Pomiary oscyloskopowe okiem praktyka. cz. 5.pdf

POMIARY

Pomiary oscyloskopowe:

okiem praktyka, część 5

Ten odcinek cyklu poświęcamy

omówieniu podstawowych

zagadnień związanych

z wyzwalaniem podstawy

czasu oscyloskopu. Możliwości

współczesnych oscyloskopów

cyfrowych są coraz większe,

a układy wyzwalania za nimi

nadążają, dlatego warto wiedzieć

„co, jak i dlaczego” w nich się

dzieje.

Wzwalanie

Chociaż obecnie trudno sobie

wyobrazić użyteczność oscyloskopu

pozbawionego wyzwalania, to jed-

nak pierwsze oscyloskopy nie po-

siadały tej tak podstawowej dziś

funkcji. Początkowo podstawa czasu

synchronizowana była z okresowym

sygnałem badanym, ale rosnąca

złożoność sygnałów sprawiała, że

uzyskanie stabilnego obrazu stawało

się niemożliwe. Nie bez znaczenia

była też potrzeba obserwacji nie-

okresowych zjawisk losowych. Wy-

zwalaną podstawę czasu wykorzy-

stywano np. w marynarce USA już

podczas drugiej wojny światowej,

jednak w produktach komercyjnych

pojawiła się dopiero po jej zakoń-

czeniu, wraz z pierwszym modelem

511 ﬁrmy Tektronix.

Układ wyzwalania śledzi badany

sygnał i, jeśli spełnia on zadane

warunki, generuje impuls wyzwala-

jący. W efekcie, w oscyloskopie ana-

logowym uruchamia się generator

podstawy czasu, a plamka jest na

ekranie odchylana wzdłuż poziomej

osi. Oscyloskop cyfrowy po wyzwo-

leniu rejestruje ustaloną ilość pró-

bek (posttrigger), po czym kończy

proces pojedynczej akwizycji. Dzię-

ki wyzwalanej podstawie czasu ko-

lejne cykle rejestracji mają wspólny

punkt odniesienia, a obraz złożony

z kreślonych przebiegów może być

stabilny. Wspólny punkt odniesienia

deﬁniowany jest przez użytkownika

przez zadanie warunku wyzwala-

nia. Odnosi się to do wystąpienia

w mierzonym sygnale jakiegoś pre-

deﬁniowanego zdarzenia, np. osią-

gnięcia przez narastające zbocze

określonego poziomu.

W oscyloskopie analogowym

chwili wyzwolenia odpowiada za-

zwyczaj lewa krawędź ekranu.

Wynika to stąd, że sygnał jest re-

jestrowany dopiero po spełnieniu

warunku wyzwalania. Jedyny spo-

sób rejestracji sygnału przez oscy-

loskop analogowy stanowi bez-

pośrednie rysowanie przebiegu

na ekranie lampy. W połączeniu

z przypadkowym charakterem wy-

stąpienia wyzwolenia, powoduje

to niemożliwość rejestracji sygnału

przed wyzwoleniem. Częściowym

rozwiązaniem jest linia opóźniają-

ca. Ta część sygnału, która spowo-

dowała wyzwolenie, pojawi się na

wyjściu linii z opóźnieniem i ge-

nerator podstawy czasu zdąży już

rozpocząć odchylanie plamki w osi

poziomej. Tak można obserwować

zdarzenie, które spowodowało wy-

zwolenie, ale nie ma możliwości

płynnej regulacji opóźnienia linii.

W oscyloskopie cyfrowym rejestra-

cja sygnału odbywa się pośrednio

poprzez pamięć przyrządu. Próbki

dostarczane przez przetwornik ana-

logowo–cyfrowy mogą być ciągle

wpisywane do bufora kołowego.

Dzięki temu informacja o mierzo-

nym sygnale gromadzona jest cały

czas i w przypadkowym momencie

wyzwolenia bufor zawiera próbki

zapisane także przed wyzwoleniem.

Dlatego położenie punktu odniesie-

nia kolejnych rejestracji w rekor-

dzie akwizycji może zmieniać się

w szerokim zakresie. Typowo punkt

wyzwolenia jest umieszczany w po-

łowie rekordu, stwarzając warunki

do np. wygodnej obserwacji zboczy

przebiegu umieszczonych na środ-

ku ekranu.

Elektronika Praktyczna 5/2007

POMIARY

mentach. Przy obserwacji

sygnałów w kilku kana-

łach równocześnie zazwy-

czaj źródło wyzwalania

jest wspólne dla nich

wszystkich. Czasami sto-

sowane jest także przełą-

czanie źródła wyzwalania,

jak na rys. 16 . Poniżej

ekranu widoczny jest na-

pis „A ALT” oznaczający,

że główny obwód wyzwa-

lania A pracuje w trybie

przełączanym (alternate) .

Zadany poziom wyzwala-

nia jest sprawdzany dla

każdego z sygnałów, które

kreślone są bez zachowa-

nia informacji o ich wza-

jemnych relacjach czasowych. Jakie

to ma zastosowanie? Załóżmy, że

chcemy obserwować cztery wyjścia

generatora, na których generowane

są paczki impulsów. Jeśli dodatko-

wo występują one losowo, a prze-

sunięcia czasowe pomiędzy nimi są

o wiele dłuższe od ich szerokości,

to jednoczesna obserwacja impulsów

na wszystkich wyjściach generatora

stałaby się niemożliwa. Gdy jednak

zastosujemy przełączane źródło wy-

zwalania, to przebieg w każdym ka-

nale będzie wykreślany w momencie

wystąpienia interesującej nas paczki,

niezależnie od sygnałów w pozosta-

łych kanałach. Użyteczna bywa też

funkcja ustalająca jako źródło wy-

zwalania kanał o najniższym nume-

rze, w jakim obecny jest sygnał. To

przydatne zwłaszcza dla pomiarów

wielu punktów testowych z wyko-

rzystaniem kilku kanałów.

Cykl wyzwolenia i rejestracji

przebiegu może być jednorazowy

(Single Sweep) lub powtarzalny.

W drugim przypadku będzie uru-

chomiony wyłącznie po sygnale wy-

zwolenia (Norm) lub także

przy jego braku (Auto) . Je-

żeli brak jest sygnału wy-

zwalania, to ekran oscylo-

skopu pracującego w trybie

Norm pozostanie wygaszo-

ny. Podczas pracy w try-

bie automatycznym proces

rejestracji jest uruchamia-

ny po pewnym czasie,

nawet przy braku wyzwa-

lania. Dzięki temu, przy

braku sygnału na wejściu

na ekranie widoczna jest

pozioma linia informująca

o położeniu poziomu od-

Rys. 16. Przełączanie źródła wyzwalania (każdy

z kanałów jest źródłem wyzwalania sam dla

siebie)

Rys. 15. Wpływ wyzwalania podsta-

wy czasu na uzyskanie stabilnego

obrazu

niesienia. Jeżeli na danym wejściu

obecny jest sygnał, ale nie spełnia

on zadanego warunku wyzwalania,

to w trybie automatycznym obraz

na ekranie staje się niestabilny.

W oscyloskopie analogowym naj-

powszechniejszym rodzajem wyzwa-

lania jest wyzwalanie poziomem sy-

gnału. Poziom sygnału użytego jako

źródło wyzwalania jest wtedy po-

równywany przez komparator z po-

ziomem zadanym przez użytkow-

nika. Użyteczną modyﬁkację tego

rodzaju wyzwalania, wprowadzoną

przez Tektronix, stanowi automa-

tyczne określanie zakresu, w jakim

użytkownik może zmieniać zadawa-

ny poziom (Auto p–p) . Jest on rów-

ny wartości międzyszczytowej sy-

gnału wyzwalającego. Potencjometr,

za pomocą którego określa się żą-

dany poziom wyzwalania, połączo-

ny jest wtedy z detektorem wartości

szczytowej. W takich warunkach,

niezależnie od ustawienia potencjo-

metru, uzyskujemy stabilny obraz,

unikając zadania poziomu wyższego

od amplitudy sygnału źródłowego.

Czułość wyzwalania podawana

w katalogu określa, jaką minimalną

amplitudę powinien mieć sygnał

wyzwalający, aby wyzwalanie było

stabilne. Czułość maleje wraz ze

wzrostem częstotliwości. Dodatkowo,

pasmo poprawnej pracy obwodu

wyzwalania może być mniejsze od

szerokości pasma przyrządu. Oczy-

wiście nie dotyczy to oscyloskopów

klasy amatorskiej z pasmem kilku-

set MHz, ale przyrządów z górnej

półki, gdzie może to być ograni-

czone względami technologicznymi.

Innym ważnym parametrem poda-

wanym w katalogu jest szum fazo-

wy wyzwalania i on także dotyczy

oscyloskopów co najmniej średniej

klasy. Dla przyrządów dostępnych

dla amatorów najczęściej określa

się głównie funkcjonalność obwodu

wyzwalającego, podając dostępne

rodzaje wyzwalania.

Źródłem wyzwalania jest najczę-

ściej jeden z kanałów pomiarowych,

ale stosuje się też dodatkowe wej-

ścia służące wyłącznie do wyzwa-

lania przyrządu. Sprzężenie wejścia

wyzwalającego z obwodem wyzwala-

nia może być z pominięciem (AC)

lub nie (DC) składowej stałej. Bar-

dzo użyteczne bywa też stosowanie

ﬁltrów dolno– (HF Reject) i górno-

przepustowych (LF Reject) pozwala-

jących usunąć z sygnału wyzwalają-

cego składniki mogące powodować

wyzwalanie w niepożądanych mo-

Rys. 17. Wyzwalanie szerokością impulsu

Elektronika Praktyczna 5/2007

POMIARY

Rys. 18. Stabilny obraz uzyskany dzięki wy-

zwalaniu szerokością impulsu. Dla wyzwalania

zboczem przebiegi rejestrowane w kolejnych

cyklach akwizycji będą wzajemnie poprzesuwa-

-ne tworząc obraz nieczytelny

mierze decyduje różno-

rodność rodzajów wy-

zwalania. Obecnie nie-

mal standard stanowi

wyzwalanie szerokością

impulsu. Na rys. 17

widoczny jest przykład

takiego sposobu wyzwa-

lania. W tym przypadku

daje to możliwość zare-

jestrowania przebiegów

w kanałach 1, 2 i 4 pod-

czas wystąpienia w kana-

le 3 impulsu o szerokości

krótszej niż 478 ns. War-

to pamiętać, że jeśli czę-

stotliwość występowania

określonych impulsów

w kanale 3 jest mniej-

sza od częstotliwości po-

wtarzania automatycznej

podstawy czasu (zazwyczaj kilka

do kilkudziesięciu kHz), to w trybie

Auto zarejestrowane będą przebiegi

występujące także przy braku odpo-

wiednio wąskich impulsów w kana-

le 3. Sygnały takie, jak

np. widoczny na rys. 18,

trudno byłoby obserwo-

wać stosując wyzwalanie

zboczem, podczas gdy

wyzwalanie szerokością

impulsu pozwala uzyskać

stabilny obraz.

Szerokie możliwości

w zakresie deﬁniowania

warunku wyzwalania ofe-

rują oscyloskopy cyfro-

we. Przyrządy analogo-

we, niestety, znacznie im

ustępują. Do najczęściej

spotykanych rodzajów

wyzwalania należą:

– wyzwalanie zboczem

(e dge ). Wyzwolenie

następuje w momencie, kiedy

poziom sygnału wyzwalającego

przekracza określony próg. Moż-

liwe jest wyzwolenie po prze-

kroczeniu tego progu w dół (wy-

zwalanie na zboczu opadającym)

lub w górę (wyzwalanie na zbo-

czu narastającym), niekiedy też

na obu zboczach. Jest to naj-

powszechniej stosowany rodzaj

wyzwalania, dostępny w każdym

oscyloskopie

– wyzwalanie impulsem (pulse) .

Obejmuje ono zestaw parame-

trów opisujących impuls, których

spełnienie (bądź nie) spowodu-

je wyzwolenie oscyloskopu. Do

najczęściej spotykanych rodzajów

wyzwalania impulsem należą:

– wyzwalanie impulsem zakłóca-

jącym (glitch) . Wyzwolenie na-

stępuje, jeśli w sygnale wyzwa-

lającym wykryte zostaną szpilko-

we impulsy zakłócające węższe

od zdeﬁniowanej wartości oraz

o zadanej polaryzacji.

Rosnąca złożoność sygnałów po-

woduje, że proste wyzwalanie zbo-

czem jest niewystarczające. O funk-

cjonalności oscyloskopu w dużej

Rys. 19. Wyzwalanie sygnałem

wizyjnym w oscyloskopach TDS3000

rozszerzone jest o wyświetlanie tre-

ści obrazu

Rys. 20. Przykład wyzwalania wartością danej

magistrali równoległej w oscyloskopie sygna-

-łów mieszanych MSO4000

Elektronika Praktyczna 5/2007

POMIARY

Rys. 21. Pinpoint: wyzwalanie określone sekwen-

cją zdarzeń wraz z warunkiem ją kasującym

zadanej dolnej do gór-

nej wartości progowej.

– wyzwalanie cza-

sem granicznym (time-

out). Wyzwolenie oscy-

loskopu następuje, jeżeli

w sygnale wyzwalającym

nie zostanie wykryty ża-

den impuls w zadanym

przedziale czasu.

– wyzwalanie szero-

kością impulsu (pulse

width) . Aby nastąpiło

wyzwolenie, występu-

jący w sygnale wyzwa-

lającym impuls musi

mieć szerokość krótszą

(dłuższą lub równą) od

zadanej. Szerokość impulsu mie-

rzona jest na ustalonym przez

użytkownika poziomie napięcia.

– wyzwalanie sygnałem wizyjnym

(video). Wyzwolenie następuje

określonym polem lub linią sy-

gnału wizyjnego. W zależności

od konkretnej realizacji obsługi-

wane mogą być różne standardy:

SECAM, PAL, NTSC. Niektóre

oscyloskopy oferują w tym zakre-

sie szereg dodatkowych możliwo-

ści. Przykład stanowi TDS3000,

na ekranie którego można uzy-

skać podgląd obrazu ( rys. 19 ).

Jeden z ciekawszych przykładów

zaawansowanego wyzwalania wi-

doczny jest na rys. 20 . Przedstawia

on wynik rejestracji stanów logicz-

nych na magistrali równoległej przez

oscyloskop sygnałów mieszanych

Tektronix MSO-

4000. Jak widać,

wyzwolenie na-

stępuje w mo-

mencie, gdy na

magistrali wystą-

pi wartość 7D

hex. Oczywiście

w momencie wy-

stąpienia zadanej

wartości na ma-

gistrali cyfrowej

mogą też być re-

jestrowane sygna-

ły analogowe.

Rosnąca zło-

żoność mierzo-

nych sygnałów

wymusza two-

rzenie bardziej

wyszukanych

sposobów deﬁ-

niowania warun-

ku wyzwalania.

Jednym z kroków w tym kierunku

jest wyzwalanie sekwencyjne. Skła-

da się ono z dwóch obwodów wy-

zwalających. Spełnienie warunku

określonego dla pierwszego z nich

uzbraja oscyloskop oraz przygoto-

wuje drugi układ wyzwalający. Po

zadanym opóźnieniu (odmierzanym

w jednostkach czasu lub liczbą wy-

stąpień zdeﬁniowanego zdarzenia),

drugi z obwodów wyzwala oscylo-

skop. Umożliwia to określenie tak

złożonych warunków wyzwalania,

jak np. wyzwolenie i zarejestrowa-

nie sygnału po tym, jak upłynie

zadany czas od wystąpienia okre-

ślonej liczby impulsów. Impulsy te

z kolei mogą być odliczane po tym,

jak w innym sygnale wystąpiło ja-

kieś predeﬁniowane zdarzenie, np.

jego wartość przekroczyła określony

poziom. Użyteczność wyzwalania

tego typu docenia się zwłaszcza

podczas pomiarów w urządzeniach

cyfrowych.

Najbardziej zaawansowanym

obwodem wyzwalania tego typu

jest wyzwalanie Pinpoint stosowa-

ne w przyrządach ﬁrmy Tektronix.

Składa się ono z dwóch identycz-

nych obwodów wyposażonych w tak

samo bogaty zestaw deﬁnicji zda-

rzeń wyzwalających. Wprowadzona

też została zdolność kasowania se-

kwencji w określonych warunkach.

Dzięki temu możliwości opisu

momentu wyzwolenia są ogrom-

ne. Myślę, że warto odnotować na

marginesie następującą ciekawostkę:

na początku lat siedemdziesiątych

stopień technologicznego zaawanso-

wania oscyloskopów analogowych

serii 7000 reklamowany był przez

Tektronix stwierdzeniem, że zasto-

sowano układy scalone zawierające

ponad 1440 emiterów. Obecnie, gdy

wyzwalanie Pinpoint stosowane jest

m.in. w oscyloskopach cyfrowych

TDS7000, reklama głosi, że oferuje

ono ponad 1440 kombinacji opisu

zdarzeń wyzwalających.

Przykład zastosowania wyzwa-

lania Pinpoint widoczny jest na

rys. 21 . Zadana sekwencja wyzwa-

lająca obejmuje tu przekroczenie

przez sygnał w kanale 1 poziomu

24 mV (zbocze narastające) i odli-

czeniu 3 impulsów przecinających

poziom –308 mV. Oczywiście sygnał

zostanie zarejestrowany tylko wów-

czas, gdy nie będzie spełniony wa-

runek zerowania sekwencji.

Andrzej Kamieniecki, Tespol

– wyzwalanie impulsem niepeł-

nym (runt). Użytkownik określa

dwa napięciowe poziomy progo-

we (dolny i górny), które prze-

kracza normalny impuls wystę-

pujący w sygnale wyzwalającym.

Jeżeli któryś z impulsów pomię-

dzy podwójnym przekroczeniem

dolnego progu nie przekroczy

progu górnego, oznacza to że

jest niepełny (np. zbyt niski)

i spowoduje wyzwolenie.

– wyzwalanie szybkością narasta-

nia (slew rate, transition time) .

Jeśli czas narostu zbocza jest

krótszy (dłuższy bądź równy) od

zadanego, to nastąpi wyzwolenie.

Szybkość narastania deﬁniuje się

poprzez podanie odcinka czasu,

w którym poziom sygnału powi-

nien zmienić swą wartość od

Rys. 22. Automat stanów wyzwalania Pinpoint

Elektronika Praktyczna 5/2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: