示波器的数字触发技术（上）

自上世纪 40 年代诞生以来，示波器触发功能不断得到增强。R&S RTO/RTE系列数字示波器的全数字触发功能树立了创新的里程碑，它在测量精度、波形捕获密度和功能性方面为示波器用户带来显著优势。

本文为您介绍了传统触发系统的工作原理，并阐释了 RTO/RTE 示波器实时数字触发的优点。

1 传统触发系统原理

1.1示波器触发功能的作用

示波器的触发系统基本上有两个主要应用：

1.确保稳定显示

作为电气和电子信号测量调试工具的示波器，触发功能的发明是一项突破。触发功能能够稳定地显示重复的周期性信号。

2.隔离感兴趣的事件
触发可以对特定波形事件做出反应，这有利于隔离和显示特定信号特征，诸如未达到脉冲高度的逻辑电平（“矮脉冲”），由串扰引起的信号干扰（例如“毛刺”），低边缘触发（“上升沿时间”）或通道间的无效定时（“Data2Clk”）。触发功能的种类和触发设置灵活性多年来一直在加强。

触发系统的精度以及灵活性，决定了示波器是否能够准确地显示和分析测量信号。

1.2 传统触发系统应用

如今，大多数示波器为数字示波器，这意味着被测信号被采样，并且作为连续的一组数字值被保存。然而，负责检测信号电平的触发器仍然使用模拟电路来处理原始被测信号。图 1 显示简化的数字示波器方框图。

图 1：采用模拟触发单元的数字示波器的简化方框图

输入放大器用于调节被测信号，以便将被测信号的幅度调整到 A/D 转换器的工作范围，并适合示波器显示。调节后的信号经放大器输出，并行传递到 A/D 转换器和触发系统。A/D 转换器在一条路径上对测量信号进行采样和量化，数字化的样本值被写入采集存储器。触发系统在另一条路径上将该信号与有效触发条件（例如，采用“边沿”触发的触发电平）进行比较。

当有效触发条件满足时，开始记录 A/D 转换器样本，采集的波形被进一步处理和显示。图 2 举例显示采集样点和显示的波形。A/D 转换的数字化样本点在图中以圆圈标注。本例中使用具有正斜率的触发事件“边沿”。被测信号跨越触发电平产生有效触发事件。

图 2：具有 A/D 转换器样本点和触发点的测量信号举例

1.3 模拟触发器的缺点

为了在示波器网格上精确显示信号，需要对触发点进行精确定时。如果触发时间测定不准确，显示的波形就不能与图中的触发点交叉（触发电平和触发位置的交叉点）。相关案例参阅图 3。

图 3：显示的波形和实际触发位置不符的例子

下述原因会引起触发位置失准：

1.对触发边沿的测量不准确

在触发系统中，被测信号经比较器与触发门限进行比较，需要非常精确地测量比较器输出的边沿定时。为此，需要应用时间数字转换器 （Time-to-Digital-Converter，TDC）。TDC 不准确会导致个别显示波形相对触发点偏移。TDC 误差的随机分量会导致在每个触发事件上改变这个偏移量，从而导致触发抖动。

2.被测信号两条路径中的系统误差源

处理被测信号经过两条不同路径---使用 A/D 转换器的采集路径和触发电路路径（参阅图 1）。两条路径包括不同的线性和非线性失真，这些失真引起显示的信号和确定的触发点之间的系统性偏差。最糟糕情况是，触发电路或许不响应有效触发电平（尽管这些触发电平可以在显示器上看到），或者触发电路对触发事件做出响应，而这些触发事件事实上不能被采集路径捕获和显示。

3.两条信号路径中的信号噪声源

经过A/D 转换器和经过模拟触发系统的两条路径上包括具有不同噪声源的多个放大器。这也将导致在示波器屏幕上作为触发位置偏移（触发抖动）出现的延迟和幅度变异。触发抖动，作为叠加的信号轨迹的宽度和高度，显示在图 4 右图区域。图 4 的左图显示相对于理想触发点，表现为随机垂直和水平偏移的触发抖动。

图 4：在几个波形采集期间的触发抖动

下一节，我们将为您介绍数字方式实现的触发系统。数字触发由于不包含上面讨论的误差项，因此能够为示波器提供更精确的触发。

2 数字触发功能

2.1 数字触发概念

图 5 显示采用数字触发的数字示波器的简化方框图。

图 5：采用数字方式实现触发功能的数字示波器方框图

与模拟触发不同，数字触发系统直接针对A/D 转换器的样本工作，被测信号不会被分成两个不同的路径上，因此，数字触发处理的是和采集、显示相同的信号。在第 1-3 节讨论的模拟触发系统误差已在原理上消除。

数字触发技术使用数字信号处理方法进行触发点测定，以精确的算法检测