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示波器系統和控制


示波器入門手冊
TEK-XYZ-Primer-gray-arrow-left-12x12
第 4 章
TEK-XYZ-Primer-gray-arrow-right-12x12
示波器系統和控制

為了充分地瞭解示波器是什麼及其運作原理,請務必注意示波器有兩種主要類型:類比和數位。類比和數位示波器有一些相似的基本控制項,也有一些不同的控制項。我們將研究兩者通用的基本系統和控制項。瞭解這些系統和控制項是使用示波器應對特定量測挑戰的關鍵。請注意,您的示波器可能具有此處未討論的其他控制項。

三大系統

基本示波器由三個不同的系統組成——垂直系統、水平系統和觸發系統。每個系統對於示波器準確重建訊號都有所貢獻。

示波器的前面板分為三個部分,分別標記為垂直水平觸發。您的示波器可能有其他部分,具體取決於型號和類型。

使用示波器時,您可以調整這些區域的設定以適應輸入訊號:

  • 垂直:這是訊號的衰減或放大。使用 volts/div 控制項將訊號振幅調整到所需的量測範圍。
  • 水平:這是時基。使用 sec/div 控制項設定在螢幕上水平表示的每分區的時間量。
  • 觸發:這是示波器的觸發。使用觸發位準來穩定重複訊號,或在單個事件上觸發。

在本章中,我們將研究這些系統和控制項。

Oscilloscope front panel
圖 20: 示波器的前面板控制部分。

垂直系統和控制

垂直控制項用於垂直定位和縮放波形、設定輸入耦合以及調整其他訊號調節。常見的垂直控制項包括:

  • 位置
  • 耦合:直流、交流和接地
  • 頻寬:限制與增強
  • 終端:1M 歐姆和 50 歐姆
  • 抵消
  • 反向:開關
  • 刻度:固定步進和變量

下面將介紹其中一些控制項。

位置和每分區伏特數

垂直位置控制可讓您上下移動波形,使其恰好位於螢幕上您想要的位置。

每分區伏特數設定 (通常寫為 volts/div) 是一個縮放因數,可以改變螢幕上的波形大小。假設方格圖有 8 個大分區,如果 volts/div 設定為 5 伏特,則 8 個垂直分區中的每一個都代表 5 伏特,整個螢幕可以從下到上顯示 40 伏特。如果設定為 0.5 volts/div,螢幕可以從下到上顯示 4 伏特,依此類推。

螢幕上可以顯示的最大電壓是 volts/div 設定乘以垂直格數。請注意,您使用的探棒 (1X 或 10X) 也會影響比例因數。

您必須自行將 volts/div 刻度除以探棒的衰減係數 (如果示波器未執行此步驟)。通常,volts/div 刻度具有可變增益或精細增益控制,用於將顯示訊號縮放到特定的分區數。使用此控制項可協助進行上升時間量測。

輸入耦合

耦合是指用於將電訊號從一個電路連接到另一個電路的方法。在這種情況下,輸入耦合是從測試電路到示波器的連接。

耦合可以設定為直流、交流或接地。直流耦合顯示所有輸入訊號。交流耦合會封鎖訊號的直流分量,因此您可以看到以零伏特為中心的波形。圖 21 說明了這種差異。

當整個訊號 (交流 + 直流) 對於 volts/div 設定而言過大時,交流耦合設定很有用。

AC and DC input coupling
圖 21: 交流和直流輸入耦合。

接地設定會中斷輸入訊號與垂直系統的連接,這樣您就可以看到零伏電壓在螢幕上的位置。

在接地輸入耦合和自動觸發模式下,您會在螢幕上看到一條代表零伏的水平線。從直流到接地,然後再切換回來是量測相對於接地的訊號電壓位準的一種方便的方法。

頻寬限制

大多數的示波器都有限制示波器頻寬的電路。透過限制頻寬,您可以減少有時出現在顯示波形上的雜訊,進而使訊號顯示更清晰。

請注意,在消除雜訊的同時,頻寬限制還可以減少或消除高頻訊號內容。

頻寬增強

某些示波器可能會提供 DSP 任意等化濾波器,可用於改善示波器通道響應。此濾波器擴展了頻寬,使示波器的通道頻率響應變平坦,提高了相位線性度,並在通道之間提供了更好的相符性。同時還減少了上升時間並改善了時域步進響應。

水平系統和控制

示波器的水平系統與其輸入訊號的擷取密切相關。取樣率和記錄長度是此處的考慮因素。水平控制項用於水平定位和縮放波形。常見的水平控制項包括:

  • 擷取
  • 取樣率
  • 位置和每分區秒數
  • 時基
  • 縮放/平移
  • 搜尋
  • XY 模式
  • Z 軸
  • XYZ 模式
  • 觸發位置
  • 規模
  • 軌跡分離
  • 記錄長度
  • 解決

下面將介紹其中一些控制項。

擷取控制

數位示波器具有可讓您控制擷取系統如何處理訊號的設定。圖 22 顯示了一個擷取功能表範例。

閱讀本節時,請對照查看您數位示波器上的擷取選項。

Oscilloscope acquisition menu
圖 22: 擷取功能表範例。
擷取模式

擷取模式控制如何從取樣點產生波形點。取樣點是直接從類比/數位轉換器 (ADC) 導出的數位值。取樣間隔是指這些取樣點之間的時間。 波形點是儲存在記憶體中並顯示以構建波形的數位值。波形點之間的時間值差稱為波形間隔。

取樣間隔和波形間隔可能相同,也可能不同。此事實導致存在幾種不同的擷取模式,其中一個波形點由幾個順序擷取的取樣點組成。

此外,可以從多次擷取的取樣點的組合中建立波形點,這提供了另一組擷取模式。最常用的擷取模式的說明如下。

取樣模式 (Sample Mode):這是最簡單的擷取模式。示波器透過在每個波形間隔期間儲存一個取樣點來建立波形點。

峰值偵測模式 (Peak Detect Mode):示波器儲存在兩個波形間隔期間取得的最小值和最大值取樣點,並將這些取樣用作兩個對應的波形點。

具有峰值偵測模式的數位示波器即使在非常慢的時基設定下也會以快速取樣率執行 ADC (慢時基設定會轉化為長波形間隔),而且,如果在範例模式中,還能夠擷取在波形點之間發生的快速訊號變化 (圖 23)。

Oscilloscope sample mode
圖 23: 取樣率隨時基設定而變化 - 基於時間的設定越慢,取樣率越慢。有些數位示波器提供了峰值偵測模式以在低掃描速度下擷取快速瞬變。

峰值偵測模式對於查看時間間隔很遠的窄脈衝特別實用,如圖 24 所示。

Oscilloscope software
圖 24: 進階分析和生產力軟體,例如 MATLAB®,可以安裝在搭載 Windows 的示波器中以完成本機訊號分析

高解析度模式 (Hi-Res Mode):與峰值偵測一樣,高解析度模式是一種在 ADC 取樣速度快於時基設定要求的情況下取得更多資訊的方式。在這種情況下,會將一個波形間隔內擷取的多個取樣進行平均以產生一個波形點。
結果是降低了雜訊並提高了低速訊號的解析度。高解析度模式相對於平均模式的優勢在於,即使在單次觸發事件上也可以使用高解析度模式。

包絡模式 (Envelope Mode):包絡模式類似於峰值偵測模式。然而,在包絡模式下,來自多次擷取的最小和最大波形點會組合形成一個波形,顯示隨時間的最小/最大累積。
峰值偵測模式通常用於擷取組合形成包絡波形的記錄。

平均模式 (Average Mode):在平均模式下,示波器在每個波形間隔期間儲存一個取樣點,就像在取樣模式下一樣。然而,來自連續擷取的波形點會進行平均以產生最終顯示的波形。
平均模式可在不損失頻寬的情況下降低雜訊,但需要重複訊號。

波形資料庫模式 (Waveform Database Mode):在波形資料庫模式下,示波器累積波形資料庫,提供振幅、時間和計數的三維陣列。

啟動和停止擷取系統

數位示波器的最大優勢之一是能夠儲存波形以供日後查看。
為此,前面板上通常有一或多個按鈕用於啟動和停止擷取系統,以便您可以在閒暇時分析波形。

此外,您可能希望示波器在一次擷取完成後或在一組記錄變成包絡或平均波形後自動停止擷取。
此功能通常稱為單次掃描或單次序列,其控制項通常與其他擷取控制項或觸發控制項一起使用。

取樣

取樣是為了儲存、處理和/或顯示的目的,將輸入訊號的一部分轉換為多個離散電值的過程。每個取樣點的振幅等於輸入訊號在訊號被取樣的瞬間的振幅。

取樣就像拍快照。每個快照均對應於波形上的特時序間點。然後可以依照適當的時間順序排列這些快照以重建輸入訊號。

在數位示波器中,在顯示器上重建取樣點陣列,量測振幅在縱軸上,時間在橫軸上 (圖 25)。

圖 25 中的輸入波形在螢幕上顯示為一系列點。如果點間隔很寬且難以解讀為波形,則可以使用稱為內插法的程序連接這些點。
內插法可使用線或向量將點連接起來。目前有多種內插法可用,可用於產生連續輸入訊號的準確表示。

Basic sampling on an oscilloscope
圖 25: 基本取樣,顯示取樣點透過內插法連接以產生連續波形。
取樣控制

有些數位示波器為您提供了取樣方法的選擇:即時取樣或等時取樣。這些示波器提供的擷取控制項允許您選擇一種取樣方法來擷取訊號。

請注意,此選擇對於慢速時基設定沒有任何影響,並且僅在 ADC 無法以足夠快的速度進行取樣以在一次傳遞中用波形點填充記錄時才有效。每種取樣方法都有明顯的優勢,具體取決於所進行的量測類型。

通常可以使用控制項來為您提供三種水平時基操作模式的選擇。如果您只是進行訊號探索並希望與動態的訊號進行互動,則可以使用自動 (Automatic) 或互動式預設 (Interactive Default) 模式,為您提供最生動的顯示更新率。

如果您想要精確的量測和最高的即時取樣率,進而提供最高的量測準確度,則可以使用恆定取樣率 (Constant Sample Rate) 模式。此模式會保持最高取樣率並提供最佳即時解析度。

最後一種模式稱為手動 (Manual) 模式,因為可確保對取樣率和記錄長度的直接和獨立控制。

即時取樣方法

即時取樣非常適合頻率範圍小於示波器最大取樣率一半的訊號。

在此處,示波器可以在波形的一次「掃描」中取得足夠多的點來構建準確的影像,如圖 26 所示。即時取樣是使用數位示波器擷取快速、單次、暫態訊號的唯一方法。

Real-time sampling on an oscilloscope
圖 26: 進階分析和生產力軟體,例如 MATLAB®,可以安裝在搭載 Windows 的示波器中以完成本機訊號分析。

由於準確數位化高頻暫態事件所需的取樣率,即時取樣是數位示波器面臨的最大挑戰,如圖 27 所示。

這些事件只發生一次,並且必須在它們發生的同一時間範圍內進行取樣。

Oscilloscope real-time sampling
圖 27: 即時取樣方法。

如果取樣率不夠快,高頻分量可能會「折疊」為較低頻率,進而導致顯示出現混疊,如圖 28 所示。此外,一旦波形被數位化,就需要高速記憶體來儲存波形,進而使即時取樣變得更加複雜。

如需更多有關準確特性分析高頻分量所需的取樣率和記錄長度的詳細資訊,請參閱第 3 章 — 評估示波器中的「取樣率」和「記錄長度」等節。

Oscilloscope display
圖 28: 100 MHz 正弦波的欠取樣會引入混疊效應。

對於使用內插法的即時取樣,數位示波器會對可以顯示的訊號進行離散取樣。但是,很難將表示為點的訊號可視化,特別是因為可能只有幾個點表示訊號的高頻部分。
為了有助於訊號的可視化,數位示波器通常具有內插法顯示模式。

內插法是一種處理技術,用於根據幾個點估計波形的外觀。簡言之,內插法就是「連接點」,進而可以準確顯示每個週期中僅取樣幾次的訊號。
示波器使用含有內插法的即時取樣,在即時模式下一次透過收集訊號的幾個取樣點,並使用內插法來填補空白。線性內插法使用直線連接取樣點。這種方法僅限於重建直邊訊號 (圖 29),較適合方波。更通用的 sin x/x 內插法是使用曲線來連接取樣點 (圖 29)。

Sin x/x 內插法是一個數學程序,其中計算點以填充實際取樣之間的時間。這種內插形式適用於彎曲和不規則的訊號形狀,這在現實世界中比純方波和脈衝更為常見。因此,sin x/x 內插法是取樣率是系統頻寬三到五倍的應用的首選方法。

如果取樣率不夠快,高頻分量可能會「折疊」為較低頻率,進而導致顯示出現混疊,如圖 28 所示。此外,一旦波形被數位化,就需要高速記憶體來儲存波形,進而使即時取樣變得更加複雜。
如需更多有關準確特性分析高頻分量所需的取樣率和記錄長度的詳細資訊,請參閱第 3 章 — 評估示波器中的「取樣率」和「記錄長度」等節。

Oscilloscope sine wave
圖 29: 線性和 sin x/x 內插法。
等時取樣法

在量測高頻訊號時,示波器可能無法在一次掃描中收集到足夠的取樣。等時取樣可用於準確擷取頻率超過示波器取樣率一半的訊號 (圖 30)。

Oscilloscope equivalent-time sampling
圖 30: 有些示波器使用等時取樣來擷取和顯示非常快速的重複訊號。

等效時間數位轉換器 (取樣器) 利用了大多數自然發生和人為事件都是重複的事實。等時取樣透過從每次重複中擷取少量資訊來構建重複訊號的影像。

波形會像一串燈一樣慢慢建立,一個一個地照亮。這允許示波器準確地擷取頻率分量遠高於示波器取樣率的訊號。目前有兩種類型的等時取樣方法:隨機和順序。兩種方法各有優點:

  • 隨機等時取樣允許在觸發點之前顯示輸入訊號,而無需使用延遲線。
  • 順序等時取樣提供了更高的時間解析度和準確度。

兩者都要求輸入訊號具有重複性。

隨機等時取樣

隨機等效時間數位轉換器 (取樣器) 使用與輸入訊號和訊號觸發器非同步執行的內部時脈 (圖 31)。

Oscilloscope random equivalent-time sampling
圖 31: 在隨機等時取樣中,取樣時脈與輸入訊號和觸發器非同步執行。

連續擷取取樣,與觸發位置無關,並根據取樣和觸發之間的時間差進行顯示。儘管取樣是依時間順序擷取,但相對於觸發器是隨機擷取,因此稱為「隨機」等時取樣。在示波器螢幕上顯示時,取樣點會沿著波形隨機出現。

在觸發點之前擷取和顯示取樣的能力是此取樣技術的主要優勢,無需外部前置觸發訊號或延遲線。

根據取樣率和顯示的時間視窗,隨機取樣也可能允許每個觸發事件取得一個以上的取樣。然而,在更快的掃描速度下,擷取視窗會變窄,直到數位轉換器無法在每次觸發時進行取樣。

在掃描速度更快的情況下,就能經常進行極為精確的時序量測,且順序等時取樣器的優異時間解析度最能發揮效果。隨機等時取樣的頻寬限制小於順序時間取樣的頻寬限制。

順序等時取樣

順序等時取樣器每次觸發擷取一個取樣,與 time/div 設定或掃描速度無關,如圖 32 所示。

Oscilloscope sequential equivalent-time sampling
圖 32: 在順序等時取樣中,在每個週期後遞增的時間延遲之後,對每個識別的觸發進行單個取樣。

當偵測到觸發時,會在非常短但定義明確的延遲後進行取樣。當下一個觸發發生時,此延遲中會加入一個小的時間增量 (delta t),且數位轉換器會再進行一次取樣。

這個過程會重複多次,之前的每次擷取皆會加入「delta t」,直到時間視窗被填滿。在示波器螢幕上顯示時,取樣點會沿著波形從左到右依次出現。

從技術上講,產生一個非常短、非常精確的「delta t」,比根據照隨機取樣器的要求,準確量測樣本相對於觸發點的垂直和水平位置更為容易。這種精確量測的延遲為順序取樣器提供了無與倫比的時間解析度。

使用順序取樣,在偵測到觸發位準後進行取樣,因此如果沒有類比延遲線,則無法顯示觸發點。反過來,這可能會降低儀器的頻寬。如果可以提供外部前置觸發,則不會影響頻寬。

位置和秒/格

水平位置控制功能左右移動波形,將波形移動到螢幕上想要的位置。秒/格設定 (通常寫為 sec/div) 讓您可以選擇在螢幕上繪製波形的速率 (也稱為時基設定或掃描速度)。

此設定是一個比例因數。如果設定為 1 ms,則每個水平分區代表 1 ms,總螢幕寬度代表 10 ms,或十個分區。變更 sec/div 設定使您能夠查看輸入訊號的更長和更短的時間間隔。

與垂直 volts/div 刻度一樣,水平 sec/div 刻度可能具有可變的時序,允許您設定之間的水平時間刻度離散設定。

時基選擇

您的示波器有一個時基,通常稱為主時基。許多示波器還具有所謂的延遲時基。這是一個具有掃描的時基,可以相對於主時基掃描上的預定時間開始 (或被觸發開始)。

使用延遲時基掃描可以讓您更清楚地查看事件,並查看僅使用主時基掃描無法看到的事件。

延遲時基需要設定時間延遲,以及可能使用延遲觸發模式和其他本入門手冊中未描述的設定。如需有關如何使用這些功能的資訊,請參閱示波器隨附的手冊。

縮放/平移

您的示波器可能具有特殊的水平放大設定,可讓您在螢幕上顯示波形的放大部分。有些示波器為縮放功能新增了平移功能。旋鈕用於調整縮放因數或刻度,以及縮放框在波形上的平移。

搜尋

有些示波器提供搜尋和標記功能,使您能夠快速瀏覽長擷取以尋找使用者定義的事件。

XY 模式

大多數示波器都有 XY 模式,可讓您在水平軸上顯示輸入訊號,而不是時基。此操作模式開闢了一個全新的相位偏移量測技術領域,如第 5 章 — 設定和使用示波器的「示波器量測技術」一節所述。

Z 軸

數位螢光示波器 (DPO) 具有高顯示取樣密度和擷取強度資訊的內建功能。透過其強度軸 (Z 軸),DPO 能夠提供類似於類比示波器的三維即時顯示。

當您查看 DPO 上的波形軌跡時,您可以看到變亮的區域。這些是訊號最常出現的區域。

這種顯示可以很容易地將基本訊號形狀與偶爾出現的瞬變區分開來,基本訊號顯得更亮。Z 軸的應用之一是將特殊的時序訊號饋入單獨的 Z 輸入,以在波形中的已知間隔建立強調顯示的「標記」點。

XYZ 模式與 DPO 和 XYZ 記錄顯示

某些 DPO 可以使用 Z 輸入建立具有強度分級的 XY 顯示。在這種情況下,DPO 對 Z 輸入處的瞬時資料值進行取樣,並使用該值來限定波形的特定部分。

一旦您擁有合格的取樣,這些取樣就可以累積,進而產生強度分級的 XYZ 顯示。

XYZ 模式對於顯示常用於測試無線通訊裝置的極性碼型特別有用,例如星座圖。

另一種顯示 XYZ 資料的方法是 XYZ 記錄顯示。在這種模式下,會使用擷取記憶體中的資料,而不是 DPO 資料庫。

觸發系統和控制

示波器的觸發功能在訊號的正確點同步水平掃描。這對於清晰的訊號特性分析至關重要。觸發控制項允許您穩定重複波形並擷取單次波形。

觸發器透過重複顯示輸入訊號的同一部分,使重複波形在示波器顯示器上呈現靜態。想像一下,如果每次掃描從訊號的不同位置開始,螢幕上會導致混亂,如圖 33 所示。

Oscilloscope untriggered display.
圖 33: 未觸發的顯示。

類比和數位示波器中可用的邊緣觸發是基本和最常見的類型。除了類比和數位示波器都提供的閾值觸發外,許多數位示波器還提供類比儀器不提供的大量專用觸發設定。
這些觸發器針對傳入訊號中的特定狀況作出回應,例如,使其易於偵測比應有的寬度更窄的脈衝。這種情況不可能單獨使用電壓閾值觸發來偵測。

進階觸發控制使您能夠隔離感興趣的特定事件,以最佳化示波器的取樣率和記錄長度。某些示波器中的進階觸發功能可為您提供高度選擇性的控制。
您可以由振幅定義 (例如矮波脈衝)、由時間限定 (脈衝寬度、突波、迴轉率、建立和保持和逾時),以及由邏輯狀態或模式 (邏輯觸發) 描述的脈衝上觸發。

其他進階觸發功能包括:

碼型鎖定觸發:碼型鎖定觸發使示波器能夠以出色的時基準確度同步擷取長串列測試碼型,進而為 NRZ 串列碼型觸發增加了新的維度。
碼型鎖定觸發可用於從長串列資料碼型中移除隨機抖動。可以研究特定位轉換的影響,並且可以將平均值與遮罩測試一起使用。

串列碼型觸發:串列碼型觸發可用於除錯串列架構。此功能透過內建時脈還原功能觸發 NRZ 串列資料串流的串列模式,並關聯實體層和連結層的事件。
儀器可以還原時脈訊號、識別轉換,並允許您為要擷取的串列碼型觸發設定所需的編碼字。

A 和 B 觸發:某些觸發系統僅在單個事件 (A 事件) 上提供多種觸發類型,延遲觸發 (B 事件) 選擇僅限於邊緣類型觸發,而且,如果 B 事件未發生,通常不會提供重設觸發序列的方法。
現代示波器可以在 A 和 B 觸發上提供全套進階觸發類型、控制何時尋找這些事件的邏輯限定,以及在指定時間、狀態或轉換後重設觸發以再次開始觸發序列,如此,即使是最複雜訊號中的事件也可以順利擷取。

搜尋和標記觸發:硬體觸發一次只觀察一種事件類型,但搜尋可以同時掃描多種事件類型。例如,掃描多個通道上的建立或保持時間違規。可以透過搜尋放置單個標記,指示滿足搜尋條件的事件。

觸發校正:由於觸發和資料擷取系統共享不同的路徑,因此觸發位置和擷取的資料之間存在一些固有的時間延遲。這會導致相位差和觸發抖動。
透過觸發校正系統,儀器可以調整觸發位置,並補償觸發路徑和資料擷取路徑之間的延遲差異。這幾乎消除了觸發點處的任何觸發抖動。在此模式下,觸發點可用作量測參考。特定標準訊號 (I2C、CAN、LIN 等) 的串列觸發:
某些示波器 (比較 Tektronix 示波器) 能夠觸發特定訊號類型的標準串列資料訊號,例如 CAN、LIN、I2C、SPI 等。許多示波器也可以對這些訊號類型進行解碼。

並列匯流排觸發:可以一次定義和顯示多個並列匯流排,以便輕鬆查看隨時間變動的解碼並列匯流排資料。透過指定哪些通道是時脈和資料線路,您可以在一些會自動解碼匯流排內容的示波器上建立並列匯流排顯示。
透過使用並列匯流排觸發來簡化擷取和分析,您可以節省無數時間。某些示波器中的選配觸發控制項是專為檢查通訊訊號而設計。

圖 34 更詳細地強調顯示了其中一些常見的觸發類型。為了最大限度地提高您的運作效率,有些示波器提供了直覺的使用者介面,允許快速設定觸發參數,並在測試設定中具有廣泛的靈活性。

Oscilloscope trigger types
圖 34: 常見的觸發器類型。

觸發位置

水平觸發位置控制僅適用於數位示波器。觸發位置控制可能位於示波器的水平控制部分。此位置實際上代表了波形記錄中觸發的水平位置。

改變水平觸發位置可讓您擷取訊號在觸發事件之前所做的事情,稱為前置觸發查看。因此,這決定了觸發點前後的可見訊號長度。

數位示波器可以提供前置觸發查看,因為示波器會不斷處理輸入訊號,無論是否接收到觸發。穩定的資料串流流過示波器;觸發只是告訴示波器將目前資料儲存在記憶體中。

相比之下,類比示波器只有在收到觸發後才會顯示訊號 (即寫在 CRT 上)。因此,除了垂直系統中的延遲線提供的少量前置觸發外,類比示波器中並沒有前置觸發查看功能。

前置觸發查看是一種非常實用的疑難排解協助功能。如果問題間歇性發生,您可以觸發問題、記錄導致問題的事件,並可能找到原因。

觸發位準和斜率

觸發位準和斜率控制項可提供基本的觸發點定義並確定波形的顯示方式 (圖 35)。

Oscilloscope positive and negative slope triggering
圖 35: 正負斜率觸發。

觸發電路充當比較器。您可以在比較器的一個輸入上選擇斜率和電壓位準。當另一個比較器輸入上的觸發訊號與您的設定相符時,示波器即會產生觸發訊號。

斜率控制可確定觸發點是在訊號的上升邊緣或是下降邊緣。上升邊緣為正斜率,下降邊緣為負斜率。位準控制則可確定觸發點出現在邊緣的哪個位置。

觸發源

示波器不一定需要在顯示的訊號上觸發。多個來源可以觸發掃描:

  • 任意輸入通道
  • 除了施加到輸入通道的訊號之外的外部來源
  • 電源訊號
  • 示波器內部定義的訊號,來自一或多個輸入通道

大多數情況下,您可以將示波器設定為在顯示的通道上觸發。有些示波器提供觸發輸出,可將觸發訊號傳送至另一台儀器。

示波器可以使用備用觸發源,無論是否顯示,因此您應該謹慎操作,例如不要在顯示通道 2 時無意中觸發通道 1。

觸發模式

觸發模式決定示波器是否根據訊號條件繪製波形。常見的觸發模式包括正常和自動:

  • 在正常模式下,示波器僅在輸入訊號達到設定的觸發點時才進行掃描。否則,在最後擷取的波形上螢幕會呈現空白 (在類比示波器上) 或凍結 (在數位示波器上)。正常模式可能會讓人迷失方向,因為如果位準控制未正確調整,您一開始可能看不到訊號。
  • 即使沒有觸發,自動模式也會使示波器進行掃描。如果不存在訊號,示波器中的計時器將觸發掃描。這可確保在訊號未引起觸發時顯示不會消失。

在實務中,您可能會使用兩種模式:正常模式 (您只會看到感興趣的訊號,即使觸發發生的速度較慢) 以及自動模式 (需要較少的調整)。許多示波器還包括用於單次掃描、視訊訊號觸發或自動設定觸發位準的特殊模式。

觸發耦合

正如您可以為垂直系統選擇交流或直流耦合一樣,您可以選擇觸發訊號的耦合類型。

除了交流和直流耦合,您的示波器還可能具有高頻抑制、低頻抑制和雜訊抑制觸發耦合。這些特殊設定可用於消除觸發訊號中的雜訊以防止誤觸發。

觸發延遲

有時讓示波器在訊號的正確部分觸發需要很高的技巧。許多示波器具有一些特殊功能,可以更輕鬆地完成這一任務。

觸發釋抑是有效觸發後示波器無法觸發的可調整時段。當您在複合波形形狀上觸發時,此功能非常實用,可讓示波器僅在符合條件的觸發點上觸發。

圖 36 顯示了使用觸發釋抑如何協助建立可用的顯示。

Oscilloscope trigger holdoff
圖 36: 觸發釋抑有助於建立可用的顯示

數學和量測操作的控制

您的示波器可能還有一些操作,可讓您將波形相加,建立一個新的波形顯示。類比示波器會組合訊號,而數位示波器是以數學方式建立新的波形。波形相減則是另一種數學運算。

透過對一個訊號使用通道反轉功能,然後使用加法運算,可以使用類比示波器進行減法運算。數位示波器通常會提供減法運算。圖 38 顯示了透過組合兩個不同訊號建立的第三個波形。

Adding signals on an oscilloscope
圖 38: 新增頻道。

利用其內部處理器的強大功能,數位示波器提供了許多進階數學運算:乘法、除法、積分、快速傅立葉轉換等。

這種先進的訊號處理能力還可以執行如插入濾波器區塊等功能,該濾波器區塊可用於去嵌入待測裝置上的夾具特性,或實施具有所需頻率響應的濾波器區塊,例如低通濾波器。

處理區塊具有彈性,並無專用性,可以代替任意濾波器執行。例如,用於預加重/去加重方案的模擬。

數位時序和狀態擷取

混合訊號示波器提供的數位通道支援類似於邏輯分析儀的擷取功能。目前有兩種主要的數位擷取技術:

  • 透過時序擷取,MSO 以由 MSO 的取樣率決定的均勻間隔時間對數位訊號進行取樣。在每個取樣點上,MSO 會儲存訊號的邏輯狀態並建立訊號的時序圖。
  • 狀態擷取定義了數位訊號的邏輯狀態有效和穩定的特殊時間。這在同步和時脈數位電路中很常見。時脈訊號定義了訊號狀態有效的時間。例如,對於具有上升邊緣時脈的 D 正反器,輸入訊號穩定時間會在時脈上升邊緣附近。對於具有上升邊緣時脈的 D 正反器,輸出訊號穩定時間則在時脈下降邊緣附近。由於同步電路的時脈週期可能不固定,因此狀態擷取之間的時間可能不像在時序擷取中一樣均勻。

混合訊號示波器的數位通道擷取訊號的方式類似於邏輯分析儀在時序擷取模式下擷取訊號的方式。

然後 MSO 會將時序擷取解碼為時脈匯流排顯示和事件表顯示,這類似於邏輯分析儀的狀態擷取。這在除錯期間將可提供重要的資訊。

其他控制項

本章介紹了初學者需要瞭解的基本示波器控制項。您的示波器可能具有用於各種功能的其他控制項。其中一些可能包括:

  • 自動參數量測
  • 量測游標
  • 用於數學運算或資料輸入的鍵盤
  • 列印功能
  • 用於將示波器連接到電腦或直接連接到 Internet 的介面

請閱讀示波器手冊以瞭解更多有關這些其他控制項的資訊,或繼續閱讀第 5 章:設定和使用示波器。仍在尋找合適的示波器? 探索 Tektronix 產品,為您的應用找到合適的示波器