¿Cómo funciona realmente el disparador del osciloscopio?

Question

Estoy intentando aprender más sobre los osciloscopios digitales, especialmente sobre el disparo. Así es como creo que funciona el disparo: Digamos que configuro el disparo en modo de flanco, y el nivel en 5V. Cuando la señal medida alcanza los 5V, el ADC del osciloscopio se activa y comienza a muestrear la señal. Se recogen una serie de puntos de datos que se trazan en la pantalla. A continuación, hay un pequeño "tiempo muerto" tras el cual el osciloscopio vuelve a esperar a que se cumpla la condición de disparo, y se vuelve a recoger la misma cantidad de puntos de datos. Estos puntos deberían coincidir con el conjunto anterior de muestras y, por lo tanto, la salida del osciloscopio se ve estable en la pantalla.

El eje temporal es algo que no entiendo del todo. Creo que el origen de la cuadrícula, donde se cruzan las líneas de puntos resaltadas, es el punto de disparo. En ese punto (en "t = 0") la tensión debería ser igual a la tensión del nivel de disparo. ¿Estoy en lo cierto hasta ahora? El caso es que no siempre es así con mi osciloscopio. A veces la tensión en el origen no es igual al nivel de disparo, y la señal incluso deriva lentamente hacia cualquier dirección. ¿Qué es lo que hace que la señal se desvíe aunque el disparador esté ajustado?

Otra confusión que tengo: He visto que la parte derecha del origen se llama datos "post-disparo" y la parte izquierda datos "pre-disparo". ¿Cómo es que hay datos de antes de la activación, si la recopilación de datos comienza a partir de la activación? ¿No debería estar el punto de activación en la parte izquierda de la pantalla?

Answer 1

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

El ADC del osciloscopio está continuamente funcionando y recogiendo datos. El disparador controla lo que se muestra.

A continuación, hay un pequeño "tiempo muerto" tras el cual el visor vuelve a esperar a que se cumpla la condición de disparo, y se vuelve a recoger la misma cantidad de puntos de datos. Estos puntos deberían coincidir con el conjunto anterior de muestras y, por lo tanto, la salida del osciloscopio se ve estable en la pantalla.

Este es sólo el caso si su señal es perfectamente periódica, y su explícitamente sólo muestra los datos disparados (muchos osciloscopios tienen una función de disparo "automático" que mostrará los datos, incluso si el alcance no se ha disparado). Como mencionó Hearth en los comentarios a mi respuesta, el "tiempo muerto" que describes se llama holdoff y el ajuste correcto es esencial cuando se dispara en ciertas formas de onda. Por ejemplo, una señal periódica con dos pulsos rápidos seguidos de un largo retardo requeriría un holdoff lo suficientemente largo como para ignorar el segundo pulso (para que el osciloscopio no se vuelva a disparar en el segundo pulso).

El eje temporal es algo que no entiendo del todo. Creo que el origen de la cuadrícula, donde se cruzan las líneas de puntos resaltadas, es el punto de disparo. En ese punto (en "t = 0") la tensión debería ser igual a la tensión del nivel de disparo. ¿Estoy en lo cierto hasta ahora?

Sí.

El caso es que no siempre es así con mi osciloscopio. A veces el voltaje en el origen no es igual al nivel de disparo, y la señal incluso deriva lentamente hacia cualquier dirección. ¿Qué es lo que hace que la señal se desvíe aunque el disparo esté ajustado?

El eje x es móvil en la mayoría de los osciloscopios. Si observas con atención tu captura de pantalla, hay una flecha blanca en la parte superior de la pantalla que apunta hacia abajo. Esa es su eje horizontal ( \$t = 0\$ ) de referencia. También observará una flecha amarilla hacia la izquierda que apunta a la derecha y que muestra el nivel de disparo actual.

Otra confusión que tengo: He visto que la parte derecha del origen se llama datos "post-disparo" y la parte izquierda datos "pre-disparo". ¿Cómo es que hay datos de antes del disparo, si la recopilación de datos comienza a partir del disparo? ¿No debería estar el punto de disparo en la parte izquierda de la pantalla?

El osciloscopio captura continuamente datos, pero sólo los muestra cuando los datos que ha capturado cumplen las condiciones de activación. En función de su posición horizontal, la cantidad de datos post-disparo o pre-disparo mostrados variará.

Answer 2

Mientras que los osciloscopios USB básicos utilizan un software continuo \digital de disparo, no es así como funcionan los visores de mesa. Hay demasiado ancho de banda analógico a altas velocidades para poder controlar toda la información con un ADC. Sobre todo porque los osciloscopios modernos tienen opciones de disparo avanzadas.

Los osciloscopios modernos tienen comparadores que comparan el voltaje que entra con un nivel preestablecido, y luego se disparan en base a eso. A altas velocidades, el ADC puede seguir el ritmo de los datos, pero su procesamiento se convierte en un problema, por lo que cuando se dispara el osciloscopio sólo muestra los datos del ADC alrededor del punto de disparo.

Fuente: Keysight

A veces la tensión en el origen no es igual al nivel de disparo, y la señal incluso deriva lentamente hacia cualquier dirección. ¿Qué hace que la señal se desvíe aunque el disparo esté fijado?

La pequeña flecha determina el nivel de disparo del visor.

Otra confusión que tengo: He visto que el lado derecho del origen llamado los datos "post-disparo" y el lado izquierdo los datos "pre-disparo". ¿Cómo es que hay datos de antes del disparo, si la recolección de datos comienza desde el disparo? ¿No debería estar el punto de disparo en realidad en la parte izquierda de la pantalla?

Si utilizas el botón de posición horizontal puedes mover el punto de disparo hacia la izquierda y obtener más datos a la derecha. Como la mayoría de la gente está interesada en lo que ocurre antes del disparo, los osciloscopios también lo muestran.

Answer 3

¿Qué es lo que hace que la señal se desvíe aunque el disparador esté ajustado?

La temida deriva puede tener muchas causas...

• Usted es buscando en el canal 1, pero el disparador está mirando el Canal 2, o algunos 'scopes tienen una toma de entrada de disparo EXTERNAL. No asuma que el disparador siempre está mirando la misma onda que usted está viendo.
• Muchos visores tienen un menú de disparo que es algo así: Auto, Normal, Individual . Si el ámbito de aplicación no recibe un disparo en Normal o Solo , se ve una pantalla en blanco.
  Pero en Auto Un 'scope' a menudo esperará un corto tiempo, en busca de un disparador. Si no ve una entrada en la que pueda disparar, mostrará lo que haya en su buffer de datos en ese momento... se obtiene una pantalla errática. La causa puede ser que su nivel de activación está ajustado demasiado alto (por encima de la parte superior de la forma de onda) o demasiado bajo (por debajo de la parte inferior de la forma de onda).
• Los circuitos de disparo suelen requerir un nivel de señal razonable. Si la forma de onda es demasiado pequeña en la pantalla, es posible que no se genere un disparo.
• Los menús de disparo pueden incluir modos exóticos en los que una señal de vídeo se espera una señal de vídeo, por ejemplo. Funciona bien con una señal de vídeo, no tan bien con otras formas de onda.
• Otras opciones de activación podrían ofrecer un filtrado de ruido, una alta frecuencia rechazo de alta frecuencia, rechazo de baja frecuencia. Éstos pueden estropear el proceso de disparo en una forma de onda que aparece limpia en su pantalla.
• En su foto, el punto de activación aparece en la escala de tiempo a mitad de pantalla (donde se suele poner). Es la pequeña flecha que apunta hacia abajo hacia abajo. Pero a veces se puede encontrar que el punto de disparo está W-A-Y fuera de la pantalla. Su "alcance" dice sí, estoy desencadenando (verde) Trig'd icono en su foto), sin embargo la onda mostrada está a la deriva o es o es inestable. Si utiliza la función posición horizontal control para obtener el gatillo de vuelta a casa, probablemente encontrará que la deriva o el jitter desaparecen.

Con la práctica, se puede aprender a encontrar el control adecuado para restablecer la cordura de la pantalla sin recurrir a Autoset . La visualización de alguna parte de una forma de onda compleja puede requerir ajustes adecuados en muchos menús... el autoset los borra todos, y a veces toma decisiones equivocadas.

Answer 4

Por interés general, retrocedamos un poco en el tiempo y hablemos de cómo funcionaba el disparo 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, el otro lo mueve horizontalmente. Lo hacen mediante la desviación electrostática de un haz de electrones. Efectivamente, el voltaje en las placas de desviación directamente corresponde a la posición del "punto" en la pantalla del visor.

Dado que la pantalla traduce directamente la tensión a la posición del punto, es bastante fácil conseguirlo para el valor vertical (por ejemplo, la magnitud) de la traza. Simplemente hay que amortiguar y amplificar la señal de entrada según sea necesario, y aplicarla a las placas de desviación vertical.

El barrido horizontal está controlado internamente por una tensión acumulada en un condensador (que luego se amplifica para accionar las placas de la misma manera que las verticales). El barrido se realizaba mediante una fuente de corriente que cargaba ese condensador. Cuando se cambiaba la base de tiempo horizontal, se cambiaba la corriente de carga o se cambiaba el valor del condensador.

El disparador funcionaba básicamente cortocircuitando el condensador, por lo que el rayo (que hace el punto) se sujeta a una única posición en X. Cuando se produce el evento de disparo, hace saltar un pestillo en el osciloscopio, y el integrador del condensador comienza a acumularse, lo que genera un barrido lineal a través de la pantalla.

Una vez que la carga del condensador alcanza un determinado voltaje, el barrido se considera "hecho", la carga del 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 al disparo del osciloscopio deriva de los osciloscopios analógicos. El "tiempo muerto" se debe a que, en un osciloscopio analógico, el condensador de barrido horizontal tarda un periodo de tiempo distinto de cero en descargarse. Es completamente posible producir un osciloscopio digital que no tenga ningún tiempo muerto.

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Tangente:

Obtención de datos antes de el evento de disparo es mucho más difícil con un osciloscopio analógico. La única manera de hacerlo es utilizar algo llamado línea de retardo .

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

Lo que harías es utilizar la línea de retardo para, bueno, retrasar la señal de entrada, y utilizar una entrada de disparo separada para el disparo real. De este modo, se desplaza el inicio de la traza en el tiempo que la línea de retardo retrase (generalmente hasta unos cientos de nanosegundos).

El inconveniente de esta técnica es que se necesita un widget especializado (la línea de retardo). Generalmente son de retardo fijo, y pueden afectar a tu señal dependiendo de su ancho de banda y características.

Answer 5

Así es como creo que funciona el gatillo: Digamos que pongo el disparador en modo borde, y el nivel en 5V. Cuando la señal medida alcanza los 5V, el ADC del osciloscopio se activa y comienza a muestrear la señal. Se recogen algunos puntos de datos, que se trazan en la pantalla. A continuación, hay un pequeño "tiempo muerto" tras el cual el osciloscopio vuelve a esperar a que se cumpla la condición de disparo, y se vuelve a recoger la misma cantidad de puntos de datos. Estos puntos deberían coincidir con el conjunto anterior de muestras y, por lo tanto, la salida del osciloscopio se ve estable en la pantalla.

Así es como funcionaban los antiguos visores analógicos. Los osciloscopios digitales son diferentes. El ADC captura continuamente los datos en un buffer. Inicialmente, ignora el disparo hasta que se llena el búfer de "pre-disparo". Entonces sobrescribe continuamente este búfer, mientras busca la condición de disparo. Cuando se encuentra el disparo, el indicador rellena el resto del búfer y muestra todo el búfer. De este modo, el punto de disparo puede situarse en cualquier lugar de la pantalla del osciloscopio. Por el contrario, el punto de disparo en los osciloscopios analógicos no es tan flexible y, por lo general, sólo puede colocarse en el lado izquierdo de la pantalla. En el caso de las líneas de retardo, se puede desplazar hacia la pantalla unos pocos ns.

El tiempo muerto en un osciloscopio digital es el tiempo que tarda en procesar y mostrar el búfer después de un disparo, el tiempo que tarda en reiniciar el hardware de adquisición para adquirir una nueva captura y el tiempo que tarda en llenar el búfer de pre-disparo. En ocasiones, algunos de estos procesos pueden gestionarse en paralelo o acelerarse mediante hardware especializado en adquisición y procesamiento de señales.

El eje temporal es algo que no entiendo del todo. Creo que el origen de la cuadrícula, donde se cruzan las líneas de puntos resaltadas, es el punto de disparo. En ese punto (en "t = 0") la tensión debería ser igual a la tensión del nivel de disparo. ¿Estoy en lo cierto hasta ahora? El caso es que esto no siempre es así con mi osciloscopio. A veces la tensión en el origen no es igual al nivel de disparo, y la señal incluso deriva lentamente hacia cualquier dirección. ¿Qué es lo que hace que la señal se desvíe aunque el trigger esté ajustado?

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

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

Otra confusión que tengo: He visto que la parte derecha del origen se llama datos "post-disparo" y la parte izquierda datos "pre-disparo". ¿Cómo es posible que haya datos anteriores al disparo, si la recopilación de datos comienza a partir del mismo? ¿No debería estar el punto de disparo en la parte izquierda de la pantalla?

De nuevo, en un osciloscopio digital la captura es continua y el osciloscopio mantiene un búfer de pre-disparo que se refresca continuamente hasta que se produce la condición de disparo. 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 osciloscopios analógicos (a menos que pueda insertar un retardo suficientemente largo en las entradas de datos, que en realidad alcanza un máximo de unos pocos nanosegundos).