異常信號是有還是沒有，這一直是個問題。但我們的產(chǎn)品遇到偶發(fā)性的故障現(xiàn)象時，我們會做出大膽地假設(shè)，懷疑這懷疑那，接下來，我們恨不得示波器能“一個不漏地”連續(xù)采集半個小時，1個小時的信號。但遺憾的是，示波器從來就干不了這個活。示波器每采集一屏幕的信號就會“停頓”一段時間，然后再進行下一次。采采停停。 我們怎么指望示波器能“抓”到異常信號? 本文介紹的方法應(yīng)是值得借鑒。
在日常的電路測試工作中，由于各種原因，所造成的電路中偶發(fā)錯誤的捕獲及測量通常是一個難點。其難點通常在于：
• 偶發(fā)錯誤，出現(xiàn)的概率低，示波器由于存在一定的死區(qū)時間，無法捕獲到異常信號；
• 偶發(fā)錯誤出現(xiàn)的時間和幅度不確定，不清楚如何設(shè)置觸發(fā)條件進行捕獲；
• 偶發(fā)錯誤信號如何進行準(zhǔn)確，快速的進行測量。
針對第1和第2個難點，需要示波器具有高波形捕獲率，同時需要有更靈活的觸發(fā)方式對發(fā)現(xiàn)的信號進行捕獲。針對第3個難點，需要示波器有良好的操作界面，快速準(zhǔn)確的測量功能。
本文以使用r&s rto1044示波器測試電路中偶發(fā)干擾信號為例，簡要總結(jié)了偶發(fā)信號捕獲及干擾的方法。
被測電路上電后，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。
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。
圖2 示波器余暉功能顯示波形
在這一過程中，很多工程師會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)條件的信號都“漏失”了，即并沒有顯示在屏幕上。數(shù)據(jù)采集過程和顯示處理過程。數(shù)據(jù)采集過程通過adc芯片實現(xiàn)，速度很快。而瓶頸在于“后臺處理數(shù)據(jù)—〉屏幕顯示”這一過程。r&s rto 示波器具有每秒100萬的波形捕獲率，極大的縮短了示波器的顯示處理時間，被“漏失”的波形大大減少。
圖3 現(xiàn)代數(shù)字示波器信號處理過程
觀察到了被測電路中有毛刺信號，那么接下來希望能夠穩(wěn)定的捕獲到它進而進行觀察，測量。通過單步觸發(fā)“runsingle”的方式以及圖1所示的波形，可以看到這個毛刺信號是偶發(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，但是對于偶發(fā)概率很低的異常干擾，會大大浪費時間，效率低下。其實，完全可以借助rto的模板測試功能（即 mask testing），在屏幕中手動繪制一個模板區(qū)域（即違規(guī)區(qū)域），當(dāng)波形觸碰到這個區(qū)域的時候，可以使示波器停止運行即“stop”，快速的捕獲到異常信號，進行測量，保存波形等一系列操作。那么，針對圖3通過余暉功能觀察到的毛刺位置和幅度，可以簡單的在毛刺位置繪制一個違規(guī)區(qū)域，進行捕獲。但是針對更普遍的情況，例如當(dāng)電路長時間運行，干擾出現(xiàn)的形式（即時間，幅度，寬度）等都不確定的情況下，手動繪制違規(guī)區(qū)域著實令人頭痛，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，點擊“copy to”，此時屏幕中可以看到正常信號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受噪聲影響而造成的一定程度的波動，調(diào)節(jié)“horizontal width”he “vertical width”兩個參數(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，無論出現(xiàn)在任何位置，只要造成原始正弦波信號產(chǎn)生畸變，都能夠被捕獲下來。
圖5 以波形為參考的模板
然后，將干擾信號的部分放大觀察，打開光標(biāo)測量，如圖6所示，可以看到干擾脈沖的負脈沖寬度約200us。而事實上，從該項目測試指導(dǎo)文檔中說明的是，干擾脈沖的負脈沖寬度約在10us左右。問題出現(xiàn)了，干擾信號捕獲到了，可是脈寬的測量與指導(dǎo)說明不符合，為什么？
圖6 脈沖光標(biāo)測量
其實仔細觀察，原因比較簡單，“時刻警惕采樣率”。由于一般情況下，示波器默認情況下是固定了存儲深度（1k），按下autoset之后，由于被測信號正弦波的周期較大（50hz），當(dāng)調(diào)整時基時，隨著采樣時間的增大，示波器會降低采樣率至當(dāng)前只有10khz。10khz的采樣率對于無失真恢復(fù)50hz的正弦波沒有問題，可是對于包含有高頻分量的窄脈沖信號，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的上升沿捕獲至少5個點，然后調(diào)整時基，充分利用示波器的存儲深度。設(shè)置的方法如圖7所示，調(diào)整采樣率至500m/s，再調(diào)整捕獲信號的時間長度為約100ms。
圖7 固定采樣率設(shè)置
此時，再將毛刺部分放大進行測量，如圖8所示，可以看到毛刺的負脈沖寬度只有約11us，與測試指導(dǎo)說明相吻合。
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的特征，負脈寬約11us，正脈寬稍大一些。rto1044能夠捕獲最小脈沖寬度為50ps的信號，因此為了穩(wěn)定的能夠捕獲到干擾信號，可以通過設(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。由于水平時基比較大，毛刺信號的寬度很小，為避免屏幕的柵格線遮擋住毛刺信號，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，觸發(fā)點穩(wěn)定的保持在正脈沖干擾的結(jié)束。rto1044示波器同時提供了豐富的參數(shù)快速測量功能，最多能夠同時測試100個參數(shù)值。打開measure功能，設(shè)置測量負脈沖寬度（neg pulse），那么示波器可以自動的測量出參數(shù)值，當(dāng)前測量為10.008us，與光標(biāo)測量方式相比，快速而有準(zhǔn)確。
圖11 脈沖寬度出發(fā)捕獲干擾信號
總結(jié)：
• rto示波器的波形捕獲率最高可以達到100萬/秒，因此對捕獲偶發(fā)異常信號有很大的幫助；
• 豐富的測量功能，能夠快速，準(zhǔn)確地對參數(shù)進行測量；
• 時刻警惕采樣率，避免由于采樣率過低而造成波形失真，最終導(dǎo)致測量結(jié)果錯誤；
基本的準(zhǔn)側(cè)：在被測信號的上升沿應(yīng)至少要保證有5個采樣點；
• 利用rto示波器的模板測試功能，快速捕獲偶發(fā)異常信號，操作的思路建議：
打開余輝查看異常信號——〉設(shè)置模板，定義違規(guī)區(qū)域——〉觀察異常信號特征——〉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——〉根據(jù)需要進行參數(shù)測量。