異常信號(hào)是有還是沒有，這一直是個(gè)問(wèn)題。但我們的產(chǎn)品遇到偶發(fā)性的故障現(xiàn)象時(shí)，我們會(huì)做出大膽地假設(shè)，懷疑這懷疑那，接下來(lái)，我們恨不得示波器能“一個(gè)不漏地”連續(xù)采集半個(gè)小時(shí)，1個(gè)小時(shí)的信號(hào)。但遺憾的是，示波器從來(lái)就干不了這個(gè)活。示波器每采集一屏幕的信號(hào)就會(huì)“停頓”一段時(shí)間，然后再進(jìn)行下一次。采采停停。 我們?cè)趺粗竿静ㄆ髂堋白ァ钡疆惓Ｐ盘?hào)? 本文介紹的方法應(yīng)是值得借鑒。
在日常的電路測(cè)試工作中，由于各種原因，所造成的電路中偶發(fā)錯(cuò)誤的捕獲及測(cè)量通常是一個(gè)難點(diǎn)。其難點(diǎn)通常在于：
• 偶發(fā)錯(cuò)誤，出現(xiàn)的概率低，示波器由于存在一定的死區(qū)時(shí)間，無(wú)法捕獲到異常信號(hào)；
• 偶發(fā)錯(cuò)誤出現(xiàn)的時(shí)間和幅度不確定，不清楚如何設(shè)置觸發(fā)條件進(jìn)行捕獲；
• 偶發(fā)錯(cuò)誤信號(hào)如何進(jìn)行準(zhǔn)確，快速的進(jìn)行測(cè)量。
針對(duì)第1和第2個(gè)難點(diǎn)，需要示波器具有高波形捕獲率，同時(shí)需要有更靈活的觸發(fā)方式對(duì)發(fā)現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行捕獲。針對(duì)第3個(gè)難點(diǎn)，需要示波器有良好的操作界面，快速準(zhǔn)確的測(cè)量功能。
本文以使用r&s rto1044示波器測(cè)試電路中偶發(fā)干擾信號(hào)為例，簡(jiǎn)要總結(jié)了偶發(fā)信號(hào)捕獲及干擾的方法。
被測(cè)電路上電后，按下autoset，觸發(fā)方式為上升沿觸發(fā)，模式為auto，示波器顯示波形如圖1所示，可以看到是220v/50hz的標(biāo)準(zhǔn)交流電波形（使用高壓探頭100：1衰減）。波形穩(wěn)定顯示，未觀察到有干擾信號(hào)。
圖1 電路上電后示波器顯示波形
為準(zhǔn)確的觀察是否有干擾信號(hào)的存在，打開示波器的余暉功能，波形顯示如圖2。余暉功能是累積顯示示波器所捕獲到的歷史所有波形，波形亮度的深淺代表了波形出現(xiàn)的數(shù)量?？梢郧宄乜吹皆谡也úü任恢酶浇霈F(xiàn)了毛刺干擾信號(hào)。
圖2 示波器余暉功能顯示波形
在這一過(guò)程中，很多工程師會(huì)忽略示波器的另一重要指標(biāo)：波形捕獲率。波形捕獲率，顧名思義，表示示波器每秒鐘捕獲波形的數(shù)量，并顯示在示波器的屏幕上?，F(xiàn)代數(shù)字示波器信號(hào)處理的流程如圖3所示。肉眼看到示波器的波形一直在變化，而事實(shí)上，兩次顯示在屏幕中的波形之間，有大量的滿足觸發(fā)條件的信號(hào)都“漏失”了，即并沒有顯示在屏幕上。數(shù)據(jù)采集過(guò)程和顯示處理過(guò)程。數(shù)據(jù)采集過(guò)程通過(guò)adc芯片實(shí)現(xiàn)，速度很快。而瓶頸在于“后臺(tái)處理數(shù)據(jù)—〉屏幕顯示”這一過(guò)程。r&s rto 示波器具有每秒100萬(wàn)的波形捕獲率，極大的縮短了示波器的顯示處理時(shí)間，被“漏失”的波形大大減少。
圖3 現(xiàn)代數(shù)字示波器信號(hào)處理過(guò)程
觀察到了被測(cè)電路中有毛刺信號(hào)，那么接下來(lái)希望能夠穩(wěn)定的捕獲到它進(jìn)而進(jìn)行觀察，測(cè)量。通過(guò)單步觸發(fā)“runsingle”的方式以及圖1所示的波形，可以看到這個(gè)毛刺信號(hào)是偶發(fā)的，并不是始終“伴隨”著正弦波。當(dāng)然仍然可以使用“runsingle”的方式，但是對(duì)于偶發(fā)概率很低的異常干擾，會(huì)大大浪費(fèi)時(shí)間，效率低下。其實(shí)，完全可以借助rto的模板測(cè)試功能（即 mask testing），在屏幕中手動(dòng)繪制一個(gè)模板區(qū)域（即違規(guī)區(qū)域），當(dāng)波形觸碰到這個(gè)區(qū)域的時(shí)候，可以使示波器停止運(yùn)行即“stop”，快速的捕獲到異常信號(hào)，進(jìn)行測(cè)量，保存波形等一系列操作。那么，針對(duì)圖3通過(guò)余暉功能觀察到的毛刺位置和幅度，可以簡(jiǎn)單的在毛刺位置繪制一個(gè)違規(guī)區(qū)域，進(jìn)行捕獲。但是針對(duì)更普遍的情況，例如當(dāng)電路長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，干擾出現(xiàn)的形式（即時(shí)間，幅度，寬度）等都不確定的情況下，手動(dòng)繪制違規(guī)區(qū)域著實(shí)令人頭痛，那么可以使用rto示波器的“以波形為參考的模板設(shè)置”功能，設(shè)置方式如圖4所示，在mask definition中選擇“waveform”，source中選擇參考波形的通道，點(diǎn)擊“copy to”，此時(shí)屏幕中可以看到正常信號(hào)正弦波意外的所有區(qū)域都被設(shè)置成了違規(guī)區(qū)域，那么考慮到正常信號(hào)受噪聲影響而造成的一定程度的波動(dòng)，調(diào)節(jié)“horizontal width”he “vertical width”兩個(gè)參數(shù)，預(yù)留出小部分的“余地”。
圖4 以波形為參考的模板設(shè)置方法
設(shè)置ok后，如圖5所示，可以看到正弦波信號(hào)的周圍區(qū)域已經(jīng)都被設(shè)置為違規(guī)區(qū)域。那么，一旦有任何毛刺干擾信號(hào)，無(wú)論出現(xiàn)在任何位置，只要造成原始正弦波信號(hào)產(chǎn)生畸變，都能夠被捕獲下來(lái)。
圖5 以波形為參考的模板
然后，將干擾信號(hào)的部分放大觀察，打開光標(biāo)測(cè)量，如圖6所示，可以看到干擾脈沖的負(fù)脈沖寬度約200us。而事實(shí)上，從該項(xiàng)目測(cè)試指導(dǎo)文檔中說(shuō)明的是，干擾脈沖的負(fù)脈沖寬度約在10us左右。問(wèn)題出現(xiàn)了，干擾信號(hào)捕獲到了，可是脈寬的測(cè)量與指導(dǎo)說(shuō)明不符合，為什么？
圖6 脈沖光標(biāo)測(cè)量
其實(shí)仔細(xì)觀察，原因比較簡(jiǎn)單，“時(shí)刻警惕采樣率”。由于一般情況下，示波器默認(rèn)情況下是固定了存儲(chǔ)深度（1k），按下autoset之后，由于被測(cè)信號(hào)正弦波的周期較大（50hz），當(dāng)調(diào)整時(shí)基時(shí)，隨著采樣時(shí)間的增大，示波器會(huì)降低采樣率至當(dāng)前只有10khz。10khz的采樣率對(duì)于無(wú)失真恢復(fù)50hz的正弦波沒有問(wèn)題，可是對(duì)于包含有高頻分量的窄脈沖信號(hào)，顯然是不夠的，因此造成了失真，脈寬展寬。
因此，建議的操作方法是首先固定采樣率，保證采樣率能夠在信號(hào)的上升沿捕獲至少5個(gè)點(diǎn)，然后調(diào)整時(shí)基，充分利用示波器的存儲(chǔ)深度。設(shè)置的方法如圖7所示，調(diào)整采樣率至500m/s，再調(diào)整捕獲信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度為約100ms。
圖7 固定采樣率設(shè)置
此時(shí)，再將毛刺部分放大進(jìn)行測(cè)量，如圖8所示，可以看到毛刺的負(fù)脈沖寬度只有約11us，與測(cè)試指導(dǎo)說(shuō)明相吻合。
圖8 固定采樣率之后放大毛刺
到此為止，已經(jīng)可以準(zhǔn)確地了解到電路中干擾信號(hào)的特征，負(fù)脈寬約11us，正脈寬稍大一些。rto1044能夠捕獲最小脈沖寬度為50ps的信號(hào)，因此為了穩(wěn)定的能夠捕獲到干擾信號(hào)，可以通過(guò)設(shè)置示波器的觸發(fā)方式為width（脈沖寬度），如圖9所示，設(shè)置為正脈寬觸發(fā)，寬度設(shè)置為14us±5us，觸發(fā)模式改為normal，只捕獲有干擾的信號(hào)。由于水平時(shí)基比較大，毛刺信號(hào)的寬度很小，為避免屏幕的柵格線遮擋住毛刺信號(hào)，可以去掉柵格線，如圖10所示。
圖9 脈沖寬度觸發(fā)設(shè)置
圖10 屏幕顯示柵格線設(shè)置
在圖11可以看到，示波器可以穩(wěn)定的捕獲干擾信號(hào)，觸發(fā)點(diǎn)穩(wěn)定的保持在正脈沖干擾的結(jié)束。rto1044示波器同時(shí)提供了豐富的參數(shù)快速測(cè)量功能，最多能夠同時(shí)測(cè)試100個(gè)參數(shù)值。打開measure功能，設(shè)置測(cè)量負(fù)脈沖寬度（neg pulse），那么示波器可以自動(dòng)的測(cè)量出參數(shù)值，當(dāng)前測(cè)量為10.008us，與光標(biāo)測(cè)量方式相比，快速而有準(zhǔn)確。
圖11 脈沖寬度出發(fā)捕獲干擾信號(hào)
總結(jié)：
• rto示波器的波形捕獲率最高可以達(dá)到100萬(wàn)/秒，因此對(duì)捕獲偶發(fā)異常信號(hào)有很大的幫助；
• 豐富的測(cè)量功能，能夠快速，準(zhǔn)確地對(duì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；
• 時(shí)刻警惕采樣率，避免由于采樣率過(guò)低而造成波形失真，最終導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤；
基本的準(zhǔn)側(cè)：在被測(cè)信號(hào)的上升沿應(yīng)至少要保證有5個(gè)采樣點(diǎn)；
• 利用rto示波器的模板測(cè)試功能，快速捕獲偶發(fā)異常信號(hào)，操作的思路建議：
打開余輝查看異常信號(hào)——〉設(shè)置模板，定義違規(guī)區(qū)域——〉觀察異常信號(hào)特征——〉設(shè)置觸發(fā)方式及觸發(fā)模式，穩(wěn)定的捕獲偶發(fā)異常信號(hào)——〉根據(jù)需要進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。