¿Cómo funciona realmente el disparador del osciloscopio?

Estoy tratando de aprender más sobre los osciloscopios digitales, especialmente los disparadores. Así es como creo que funciona el disparador: Digamos que configuré el disparador en modo borde y el nivel en 5V. Cuando la señal medida alcanza 5V, el ADC del osciloscopio se activa y comienza a muestrear la señal. Se recopilan algunos puntos de datos, que se trazan en la pantalla. Luego hay un pequeño "tiempo muerto" después del cual el alcance nuevamente espera a que se cumpla la condición de activación, y la misma cantidad de puntos de datos se vuelven a reunir. Ahora deberían alinearse con el conjunto de muestras anterior y, por lo tanto, la salida del alcance parece estable en la pantalla.

El eje del tiempo es algo que no entiendo completamente. Creo que el origen de la cuadrícula, donde se cruzan las líneas punteadas resaltadas, es el punto de activación. En ese punto (en "t = 0") el voltaje debe ser igual al voltaje del nivel de disparo. ¿Estoy en lo cierto hasta ahora? La cuestión es que este no siempre es el caso con mi osciloscopio. A veces, el voltaje en el origen no es igual al nivel de activación, y la señal incluso se desplaza lentamente en cualquier dirección. ¿Qué causa que la señal se desplace incluso si se activa el gatillo?

Otra confusión que tengo: he visto el lado derecho del origen llamado datos "post-trigger" y el lado izquierdo "pre-trigger". ¿Cómo hay datos de antes del activador, si la recopilación de datos comienza desde el activador? ¿No debería el punto de activación estar realmente a la izquierda de la pantalla?

Por interés general, retrocedamos un poco en el tiempo y hablemos sobre cómo funcionó la activación del osciloscopio analógico.

Los osciloscopios de la vieja escuela son dispositivos vectoriales . En otras palabras, el punto en la pantalla es manipulado por dos voltajes. Uno lo mueve verticalmente, uno lo mueve horizontalmente. Lo hacen por desviación electrostática de un haz de electrones. Efectivamente, el voltaje en las placas de desviación corresponde directamente a la posición del "punto" en la pantalla del osciloscopio.

Dado que la pantalla traduce el voltaje a la posición de punto directamente, es bastante fácil lograr esto para el valor vertical (por ejemplo, la magnitud) de la traza. Simplemente amortigua y amplifica la señal de entrada según sea necesario, y la aplicas a las placas de deflexión vertical.

El barrido horizontal está controlado internamente por un voltaje acumulado en un condensador (que luego se amplifica para impulsar las placas de la misma manera que las placas verticales). El barrido fue realizado por una fuente de corriente que carga ese condensador. Cuando cambió la base de tiempo horizontal, estaba cambiando la corriente de carga o cambiando el valor del condensador.

El disparador funcionó básicamente acortando el condensador, por lo que el haz (que hace el punto) se sujeta a una sola posición en X. Cuando se produce el evento del disparador, gira un pestillo en el osciloscopio y el integrador del condensador comienza a acumularse, lo que genera un barrido lineal en la pantalla.

Una vez que la carga del condensador alcanza un cierto voltaje, el barrido se trata como "hecho", la carga en el condensador se descarga a través del interruptor electrónico y el sistema está listo para otro evento de disparo.

Esto es relevante porque gran parte del lenguaje que rodea la activación del osciloscopio deriva de los osciloscopios analógicos. El "tiempo muerto" se debe a que, para un osciloscopio analógico, el capacitor de barrido horizontal tarda un período de tiempo distinto de cero en descargarse. Es completamente posible producir un osciloscopio digital que no tenga ningún tiempo muerto.

Tangente:

Obtener datos antes del evento de activación es mucho más difícil con un osciloscopio analógico. La única forma de hacerlo es usar algo llamado línea de retardo .

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

Lo que debería hacer es usar la línea de retardo para, bueno, retrasar la señal de entrada y usar una entrada de disparador separada para el disparador real. Al hacerlo, efectivamente cambia el inicio de la traza en el tiempo que demore la línea de retardo (generalmente hasta unos cientos de nanosegundos).

La desventaja de esta técnica es que necesita un widget especializado (la línea de retardo). Generalmente son demoras fijas y pueden afectar su señal dependiendo de su ancho de banda y características.

Cuando la señal medida alcanza 5V, el ADC del osciloscopio se activa y comienza a muestrear la señal. Se recopilan algunos puntos de datos, que se trazan en la pantalla.

El ADC del osciloscopio está continuamente ejecutando y recopilando datos. El disparador controla lo que se muestra.

Luego hay un pequeño "tiempo muerto" después del cual el alcance nuevamente espera a que se cumpla la condición de activación, y la misma cantidad de puntos de datos se vuelven a reunir. Ahora deberían alinearse con el conjunto de muestras anterior y, por lo tanto, la salida del alcance parece estable en la pantalla.

Este es solo el caso si su señal es perfectamente periódica, y explícitamente solo muestra datos disparados (muchos ámbitos tienen una función de disparo "automático" que mostrará datos incluso si el alcance no se ha disparado). Como mencionó Hearth en los comentarios a mi respuesta, el "tiempo muerto" que usted describe se llama espera , y establecerlo correctamente es esencial cuando se activa ciertas formas de onda. Por ejemplo, una señal periódica con dos pulsos rápidos seguidos de un retraso prolongado requeriría una retención lo suficientemente larga como para ignorar el segundo pulso (para que el alcance no se vuelva a disparar en el segundo pulso).

El eje del tiempo es algo que no entiendo completamente. Creo que el origen de la cuadrícula, donde se cruzan las líneas punteadas resaltadas, es el punto de activación. En ese punto (en "t = 0") el voltaje debe ser igual al voltaje de nivel de disparo. ¿Estoy en lo cierto hasta ahora?

Si.

La cuestión es que este no siempre es el caso con mi osciloscopio. A veces, el voltaje en el origen no es igual al nivel de activación, y la señal incluso se desplaza lentamente en cualquier dirección. ¿Qué causa que la señal se desplace incluso si se activa el gatillo?

$t = 0$

Otra confusión que tengo: he visto el lado derecho del origen llamado datos "post-trigger" y el lado izquierdo "pre-trigger". ¿Cómo hay datos de antes del activador, si la recopilación de datos comienza desde el activador? ¿No debería el punto de activación estar realmente a la izquierda de la pantalla?

El osciloscopio captura datos continuamente, pero solo muestra datos cuando los datos capturados cumplen con las condiciones de activación. En función de su posición horizontal, la cantidad de datos que se muestran después del disparo o antes del disparo variará.

Si bien los osciloscopios USB básicos utilizan software continuo \ activación digital, no es así como funcionan los ámbitos de sobremesa. Hay demasiado ancho de banda analógico a altas velocidades para poder monitorear toda la información con un ADC. Sobre todo porque los ámbitos modernos tienen opciones de activación avanzadas.

Los osciloscopios modernos tienen comparadores que comparan el voltaje que llega a un nivel preestablecido, y luego se activan. A altas velocidades, el ADC puede mantenerse al día con los datos, pero procesarlos se convierte en un problema, por lo que cuando se activa, el alcance solo muestra los datos de ADC alrededor del punto de activación.

Fuente: Keysight

A veces, el voltaje en el origen no es igual al nivel de activación, y la señal incluso se desplaza lentamente en cualquier dirección. ¿Qué causa que la señal se desplace incluso si se activa el gatillo?

La pequeña flecha determina dónde se dispara el nivel de activación del osciloscopio.

Otra confusión que tengo: he visto el lado derecho del origen llamado datos "post-trigger" y el lado izquierdo "pre-trigger". ¿Cómo hay datos de antes del activador, si la recopilación de datos comienza desde el activador? ¿No debería el punto de activación estar realmente a la izquierda de la pantalla?

Si usa el botón de posición horizontal, puede mover el punto de activación hacia la izquierda y obtener más datos hacia la derecha. Debido a que la mayoría de las personas están interesadas en lo que sucede antes del disparador, los osciloscopios también lo demuestran.

¿Qué causa que la señal se desplace incluso si se activa el gatillo?

La deriva temida puede tener muchas causas ...

• Estás mirando el canal 1, pero el disparador está mirando la entrada del canal 2, o algunos ámbitos tienen un conector de entrada de disparador EXTERNO. No asuma que el disparador siempre está mirando la misma onda que está viendo.
• Muchos ámbitos tienen un menú de activación que se parece a esto: Automático, Normal, Individual . Si el alcance no obtiene un desencadenante en Normal o Individual , verá una pantalla en blanco.
  Pero en Auto , un 'alcance a menudo esperará un corto tiempo, buscando un disparador. Si no ve una entrada en la que pueda activarse, mostrará lo que esté en su búfer de datos en ese momento ... obtendrá una pantalla a la deriva. La causa podría ser porque su control de nivel de activación está configurado demasiado alto (por encima de la parte superior de la forma de onda) o demasiado bajo (debajo de la parte inferior de la forma de onda).
• Los circuitos de activación a menudo requieren un nivel de señal razonable. Si la forma de onda es demasiado pequeña en la pantalla, es posible que no se genere un disparador.
• Los menús de activación pueden incluir modos exóticos donde se espera una señal de video, por ejemplo. Funciona bien en una señal de video, no tan bien en otras formas de onda.
• Otras opciones de activación pueden ofrecer filtrado de ruido, rechazo de alta frecuencia, rechazo de baja frecuencia. Estos pueden estropear el proceso de activación en una forma de onda que aparece limpia en su pantalla.
• En su foto, el punto de activación aparece en la pantalla media de la escala de tiempo (donde se coloca más comúnmente). Esa es la pequeña flecha que apunta hacia abajo. Pero a veces puede encontrar que el punto desencadenante está MUCHO fuera de la pantalla. Su alcance dice que sí, estoy activando ( Trig'd verde icono en su foto), pero la onda que se muestra está a la deriva o está nerviosa. Si usa el control de posición horizontal para volver a activar el gatillo, es probable que desaparezca la deriva o la fluctuación.

Con la práctica, puede aprender a encontrar el control adecuado para restaurar la cordura de la pantalla sin recurrir a Autoset . Ver una parte de una forma de onda compleja puede requerir la configuración adecuada en muchos menús ... el autoajuste los borra a todos y, a veces, toma malas decisiones.

Así es como creo que funciona el disparador: Digamos que configuré el disparador en modo borde y el nivel en 5V. Cuando la señal medida alcanza 5V, el ADC del osciloscopio se activa y comienza a muestrear la señal. Se recopilan algunos puntos de datos, que se trazan en la pantalla. Luego hay un pequeño "tiempo muerto" después del cual el alcance nuevamente espera a que se cumpla la condición de activación, y la misma cantidad de puntos de datos se vuelven a reunir. Ahora deberían alinearse con el conjunto de muestras anterior y, por lo tanto, la salida del alcance parece estable en la pantalla.

Así es como funcionaban los antiguos ámbitos analógicos. Los ámbitos digitales son diferentes. El ADC captura continuamente datos en un búfer. Inicialmente, ignora el disparador hasta que se llena el búfer 'pre-disparador'. Luego, sobrescribe continuamente este búfer, mientras busca la condición de activación. Cuando se encuentra el disparador, el alcance llena el resto del búfer y muestra todo el búfer. De esta manera, el punto de activación se puede colocar en cualquier lugar de la pantalla del osciloscopio. Por el contrario, el punto de activación en ámbitos analógicos no es tan flexible y, en general, solo se puede colocar en el lado izquierdo de la pantalla. Con las líneas de retardo, se puede mover a la pantalla unas pocas ns.

El tiempo muerto en un ámbito digital es cuánto tiempo se tarda en procesar y mostrar el búfer después de un disparador, cuánto se tarda en restablecer el hardware de adquisición para adquirir una nueva captura y cuánto se tarda en llenar el búfer preactivador. Algo de esto puede manejarse ocasionalmente en paralelo o acelerado por hardware especializado de adquisición y procesamiento de señales.

El eje del tiempo es algo que no entiendo completamente. Creo que el origen de la cuadrícula, donde se cruzan las líneas punteadas resaltadas, es el punto de activación. En ese punto (en "t = 0") el voltaje debe ser igual al voltaje de nivel de disparo. ¿Estoy en lo cierto hasta ahora? La cuestión es que este no siempre es el caso con mi osciloscopio. A veces, el voltaje en el origen no es igual al nivel de activación, y la señal incluso se desplaza lentamente en cualquier dirección. ¿Qué causa que la señal se desplace incluso si se activa el gatillo?

En su captura de pantalla, la señal parece cruzar el punto de activación indicado por el pequeño nivel de activación y las flechas de posición, que es exactamente lo que debe esperar ver.

En algunos ámbitos (especialmente ámbitos de extremo superior), la ruta de activación puede estar separada de la ruta de adquisición. En este caso, las señales de disparo provienen internamente de los comparadores, y es posible que la calibración se desplace entre el ADC y el comparador de disparos, por lo que el nivel de disparo y posiblemente la posición no son tan precisos como deberían ser.

Otra confusión que tengo: he visto el lado derecho del origen llamado datos "post-trigger" y el lado izquierdo "pre-trigger". ¿Cómo hay datos de antes del activador, si la recopilación de datos comienza desde el activador? ¿No debería el punto de activación estar realmente a la izquierda de la pantalla?

Nuevamente, en un ámbito digital, la captura es continua y el ámbito mantiene un búfer de preactivación que se actualiza continuamente hasta que se produce la condición de activación. Esta es una característica extremadamente poderosa, ya que le permite ver lo que precedió a algún evento, algo que en general es imposible de hacer con los ámbitos analógicos (a menos que pueda insertar un retraso lo suficientemente largo en las entradas de datos, que en realidad alcanza algunos nanosegundos).