkt in analogen Bereichen nicht annähernd so flexibel und kann im Allgemeinen nur von der linken Seite des Displays aus platziert werden. Mit Verzögerungsleitungen kann es um einige ns auf das Display verschoben werden.

Die Totzeit in einem digitalen Bereich ist, wie lange es dauert, den Puffer nach einem Trigger zu verarbeiten und anzuzeigen, wie lange es dauert, die Erfassungshardware zurückzusetzen, um eine neue Erfassung zu erfassen, und wie lange es dauert, den Puffer vor dem Trigger zu füllen. Einige dieser Vorgänge können gelegentlich parallel ausgeführt oder durch spezielle Hardware für die Erfassung und Signalverarbeitung beschleunigt werden.

Die Zeitachse verstehe ich nicht ganz. Ich glaube, dass der Ursprung des Gitters, in dem sich die hervorgehobenen gepunkteten Linien schneiden, der Auslösepunkt ist. Zu diesem Zeitpunkt (bei "t = 0") sollte die Spannung gleich der Triggerpegelspannung sein. Habe ich soweit Recht? Die Sache ist, dass dies bei meinem Oszilloskop nicht immer der Fall ist. Manchmal entspricht die Spannung am Ursprung nicht dem Triggerpegel, und das Signal driftet sogar langsam in beide Richtungen. Was bewirkt, dass das Signal driftet, auch wenn der Trigger gesetzt ist?

In Ihrem Screenshot scheint das Signal den Triggerpunkt zu überschreiten, der durch die kleinen Pfeile für Triggerpegel und Position angezeigt wird. Genau das sollten Sie erwarten.

In einigen Bereichen (insbesondere im oberen Bereich) kann der Triggerpfad vom Erfassungspfad getrennt sein. In diesem Fall stammen die Triggersignale intern von Komparatoren, und es ist möglich, dass die Kalibrierung zwischen dem ADC und dem Triggerkomparator driftet, sodass der Triggerpegel und möglicherweise die Position nicht so genau sind, wie sie sein sollten.

Eine weitere Verwirrung, die ich habe: Ich habe die rechte Seite des Ursprungs gesehen, die als "Post-Trigger" -Daten und die linke Seite als "Pre-Trigger" -Daten bezeichnet werden. Wie kommt es zu Daten vor dem Trigger, wenn die Datenerfassung vom Trigger aus startet? Sollte sich der Auslösepunkt nicht tatsächlich ganz links auf dem Bildschirm befinden?

Auch in einem digitalen Bereich ist die Erfassung kontinuierlich und der Bereich verwaltet einen Pre-Trigger-Puffer, der kontinuierlich aktualisiert wird, bis die Triggerbedingung eintritt. Dies ist eine äußerst leistungsstarke Funktion, mit der Sie einen Blick auf die Ereignisse vor einem Ereignis werfen können, was mit analogen Bereichen im Allgemeinen nicht möglich ist (es sei denn, Sie können eine ausreichend lange Verzögerung in die Dateneingänge einfügen, die bei einigen realistisch ausfällt Nanosekunden).