Bagaimana pemicu osiloskop benar-benar berfungsi?

Saya mencoba mempelajari lebih lanjut tentang osiloskop digital, terutama pemicu. Inilah cara saya berpikir pemicu bekerja: Katakanlah saya mengatur pemicu ke mode tepi, dan level ke 5V. Ketika sinyal diukur kemudian mengenai 5V, ADC lingkup diaktifkan dan mulai mengambil sampel sinyal. Sejumlah titik data dikumpulkan, dan titik-titik ini diplot di layar. Lalu ada "waktu mati" kecil setelah lingkup kembali menunggu kondisi pemicu terpenuhi, dan jumlah titik data yang sama dikumpulkan lagi. Ini sekarang harus sejajar dengan set sampel sebelumnya, dan oleh karena itu output lingkup tampak stabil di layar.

Sumbu waktu adalah sesuatu yang saya tidak sepenuhnya mengerti. Saya percaya bahwa asal-usul grid, di mana garis putus-putus yang disorot berpotongan, adalah titik pemicu. Pada titik itu (pada "t = 0") tegangan harus sama dengan tegangan level pemicu. Apakah saya benar sejauh ini? Masalahnya, ini tidak selalu terjadi dengan osiloskop saya. Terkadang tegangan pada titik asal tidak sama dengan level pemicu, dan sinyal bahkan melayang perlahan ke kedua arah. Apa yang menyebabkan sinyal melayang meskipun pemicu diatur?

Kebingungan lain yang saya miliki: Saya telah melihat sisi kanan sumber yang disebut data "pasca-pemicu" dan data "pra-pemicu" sisi kiri. Bagaimana ada data dari sebelum pemicu, jika pengumpulan data dimulai dari pemicu? Bukankah seharusnya titik pemicu berada di bagian paling kiri layar?

Di luar kepentingan umum, mari kita kembali ke masa lalu dan berbicara tentang bagaimana pemicu osiloskop analog bekerja.

Osiloskop sekolah tua adalah perangkat vektor . Dengan kata lain, titik pada layar dimanipulasi oleh dua tegangan. Satu bergerak secara vertikal, satu bergerak secara horizontal. Mereka melakukan ini dengan defleksi elektrostatik dari berkas elektron. Secara efektif, tegangan pada pelat defleksi berhubungan langsung dengan posisi "titik" pada tampilan ruang lingkup.

Karena layar menerjemahkan tegangan ke posisi titik secara langsung, cukup mudah untuk melakukannya untuk nilai vertikal (mis. Besarnya) jejak. Anda cukup buffer dan memperkuat sinyal input sesuai kebutuhan, dan menerapkannya pada pelat defleksi vertikal.

Sapu horisontal dikendalikan secara internal oleh tegangan yang terakumulasi pada kapasitor (yang kemudian diperkuat untuk menggerakkan pelat dengan cara yang sama seperti pelat vertikal). Penyapuan dilakukan oleh sumber arus yang mengisi kapasitor itu. Ketika Anda mengubah basis waktu horisontal, Anda mengubah arus pengisian atau mengganti nilai kapasitor.

Pemicu bekerja pada dasarnya korslet kapasitor keluar, sehingga balok (yang membuat titik) dijepit ke posisi tunggal dalam X. Ketika peristiwa pemicu terjadi, itu membalik kait di osiloskop, dan integrator kapasitor mulai menumpuk, yang menghasilkan sapuan linear di layar.

Setelah muatan kapasitor mencapai tegangan tertentu, sapuan diperlakukan sebagai "selesai", muatan dalam kapasitor dibuang melalui sakelar elektronik, dan sistem kemudian siap untuk peristiwa pemicu lainnya.

Ini relevan karena banyak bahasa yang mengelilingi pemicu osiloskop berasal dari osiloskop analog. "Waktu mati" adalah karena untuk osiloskop analog, diperlukan periode non-nol waktu untuk kapasitor sapuan horisontal untuk melepaskan. Sangat mungkin untuk menghasilkan osiloskop digital yang tidak memiliki waktu mati.

Garis singgung:

Mendapatkan data sebelum peristiwa pemicu jauh lebih sulit dengan osiloskop analog. Satu-satunya cara untuk melakukannya adalah menggunakan sesuatu yang disebut garis penundaan .

                                      _____________________
                                     |                     |
Signal > -----+-->| Delay Line |>--->| Analog In           |
              |                      |                     |
              |                      |    Oscilloscope     |
              |                      |                     |
              +--------------------->| Trigger In          |
                                     |_____________________|

Apa yang akan Anda lakukan adalah menggunakan jalur tunda untuk, yah, menunda sinyal input, dan menggunakan input pemicu terpisah untuk pemicu sebenarnya. Dengan melakukan itu, Anda secara efektif menggeser waktu awal jejak dengan waktu tunda yang ditunda (umumnya hingga beberapa ratus nanodetik).

Kelemahan dari teknik ini adalah bahwa Anda memerlukan widget khusus (garis penundaan). Mereka umumnya penundaan tertunda, dan dapat mempengaruhi sinyal Anda tergantung pada bandwidth dan karakteristik mereka.

Ketika sinyal diukur kemudian mengenai 5V, ADC lingkup diaktifkan dan mulai mengambil sampel sinyal. Sejumlah titik data dikumpulkan, dan titik-titik ini diplot di layar.

ADC ruang lingkup ini terus berjalan dan mengumpulkan data. Pemicu mengontrol apa yang ditampilkan.

Lalu ada "waktu mati" kecil setelah lingkup kembali menunggu kondisi pemicu terpenuhi, dan jumlah titik data yang sama dikumpulkan lagi. Ini sekarang harus sejajar dengan set sampel sebelumnya, dan oleh karena itu output lingkup tampak stabil di layar.

Ini hanya terjadi jika sinyal Anda periodik sempurna, dan Anda secara eksplisit hanya menampilkan data yang dipicu (banyak cakupan memiliki fitur pemicu "otomatis" yang akan menampilkan data bahkan jika ruang lingkup belum dipicu). Seperti yang disebutkan oleh Hearth dalam komentar untuk jawaban saya, "waktu mati" yang Anda gambarkan disebut penahanan , dan pengaturan yang benar ini sangat penting ketika memicu pada bentuk gelombang tertentu. Sebagai contoh, sinyal periodik dengan dua pulsa cepat diikuti dengan penundaan lama akan membutuhkan penahan cukup lama untuk mengabaikan pulsa kedua (sehingga ruang lingkup tidak memicu kembali pada pulsa kedua).

Sumbu waktu adalah sesuatu yang saya tidak sepenuhnya mengerti. Saya percaya bahwa asal-usul grid, di mana garis putus-putus yang disorot berpotongan, adalah titik pemicu. Pada titik itu (pada "t = 0") tegangan harus sama dengan tegangan level pemicu. Apakah saya benar sejauh ini?

Iya.

Masalahnya, ini tidak selalu terjadi dengan osiloskop saya. Terkadang tegangan pada titik asal tidak sama dengan level pemicu, dan sinyal bahkan melayang perlahan ke kedua arah. Apa yang menyebabkan sinyal melayang meskipun pemicu diatur?

$t = 0$

Kebingungan lain yang saya miliki: Saya telah melihat sisi kanan asal yang disebut data "pasca-pemicu" dan data "pra-pemicu" sisi kiri. Bagaimana ada data dari sebelum pemicu, jika pengumpulan data dimulai dari pemicu? Bukankah seharusnya titik pemicu berada di bagian paling kiri layar?

Lingkup terus menerus menangkap data, tetapi hanya menampilkan data ketika data yang ditangkap memenuhi kondisi pemicu. Berdasarkan posisi horizontal Anda, jumlah data post-trigger atau pre-trigger yang ditampilkan akan bervariasi.

Sementara osiloskop USB dasar menggunakan perangkat lunak kontinyu \ pemicu digital, ini bukan cara kerja benchtop. Ada terlalu banyak bandwidth analog pada kecepatan tinggi untuk dapat memonitor semua informasi dengan ADC. Terutama karena ruang lingkup modern memiliki opsi pemicu tingkat lanjut.

Osiloskop modern memiliki pembanding yang membandingkan tegangan yang masuk ke tingkat yang telah ditentukan, kemudian memicu itu. Pada kecepatan tinggi, ADC dapat mengimbangi data, tetapi memprosesnya menjadi masalah, jadi ketika dipicu ruang lingkup hanya menunjukkan data ADC di sekitar titik pemicu.

Sumber: Keysight

Terkadang tegangan pada titik asal tidak sama dengan level pemicu, dan sinyal bahkan melayang perlahan ke kedua arah. Apa yang menyebabkan sinyal melayang meskipun pemicu diatur?

Panah kecil menentukan di mana level pemicu lingkup memicu.

Kebingungan lain yang saya miliki: Saya telah melihat sisi kanan asal yang disebut data "pasca-pemicu" dan data "pra-pemicu" sisi kiri. Bagaimana ada data dari sebelum pemicu, jika pengumpulan data dimulai dari pemicu? Bukankah seharusnya titik pemicu berada di bagian paling kiri layar?

Jika Anda menggunakan tombol posisi horizontal, Anda dapat memindahkan titik pemicu ke kiri dan mendapatkan lebih banyak data ke kanan. Karena kebanyakan orang tertarik pada apa yang terjadi sebelum pemicu, osiloskop menunjukkan hal itu juga.

Apa yang menyebabkan sinyal melayang meskipun pemicu diatur?

Penyimpangan yang ditakuti dapat memiliki banyak penyebab ...

• Anda sedang melihat Saluran 1, tetapi pemicunya mencari input Saluran 2, atau beberapa lingkup memiliki jack input pemicu EXTernal. Jangan hanya berasumsi bahwa pemicu selalu melihat gelombang yang sama dengan yang Anda lihat.
• Banyak ruang lingkup memiliki menu pemicu yang berlangsung seperti ini: Otomatis, Normal, Tunggal . Jika ruang lingkup tidak mendapatkan pemicu di Normal atau Tunggal , Anda melihat tampilan kosong.
  Namun dalam Otomatis , ruang lingkup sering menunggu sebentar, mencari pemicu. Jika tidak melihat input yang dapat dipicu, ia akan menampilkan apa pun yang ada di buffer datanya pada saat itu ... Anda mendapatkan tampilan drifty. Penyebabnya mungkin karena kontrol level pemicu Anda diatur terlalu tinggi (di atas bagian atas gelombang) atau terlalu rendah (di bawah bagian bawah gelombang).
• Sirkuit pemicu seringkali membutuhkan level sinyal yang masuk akal. Jika bentuk gelombang terlalu kecil pada layar, pemicu mungkin tidak dihasilkan.
• Menu pemicu dapat mencakup mode eksotis di mana sinyal video diharapkan misalnya. Bekerja dengan baik pada sinyal video, tidak begitu baik pada bentuk gelombang lainnya.
• Opsi pemicu lainnya mungkin menawarkan pemfilteran suara, penolakan frekuensi tinggi, penolakan frekuensi rendah. Ini dapat merusak proses pemicu pada bentuk gelombang yang tampak bersih di layar Anda.
• Pada foto Anda, titik pemicu muncul di layar tengah skala waktu (tempat yang paling sering digunakan). Itu panah menunjuk ke bawah kecil. Tetapi kadang-kadang Anda dapat menemukan bahwa titik pemicu adalah WAY offscreen. Lingkup Anda mengatakan ya, saya memicu ( ikon Trig'd hijau di foto Anda), namun gelombang yang ditampilkan melayang atau gelisah. Jika Anda menggunakan kontrol posisi horizontal untuk mengembalikan pelatuk ke rumah, Anda mungkin akan menemukan bahwa drift atau jitter menghilang.

Dengan latihan, Anda dapat belajar menemukan kontrol yang tepat untuk mengembalikan kewarasan tampilan tanpa beralih ke Autoset . Melihat beberapa bagian dari bentuk gelombang yang kompleks dapat memerlukan pengaturan yang tepat pada banyak menu ... autoset menghapus semuanya, dan terkadang membuat pilihan yang buruk.

Inilah cara saya berpikir pemicu bekerja: Katakanlah saya mengatur pemicu ke mode tepi, dan level ke 5V. Ketika sinyal diukur kemudian mengenai 5V, ADC lingkup diaktifkan dan mulai mengambil sampel sinyal. Sejumlah titik data dikumpulkan, dan titik-titik ini diplot di layar. Lalu ada "waktu mati" kecil setelah lingkup kembali menunggu kondisi pemicu terpenuhi, dan jumlah titik data yang sama dikumpulkan lagi. Ini sekarang harus sejajar dengan set sampel sebelumnya, dan oleh karena itu output lingkup tampak stabil di layar.

Beginilah ruang lingkup analog lama bekerja. Lingkup digital berbeda. ADC terus menerus menangkap data ke dalam buffer. Awalnya, ia mengabaikan pelatuk sampai buffer 'pra-pemicu' diisi. Kemudian secara terus-menerus menimpa buffer ini, sambil mencari kondisi pemicu. Ketika pemicu ditemukan, maka ruang lingkup mengisi sisa buffer dan menampilkan seluruh buffer. Dengan cara ini, titik pemicu dapat ditempatkan di mana saja pada tampilan lingkup. Sebaliknya, titik pemicu dalam cakupan analog hampir tidak sefleksibel dan umumnya hanya dapat diletakkan di sisi kiri layar. Dengan garis penundaan, dapat dipindahkan ke layar dengan beberapa detik.

Waktu mati dalam lingkup digital adalah berapa lama untuk memproses dan menampilkan buffer setelah pemicu, berapa lama yang diperlukan untuk mengatur ulang perangkat keras akuisisi untuk memperoleh tangkapan baru, dan berapa lama yang diperlukan untuk mengisi buffer pra-pemicu. Beberapa dari hal ini kadang-kadang dapat ditangani secara paralel atau dipercepat dengan akuisisi khusus dan perangkat keras pemrosesan sinyal.

Sumbu waktu adalah sesuatu yang saya tidak sepenuhnya mengerti. Saya percaya bahwa asal-usul grid, di mana garis putus-putus yang disorot berpotongan, adalah titik pemicu. Pada titik itu (pada "t = 0") tegangan harus sama dengan tegangan level pemicu. Apakah saya benar sejauh ini? Masalahnya, ini tidak selalu terjadi dengan osiloskop saya. Terkadang tegangan pada titik asal tidak sama dengan level pemicu, dan sinyal bahkan melayang perlahan ke kedua arah. Apa yang menyebabkan sinyal melayang meskipun pemicu diatur?

Dalam tangkapan layar Anda, sinyal tampaknya melewati titik pemicu yang ditunjukkan oleh level pemicu kecil dan panah posisi, yang persis seperti yang Anda harapkan.

Dalam beberapa lingkup (terutama lingkup ujung yang lebih tinggi), jalur pemicu dapat dipisahkan dari jalur akuisisi. Dalam hal ini, sinyal pemicu secara internal berasal dari komparator, dan dimungkinkan untuk kalibrasi melayang di antara ADC dan pemicu pemicu sehingga level pemicu dan posisi mungkin tidak setepat yang seharusnya.

Kebingungan lain yang saya miliki: Saya telah melihat sisi kanan asal yang disebut data "pasca-pemicu" dan data "pra-pemicu" sisi kiri. Bagaimana ada data dari sebelum pemicu, jika pengumpulan data dimulai dari pemicu? Bukankah seharusnya titik pemicu berada di bagian paling kiri layar?

Sekali lagi, dalam lingkup digital, pengambilannya kontinu dan cakupannya mempertahankan buffer pra-pemicu yang terus diperbarui hingga kondisi pemicu terjadi. Ini adalah fitur yang sangat kuat karena memungkinkan Anda untuk melihat apa yang mendahului beberapa peristiwa, sesuatu yang secara umum tidak mungkin dilakukan dengan cakupan analog (kecuali Anda dapat memasukkan penundaan yang cukup lama ke dalam input data, yang secara realistis mencapai beberapa nanodetik).