滿足序列量測需求 示波器觸發能力大幅提升

作者: Tomas Berghall
2005 年 11 月 10 日

觸發式示波器改變量測應用已經過了60年,其中觸發為螢幕能夠穩定顯示重複波形的關鍵因素,也是擷取單一事件的工具,從侷限於實驗室的工具,搖身一變電子量測廣泛解決方案的角色。
 

第一代觸發儀器以及後面數代都依賴邊緣觸發,使得示波器顯示穩定的波形,當訊號進入示波器垂直輸入時,觸發電路將會監視水平軸 (時基)。如果要擷取訊號時,使用者必須設定觸發振幅臨界值。當波形轉換超過臨界值時,儀器將會記錄該訊號。在許多高階的類比示波器中已有「延遲觸發」的功能,一般常以B觸發稱之。其主要功能就是可以在主要的觸發條件中再設定延遲一段時間再顯示波形。不過一直到最近這兩種觸發條件均以邊緣(Edge)觸發為主。目前太克科技提供了全新的A、B觸發的功能。
 

整合兩個觸發系統
 

最後觸發引起示波器擷取有問題訊號的原因,端視下列條件而定:
 

.A事件是否發生?使用者可以設定邊緣、突波、矮波、或其他條件。
 

.當A事件發生時,正確邏輯狀態(從兩個不同輸入搜集的資料)是否存在?
 

.是否滿足A與B觸發之間的延遲條件?延遲條件可以時間或事件計數來表示。
 

.B事件是否發生?它可能是設定/保持時間違反、矮波或A觸發系統可使用的任何選擇設定。
 

.當B事件發生時,正確邏輯狀態 (從兩個不同輸入蒐集的資料) 是否存在?
 

.在本程序的任何時點,重新設定的條件是否發生?重新設定經由旁路回至原來開始點。
 

本觸發系統架構的觀念模式來自電腦程式使用的邏輯敘述「假如-然後-否則」,其基本邏輯說明如下:
 

.假如,A事件/條件符合時。
 

.然後,假如B事件/條件符合時,能夠觸發B系統。
 

.否則,符合重新設定條件時,回到原來起點重新開始。
 

圖1隱含這些條件敘述 (例如A與B之間的計時器/計數器)含有其他限定元,因此,不論B事件是否發生,A事件之後,重新設定可能隨時發生。
 

利用雙觸發器尋找一個脈衝
 

最近硬碟機設計提供有用的對稱雙觸發系統。在每個寫入週期(WE),設計讀取/寫入電路,以便能夠執行寫入32個脈衝,圖2說明較長週期與個別脈衝寫入資料之關係。
 

在這個新興設計中,有些週期可能產生一個額外的脈衝。雖然無法預測第33脈衝何時發生,但是有些擷取第33脈衝的方法,可以容易辨認其他系統的相關事件。
 

一個更理想的解決方案是,僅當第33脈衝發生時才能觸發啟動,這種方式的優點是螢幕上將會自動顯示想要鎖定的脈衝週期,免除繁瑣的手動捲取搜尋,當然也將會儲存觸發前後的相關資料,但可確保第33脈衝發生時才能觸發啟動。
 

磁碟機設計者設定一個相依觸發器,其寫入脈衝的正向前緣(Positive-going)扮演A啟動器事件,而負向後緣(Negative-going)變為重新設定的條件。經由A觸發,時延計數器將會計算脈衝數。當出現第32脈衝時,它會促使B觸發器監視第33脈衝。當偵測出特定的脈衝頻寬時,B系統將會觸發;如果這種情況發生時,示波器將會觸發並紀錄資料,假如沒有發生第33脈衝時,重新設定A觸發,並重新開始全部程序。電路邏輯設計錯誤造成第33脈衝產生異常,設計者現在可以縮小除錯的範圍。
 

有效偵測通道對通道偏 移示波器為監控偏移之強大工具
 

許多序列通訊技術從單一通道序列傳輸架構開始,然後發展至多通道同步傳輸,以便高速傳送資料。這些通道設計並非如同並列匯流排那樣保持同步,因為這些資料會在目的元件內重新組合,而且序列連結網路資料傳輸封包之間,所容許的延遲偏移是有限制的。如果不能符合這個限制,這也就是所謂的「通道違反」。
 

而且,全功能雙觸發系統示波器是觀測監控偏移變化的強力工具。觀看圖3的例子,該設計為偏移量測通過失敗檢測(在視窗時間8ns內),設定過程如下:
 

.A事件在通道0是一個逗號字元,因為它有一個可預測的脈衝頻寬,使用頻寬觸發格式能夠偵測逗號字元。
 

.B事件在通道1是一個逗號字元,由B系統定義的頻寬觸發器來擷取。
 

.A與B觸發器間的延遲設定為16.8ns做為測試規格,這個成為鎖定視窗之「早期」臨界值。
 

.時間設定值為24.8ns,也就是匯流排標準公差,這個是其他視窗之臨界值。
 

本設計中如果偵測出A事件時,則通道1偏移量介於16.8ns與24.8ns之間時,此時B觸發器將會正式啟動。如果在24.8ns時限內無法偵測出B事件時,則示波器將重新設定A觸發器,並且開始搜尋新的週期,圖3為擷取顯示兩通道之間的偏移為19.8ns。
 

快速偵測信標寬度錯誤
 

現在的高速串列訊號大多以封包的形式傳送,所以無法以傳統的併列匯流排的多通道方式來設定觸發條件。全功能A與B觸發系統數位示波器能夠解決這些量測問題,圖4顯示擷取設定偵測信標長度錯誤。
 

A事件觸發器設定偵測信標封包標頭的「逗號」字元(8Bit/10Bit,K28.5),因此使用寬度觸發格式。有效A事件之定義為「逗號」字元5個二位元的1或0之全部寬度。
 

A-B延遲時間設定為「正確」信標最大寬度,因此,B觸發器等到延遲時間終了時,才開始評估其條件,這段期間信標處於等待狀態。
 

B事件觸發器設定為逾時,其定義為一段期間並無發生改變轉換,換言之,也就是無訊號狀態。當不應產生訊號期間,假如被偵測出訊號時,則將會啟動B觸發系統。
 

重新設定條件以時間表示,其定義為鎖定的量測期間。本例中,其設定值為3.0ms,它的主要角色是使A觸發系統重新開始另一個擷取。透過觸發器邏輯條件,示波器能夠容易偵測出信標寬度錯誤,並顯示設計問題。
 

總而言之,這些應用實例均是依賴於兩個功能強大以及對稱性的觸發系統共同發揮功能的結果,它們也顯示彈性雙重式的觸發系統如何成為功能強大的工具,以監控今日快速數位工具,以及面臨複雜的相依環境產生訊號與錯誤。現代雙對稱A與B觸發系統數位示波器,正克服這些艱難的量測挑戰。
 

(本文作者任職於太克科技公司)
 

(詳細圖表請見新電子235期10月號)
 

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