Como o gatilho do osciloscópio realmente funciona?

Estou tentando aprender mais sobre os osciloscópios digitais, especialmente o disparo. Aqui está como eu acho que o gatilho funciona: Digamos que eu defina o gatilho no modo edge e o nível em 5V. Quando o sinal medido atinge 5V, o ADC do osciloscópio é ativado e começa a amostrar o sinal. Alguma quantidade de pontos de dados é coletada e esses são plotados na tela. Depois, há um pequeno "tempo morto", após o qual o escopo novamente espera que a condição de acionamento seja atendida e a mesma quantidade de pontos de dados é reunida novamente. Agora eles devem estar alinhados com o conjunto anterior de amostras e, portanto, a saída do escopo parece estável na tela.

O eixo do tempo é algo que eu não entendo completamente. Acredito que a origem da grade, onde as linhas pontilhadas destacadas se cruzam, é o ponto de disparo. Nesse ponto (em "t = 0"), a tensão deve ser igual à tensão no nível do gatilho. Estou correto até agora? O problema é que nem sempre é o caso do meu osciloscópio. Às vezes, a tensão na origem não é igual ao nível do acionador, e o sinal até se move lentamente para qualquer direção. O que faz com que o sinal seja desviado, mesmo que o gatilho esteja ativado?

Outra confusão que tenho: vi o lado direito da origem chamado de dados "pós-disparo" e o lado esquerdo "dados de pré-disparo". Como existem dados antes do gatilho, se a coleta de dados começa a partir do gatilho? O ponto de disparo não deveria estar exatamente à esquerda da tela?

Por interesse geral, vamos voltar um pouco no tempo e falar sobre como o acionamento do osciloscópio analógico funcionou.

Os osciloscópios da velha escola são dispositivos vetoriais . Em outras palavras, o ponto na tela é manipulado por duas voltagens. Um move-o verticalmente, outro horizontalmente. Eles fazem isso por deflexão eletrostática de um feixe de elétrons. Efetivamente, a tensão nas placas de deflexão corresponde diretamente à posição do "ponto" na tela do osciloscópio.

Como o display converte a voltagem na posição do ponto diretamente, é fácil o suficiente para realizar o valor vertical (por exemplo, a magnitude) do traço. Você simplesmente armazena em buffer e amplifica o sinal de entrada conforme necessário e aplica-o às placas de deflexão vertical.

A varredura horizontal é controlada internamente por uma tensão acumulada em um capacitor (que é amplificado para acionar as placas da mesma maneira que as placas verticais). A varredura foi realizada por uma fonte atual que carrega esse capacitor. Ao alterar a base de tempo horizontal, você estava alterando a corrente de carga ou alternando o valor do capacitor.

O gatilho funcionava basicamente causando um curto-circuito no capacitor, de modo que o feixe (que forma o ponto) é fixado em uma única posição em X. Quando o evento do gatilho ocorre, ele abre uma trava no osciloscópio e o integrador de capacitores começa a acumular, o que gera uma varredura linear na tela.

Quando a carga do capacitor atinge uma certa tensão, a varredura é tratada como "concluída", a carga no capacitor é descarregada através do interruptor eletrônico e o sistema está pronto para outro evento de disparo.

Isso é relevante porque grande parte da linguagem que envolve o acionamento do osciloscópio deriva de osciloscópios analógicos. O "tempo morto" ocorre porque, para um osciloscópio analógico, leva um período diferente de zero para que o capacitor de varredura horizontal seja descarregado. É completamente possível produzir um osciloscópio digital que não tem tempo morto.

Tangente:

Obter dados antes do evento de disparo é muito mais difícil com um osciloscópio analógico. A única maneira de fazer isso é usar algo chamado linha de atraso .

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

O que você faria é usar a linha de atraso para, bem, atrasar o sinal de entrada e usar uma entrada de gatilho separada para o gatilho real. Ao fazer isso, você efetivamente altera o tempo do início do rastreamento a qualquer momento que a linha de atraso adie (geralmente até algumas centenas de nanossegundos).

A desvantagem dessa técnica é que você precisa de um widget especializado (a linha de atraso). Eles geralmente têm um atraso fixo e podem afetar seu sinal, dependendo da largura de banda e das características.

Quando o sinal medido atinge 5V, o ADC do osciloscópio é ativado e começa a amostrar o sinal. Alguma quantidade de pontos de dados é coletada e esses são plotados na tela.

O ADC do escopo está continuamente executando e coletando dados. O gatilho controla o que é exibido.

Depois, há um pequeno "tempo morto", após o qual o escopo novamente espera que a condição de acionamento seja atendida e a mesma quantidade de pontos de dados é reunida novamente. Agora eles devem estar alinhados com o conjunto anterior de amostras e, portanto, a saída do escopo parece estável na tela.

Este é apenas o caso se o seu sinal for perfeitamente periódico e você estiver apenas exibindo dados acionados explicitamente (muitos escopos têm um recurso de acionamento "automático" que exibirá dados mesmo que o escopo não tenha sido acionado). Conforme mencionado por Hearth nos comentários da minha resposta, o "tempo morto" que você descreve é ​​chamado de espera , e a configuração correta disso é essencial ao acionar determinadas formas de onda. Por exemplo, um sinal periódico com dois pulsos rápidos seguidos de um longo atraso exigiria uma pausa suficiente para ignorar o segundo pulso (para que o osciloscópio não seja acionado novamente no segundo pulso).

O eixo do tempo é algo que eu não entendo completamente. Acredito que a origem da grade, onde as linhas pontilhadas destacadas se cruzam, é o ponto de disparo. Nesse ponto (em "t = 0"), a tensão deve ser igual à tensão no nível do gatilho. Estou correto até agora?

Sim.

O problema é que nem sempre é o caso do meu osciloscópio. Às vezes, a tensão na origem não é igual ao nível do acionador, e o sinal ainda se move lentamente para qualquer direção. O que faz com que o sinal seja desviado mesmo se o gatilho estiver ativado?

$t = 0$

Outra confusão que tenho: vi o lado direito da origem chamado de dados "pós-disparo" e o lado esquerdo "dados de pré-disparo". Como existem dados antes do gatilho, se a coleta de dados começa a partir do gatilho? O ponto de disparo não deveria estar exatamente à esquerda da tela?

O escopo captura continuamente dados, mas apenas exibe dados quando os dados capturados atendem às condições do acionador. Com base na sua posição horizontal, a quantidade de dados pós-disparo ou pré-disparo exibidos variará.

Embora os osciloscópios USB básicos usem software contínuo / acionamento digital, não é assim que os escopos de bancada funcionam. Há muita largura de banda analógica em alta velocidade para poder monitorar todas as informações com um ADC. Especialmente porque os escopos modernos têm opções avançadas de disparo.

Os osciloscópios modernos têm comparadores que comparam a tensão que chega a um nível predefinido e, em seguida, disparam nele. Em altas velocidades, o ADC pode acompanhar os dados, mas o processamento se torna um problema; portanto, quando acionado, o escopo mostra apenas os dados do ADC em torno do ponto de acionamento.

Fonte: Keysight

Às vezes, a tensão na origem não é igual ao nível do acionador, e o sinal ainda se move lentamente para qualquer direção. O que faz com que o sinal seja desviado mesmo se o gatilho estiver ativado?

A pequena seta determina onde o nível de disparo do osciloscópio está sendo acionado.

Outra confusão que tenho: vi o lado direito da origem chamado de dados "pós-disparo" e o lado esquerdo "dados de pré-disparo". Como existem dados antes do gatilho, se a coleta de dados começa a partir do gatilho? O ponto de disparo não deveria estar exatamente à esquerda da tela?

Se você usar o botão de posição horizontal, poderá mover o ponto de disparo para a esquerda e obter mais dados para a direita. Como a maioria das pessoas está interessada no que acontece antes do gatilho, os osciloscópios mostram isso também.

O que faz com que o sinal seja desviado mesmo se o gatilho estiver ativado?

A deriva temida pode ter muitas causas ...

• Você está olhando para o canal 1, mas o gatilho está olhando para a entrada do canal 2 ou alguns escopos têm uma tomada de entrada EXTernal. Não basta assumir que o gatilho está sempre olhando para a mesma onda que você está vendo.
• Muitos escopos têm um menu de gatilho que é mais ou menos assim: Automático, Normal, Único . Se o escopo não disparar em Normal ou Único , você verá uma tela em branco.
  Mas no Auto , um escopo geralmente espera um pouco, procurando um gatilho. Se não vir uma entrada na qual possa ser acionada, ele exibirá o que estiver no buffer de dados naquele momento ... você obtém uma exibição drifty. A causa pode ser porque seu controle de nível de disparo está definido muito alto (acima da parte superior da forma de onda) ou muito baixo (abaixo da parte inferior da forma de onda).
• Os circuitos de disparo geralmente exigem um nível de sinal razoável. Se a forma de onda for muito pequena na tela, um gatilho pode não ser gerado.
• Os menus de disparo podem incluir modos exóticos nos quais é esperado um sinal de vídeo, por exemplo. Funciona bem em um sinal de vídeo, não tão bem em outras formas de onda.
• Outras opções de disparo podem oferecer filtragem de ruído, rejeição de alta frequência e rejeição de baixa frequência. Isso pode atrapalhar o processo de disparo em uma forma de onda que parece limpa no seu monitor.
• Na sua foto, o ponto de disparo aparece na tela intermediária da escala de tempo (onde é mais comumente colocada). Essa é a pequena seta apontando para baixo. Mas às vezes você pode achar que o ponto de disparo está MUITO fora da tela. Seu escopo diz que sim, estou acionando ( ícone verde ativado na sua foto), mas a onda exibida está flutuando ou está instável. Se você usar o controle de posição horizontal para levar o gatilho de volta para casa, provavelmente descobrirá que a deriva ou instabilidade desaparece.

Com a prática, você pode aprender a encontrar o controle adequado para restaurar a sanidade da tela sem recorrer ao Autoset . A visualização de parte de uma forma de onda complexa pode exigir configurações adequadas em muitos menus ... a configuração automática limpa todas elas e, às vezes, faz más escolhas.

Aqui está como eu acho que o gatilho funciona: Digamos que eu ajuste o gatilho para o modo edge e o nível para 5V. Quando o sinal medido atinge 5V, o ADC do osciloscópio é ativado e começa a amostrar o sinal. Alguma quantidade de pontos de dados é coletada e esses são plotados na tela. Depois, há um pequeno "tempo morto", após o qual o escopo novamente espera que a condição de acionamento seja atendida e a mesma quantidade de pontos de dados é reunida novamente. Agora eles devem estar alinhados com o conjunto anterior de amostras e, portanto, a saída do escopo parece estável na tela.

Foi assim que os escopos analógicos antigos funcionaram. Os escopos digitais são diferentes. O ADC captura continuamente dados em um buffer. Inicialmente, ele ignora o gatilho até que o buffer 'pré-gatilho' seja preenchido. Em seguida, ele substitui continuamente esse buffer, enquanto procura a condição de disparo. Quando o gatilho é encontrado, o escopo preenche o restante do buffer e exibe o buffer inteiro. Dessa maneira, o ponto de disparo pode ser colocado em qualquer lugar da tela do osciloscópio. Por outro lado, o ponto de disparo nos escopos analógicos não é tão flexível e geralmente só pode ser colocado do lado esquerdo da tela. Com linhas de atraso, ele pode ser movido para a tela por alguns ns.

O tempo morto em um escopo digital é quanto tempo leva para processar e exibir o buffer após um gatilho, quanto tempo leva para redefinir o hardware de aquisição para adquirir uma nova captura e quanto tempo leva para preencher o buffer pré-gatilho. Às vezes, parte disso pode ser tratado em paralelo ou acelerado por hardware especializado de aquisição e processamento de sinais.

O eixo do tempo é algo que eu não entendo completamente. Acredito que a origem da grade, onde as linhas pontilhadas destacadas se cruzam, é o ponto de disparo. Nesse ponto (em "t = 0"), a tensão deve ser igual à tensão no nível do gatilho. Estou correto até agora? O problema é que nem sempre é o caso do meu osciloscópio. Às vezes, a tensão na origem não é igual ao nível do acionador, e o sinal ainda se move lentamente para qualquer direção. O que faz com que o sinal seja desviado mesmo se o gatilho estiver ativado?

Na captura de tela, o sinal parece cruzar o ponto de disparo indicado pelas pequenas setas de nível e posição do gatilho, que é exatamente o que você deve ver.

Em alguns escopos (especialmente nos escopos de extremidade mais alta), o caminho de disparo pode ser separado do caminho de aquisição. Nesse caso, os sinais de disparo provêm internamente dos comparadores, e é possível que a calibração seja desviada entre o ADC e o comparador de disparos, para que o nível e a posição possivelmente não sejam tão precisos quanto deveriam.

Outra confusão que tenho: vi o lado direito da origem chamado de dados "pós-disparo" e o lado esquerdo "dados de pré-disparo". Como existem dados antes do gatilho, se a coleta de dados começa a partir do gatilho? O ponto de disparo não deveria estar exatamente à esquerda da tela?

Novamente, em um escopo digital, a captura é contínua e o escopo mantém um buffer de pré-disparo que é atualizado continuamente até que ocorra a condição de disparo. Esse é um recurso extremamente poderoso, pois permite que você observe o que precedeu algum evento, algo que geralmente é impossível de ser feito com escopos analógicos (a menos que você possa inserir um atraso suficientemente longo nas entradas de dados, o que realmente atinge alguns pontos) nanossegundos).