Comment fonctionne vraiment le déclenchement de l'oscilloscope?

J'essaie d'en savoir plus sur les oscilloscopes numériques, en particulier le déclenchement. Voici comment je pense que le déclencheur fonctionne: Disons que je mets le déclencheur en mode bord et le niveau à 5V. Lorsque le signal mesuré atteint alors 5 V, le CAN de l'oscilloscope s'active et il commence à échantillonner le signal. Un certain nombre de points de données sont collectés, et ceux-ci sont tracés à l'écran. Ensuite, il y a un petit "temps mort" après lequel l'oscilloscope attend à nouveau que la condition de déclenchement soit remplie, et la même quantité de points de données est à nouveau collectée. Ceux-ci devraient maintenant s'aligner sur le jeu d'échantillons précédent, et donc la sortie de l'oscilloscope semble stable à l'écran.

L'axe du temps est quelque chose que je ne comprends pas complètement. Je crois que l'origine de la grille, où les lignes pointillées en surbrillance se croisent, est le point de déclenchement. À ce point (à "t = 0"), la tension doit être égale à la tension du niveau de déclenchement. Suis-je correct jusqu'à présent? Le truc c'est que ce n'est pas toujours le cas avec mon oscilloscope. Parfois, la tension à l'origine n'est pas égale au niveau de déclenchement, et le signal dérive même lentement dans l'une ou l'autre direction. Qu'est-ce qui fait dériver le signal même si le déclencheur est réglé?

Une autre confusion que j'ai: j'ai vu le côté droit de l'origine appelé les données "post-déclenchement" et les données gauche "pré-déclenchement". Comment les données sont-elles antérieures au déclencheur, si la collecte de données commence à partir du déclencheur? Le point de déclenchement ne devrait-il pas réellement se trouver tout à gauche de l'écran?

Par intérêt général, remontons un peu dans le temps et parlons du fonctionnement du déclenchement de l'oscilloscope analogique.

Les oscilloscopes à l'ancienne sont des appareils vectoriels . En d'autres termes, le point sur l'écran est manipulé par deux tensions. On le déplace verticalement, on le déplace horizontalement. Ils le font par déviation électrostatique d'un faisceau d'électrons. En effet, la tension sur les plaques de déflexion correspond directement à la position du "point" sur l'affichage de l'oscilloscope.

Étant donné que l'affichage traduit directement la tension en position de point, il est assez facile de le faire pour la valeur verticale (par exemple la magnitude) de la trace. Il vous suffit de tamponner et d'amplifier le signal d'entrée selon vos besoins et de l'appliquer aux plaques de déflexion verticales.

Le balayage horizontal est contrôlé en interne par une tension accumulée sur un condensateur (qui est ensuite amplifié pour entraîner les plaques de la même manière que les plaques verticales). Le balayage a été accompli par une source de courant qui charge ce condensateur. Lorsque vous avez modifié la base de temps horizontale, vous modifiez le courant de charge ou changez la valeur du condensateur.

Le déclencheur a fonctionné en court-circuitant essentiellement le condensateur, de sorte que le faisceau (qui fait le point) est fixé à une seule position en X. Lorsque l'événement de déclenchement se produit, il retourne un verrou dans l'oscilloscope et l'intégrateur de condensateur commence à s'accumuler, ce qui génère un balayage linéaire sur l'écran.

Une fois que la charge du condensateur atteint une certaine tension, le balayage est traité comme "terminé", la charge dans le condensateur est déchargée via l'interrupteur électronique, et le système est alors prêt pour un autre événement déclencheur.

Ceci est pertinent car une grande partie du langage qui entoure le déclenchement de l'oscilloscope dérive des oscilloscopes analogiques. Le «temps mort» est dû au fait que pour un oscilloscope analogique, il faut une période de temps non nulle pour que le condensateur de balayage horizontal se décharge. Il est tout à fait possible de produire un oscilloscope numérique qui n'a pas de temps mort.

Tangente:

Obtenir des données avant l'événement déclencheur est beaucoup plus difficile avec un oscilloscope analogique. La seule façon de le faire est d'utiliser ce que l'on appelle une ligne à retard .

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

Ce que vous feriez, c'est utiliser la ligne à retard pour retarder le signal d'entrée et utiliser une entrée de déclenchement distincte pour le déclencheur réel. Ce faisant, vous décalez efficacement le début de la trace par le temps que la ligne à retard retarde (généralement jusqu'à quelques centaines de nanosecondes).

L'inconvénient de cette technique est que vous avez besoin d'un widget spécialisé (la ligne à retard). Ils sont généralement à retard fixe et peuvent affecter votre signal en fonction de leur bande passante et de leurs caractéristiques.

Lorsque le signal mesuré atteint alors 5 V, le CAN de l'oscilloscope s'active et il commence à échantillonner le signal. Un certain nombre de points de données sont collectés, et ceux-ci sont tracés à l'écran.

L'ADC de l'oscilloscope fonctionne et collecte des données en continu. Le déclencheur contrôle ce qui est affiché.

Ensuite, il y a un petit "temps mort" après lequel l'oscilloscope attend à nouveau que la condition de déclenchement soit remplie, et la même quantité de points de données est à nouveau collectée. Ceux-ci devraient maintenant s'aligner sur le jeu d'échantillons précédent, et donc la sortie de l'oscilloscope semble stable à l'écran.

Ce n'est le cas que si votre signal est parfaitement périodique et que vous affichez explicitement uniquement les données déclenchées (de nombreuses étendues ont une fonction de déclenchement "automatique" qui affichera les données même si l'étendue n'a pas été déclenchée). Comme mentionné par Hearth dans les commentaires de ma réponse, le "temps mort" que vous décrivez est appelé holdoff , et le régler correctement est essentiel lors du déclenchement sur certaines formes d'onde. Par exemple, un signal périodique avec deux impulsions rapides suivies d'un long retard nécessiterait une attente suffisamment longue pour ignorer la deuxième impulsion (afin que l'oscilloscope ne se déclenche pas à nouveau sur la deuxième impulsion).

L'axe du temps est quelque chose que je ne comprends pas complètement. Je crois que l'origine de la grille, où les lignes pointillées en surbrillance se croisent, est le point de déclenchement. À ce point (à "t = 0"), la tension doit être égale à la tension du niveau de déclenchement. Suis-je correct jusqu'à présent?

Oui.

Le truc c'est que ce n'est pas toujours le cas avec mon oscilloscope. Parfois, la tension à l'origine n'est pas égale au niveau de déclenchement, et le signal dérive même lentement dans l'une ou l'autre direction. Qu'est-ce qui fait dériver le signal même si le déclencheur est réglé?

$t = 0$

Une autre confusion que j'ai: j'ai vu le côté droit de l'origine appelé les données "post-déclenchement" et les données gauche "pré-déclenchement". Comment les données sont-elles antérieures au déclencheur, si la collecte de données commence à partir du déclencheur? Le point de déclenchement ne devrait-il pas réellement se trouver tout à gauche de l'écran?

La portée capture continuellement des données, mais affiche uniquement les données lorsque les données capturées satisfont aux conditions de déclenchement. En fonction de votre position horizontale, la quantité de données post-déclenchement ou pré-déclenchement affichées variera.

Bien que les oscilloscopes USB de base utilisent un déclenchement continu par logiciel \ numérique, ce n'est pas ainsi que fonctionnent les oscilloscopes de paillasse. Il y a trop de bande passante analogique à des vitesses élevées pour pouvoir surveiller toutes les informations avec un ADC. D'autant plus que les oscilloscopes modernes disposent d'options de déclenchement avancées.

Les oscilloscopes modernes ont des comparateurs qui comparent la tension entrant à un niveau prédéfini, puis se déclenchent sur cela. À des vitesses élevées, l'ADC peut suivre les données, mais le traitement devient un problème, donc lorsqu'il est déclenché, la portée affiche uniquement les données ADC autour du point de déclenchement.

Source: Keysight

Parfois, la tension à l'origine n'est pas égale au niveau de déclenchement, et le signal dérive même lentement dans l'une ou l'autre direction. Qu'est-ce qui fait dériver le signal même si le déclencheur est réglé?

La petite flèche détermine où le niveau de déclenchement de l'oscilloscope se déclenche.

Une autre confusion que j'ai: j'ai vu le côté droit de l'origine appelé les données "post-déclenchement" et les données gauche "pré-déclenchement". Comment les données sont-elles antérieures au déclencheur, si la collecte de données commence à partir du déclencheur? Le point de déclenchement ne devrait-il pas réellement se trouver tout à gauche de l'écran?

Si vous utilisez le bouton de position horizontale, vous pouvez déplacer le point de déclenchement vers la gauche et obtenir plus de données vers la droite. Parce que la plupart des gens s'intéressent à ce qui se passe avant le déclenchement, les oscilloscopes le montrent également.

Qu'est-ce qui fait dériver le signal même si le déclencheur est réglé?

La dérive redoutée peut avoir de très nombreuses causes ...

• Vous regardez le canal 1, mais le déclencheur regarde l'entrée du canal 2, ou certains oscilloscopes ont une prise d'entrée de déclenchement EXTernal. Ne vous contentez pas de supposer que le déclencheur regarde toujours la même onde que vous regardez.
• De nombreuses étendues ont un menu de déclenchement qui ressemble à ceci: Auto, Normal, Single . Si la portée n'obtient pas de déclencheur en Normal ou Unique , vous voyez un affichage vide.
  Mais dans Auto , une portée souvent attendra un court instant, à la recherche d'un déclencheur. S'il ne voit pas une entrée sur laquelle il peut se déclencher, il affichera tout ce qui se trouve dans son tampon de données à ce moment ... vous obtenez un affichage dérivé. La cause peut être que votre contrôle de niveau de déclenchement est réglé trop haut (au-dessus du haut de la forme d'onde) ou trop bas (au-dessous du bas de la forme d'onde).
• Les circuits de déclenchement nécessitent souvent un niveau de signal raisonnable. Si la forme d'onde est trop petite à l'écran, il se peut qu'un déclencheur ne soit pas généré.
• Les menus de déclenchement peuvent inclure des modes exotiques où un signal vidéo est attendu par exemple. Fonctionne très bien sur un signal vidéo, moins bien sur d'autres formes d'onde.
• D'autres options de déclenchement peuvent offrir un filtrage du bruit, un rejet haute fréquence, un rejet basse fréquence. Ceux-ci peuvent encrasser le processus de déclenchement sur une forme d'onde qui apparaît propre sur votre écran.
• Sur votre photo, le point de déclenchement apparaît sur le milieu de l'échelle de temps (où il est le plus souvent placé). C'est la petite flèche pointant vers le bas. Mais vous pouvez parfois constater que le point de déclenchement est WAY hors écran. Votre portée dit oui, je déclenche ( icône verte déclenchée sur votre photo), mais la vague affichée dérive ou est nerveuse. Si vous utilisez le contrôle de position horiz pour ramener la détente à la maison, vous constaterez probablement que la dérive ou la gigue disparaît.

Avec la pratique, vous pouvez apprendre à trouver le contrôle approprié pour restaurer l'intégrité de l'affichage sans recourir à Autoset . L'affichage d'une partie d'une forme d'onde complexe peut nécessiter des réglages appropriés sur de nombreux menus ... la configuration automatique les efface tous et fait parfois de mauvais choix.

Voici comment je pense que le déclencheur fonctionne: Disons que je mets le déclencheur en mode bord et le niveau à 5V. Lorsque le signal mesuré atteint alors 5 V, le CAN de l'oscilloscope s'active et il commence à échantillonner le signal. Un certain nombre de points de données sont collectés, et ceux-ci sont tracés à l'écran. Ensuite, il y a un petit "temps mort" après lequel l'oscilloscope attend à nouveau que la condition de déclenchement soit remplie, et la même quantité de points de données est à nouveau collectée. Ceux-ci devraient maintenant s'aligner sur le jeu d'échantillons précédent, et donc la sortie de l'oscilloscope semble stable à l'écran.

C'est ainsi que fonctionnaient les anciennes étendues analogiques. Les portées numériques sont différentes. L'ADC capture en continu les données dans un tampon. Initialement, il ignore le déclencheur jusqu'à ce que le tampon «pré-déclencheur» soit rempli. Ensuite, il écrase continuellement ce tampon, tout en recherchant la condition de déclenchement. Lorsque le déclencheur est trouvé, la portée remplit le reste du tampon et affiche le tampon entier. De cette façon, le point de déclenchement peut être placé n'importe où sur l'affichage de l'oscilloscope. En revanche, le point de déclenchement dans les oscilloscopes analogiques n'est pas aussi flexible et ne peut généralement être placé que du côté gauche de l'écran. Avec les lignes à retard, il peut être déplacé sur l'affichage de quelques ns.

Le temps mort dans une portée numérique est le temps qu'il faut pour traiter et afficher le tampon après un déclenchement, combien de temps il faut pour réinitialiser le matériel d'acquisition pour acquérir une nouvelle capture et combien de temps il faut pour remplir le tampon de pré-déclenchement. Certains de ces problèmes peuvent parfois être gérés en parallèle ou accélérés par du matériel spécialisé d'acquisition et de traitement du signal.

L'axe du temps est quelque chose que je ne comprends pas complètement. Je crois que l'origine de la grille, où les lignes pointillées en surbrillance se croisent, est le point de déclenchement. À ce point (à "t = 0"), la tension doit être égale à la tension du niveau de déclenchement. Suis-je correct jusqu'à présent? Le truc c'est que ce n'est pas toujours le cas avec mon oscilloscope. Parfois, la tension à l'origine n'est pas égale au niveau de déclenchement, et le signal dérive même lentement dans l'une ou l'autre direction. Qu'est-ce qui fait dériver le signal même si le déclencheur est réglé?

Dans votre capture d'écran, le signal semble traverser le point de déclenchement indiqué par les petites flèches de niveau et de position de déclenchement, ce qui est exactement ce à quoi vous devriez vous attendre.

Dans certaines étendues (en particulier les étendues d'extrémité supérieure), le chemin de déclenchement peut être distinct du chemin d'acquisition. Dans ce cas, les signaux de déclenchement proviennent en interne de comparateurs, et il est possible que l'étalonnage dérive entre l'ADC et le comparateur de déclenchement, de sorte que le niveau de déclenchement et éventuellement la position ne sont pas aussi précis qu'ils devraient l'être.

Une autre confusion que j'ai: j'ai vu le côté droit de l'origine appelé les données "post-déclenchement" et les données gauche "pré-déclenchement". Comment les données sont-elles antérieures au déclencheur, si la collecte de données commence à partir du déclencheur? Le point de déclenchement ne devrait-il pas réellement se trouver tout à gauche de l'écran?

Encore une fois, dans une portée numérique, la capture est continue et la portée maintient un tampon de pré-déclenchement qui est actualisé en continu jusqu'à ce que la condition de déclenchement se produise. C'est une fonctionnalité extrêmement puissante car elle vous permet de regarder ce qui a précédé un événement, quelque chose qui est en général impossible à faire avec des étendues analogiques (à moins que vous ne puissiez insérer un délai suffisamment long dans les entrées de données, ce qui se termine de manière réaliste à quelques nanosecondes).