一文详解示波器的触发功能(上)

示波器是以图形方式显示变化的电压信号的电子测量仪器，通常是一个或多个信号随时间变化的二维图像，被誉为“电子工程师的眼睛”。如果要稳定观察、显示示波器波形，捕获特点信号事件，触发(Trigger)则是关键因素。所以充分理解触发的概念、原理以及设置方法是有效使用示波器的前提。

自20多年前RIGOL诞生以来，RIGOL示波器也从最初的模拟触发转向全面数字触发，示波器触发功能不断丰富和增强。本文将和大家一起探究示波器的“触发”的来龙去脉——

01什么是触发?What's Trigger?

触发是按照需求设置一定的电压幅值、时间、波形变化率等方面的条件，当波形数据流中的某一个波形满足设定条件时，示波器实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。只有稳定的触发才能有稳定的显示。触发也是发现问题之后定位问题的最重要手段，善于使用触发能轻松定位出您想寻找的信号。

02触发的两个关键参数

Two key factors of Trigger示波器从诞生开始经历了模拟示波器和数字示波器两个主要阶段。模拟示波器中的触发系统是我们了解触发相关内容很好的起点。那我们从模拟触发基本概念中最主要的比较器电路开始。

单限比较器

只有一个参考电平，且参考电平为GND(0电平)的简单比较器，被称为单限比较器。如下图所示：

▲典型单限比较器示意图

当单限比较器的输入信号大于参考电平，则输出正"﹢"，否则输出负"﹣"，这个参考电平就是触发功能中的关键参数“触发电平”。Vo = -Vsat @ Vi < VtVo = 0 @Vi = VtVo = +Vsat @Vi > Vt

但是由于单限比较器只有一个触发电平作为临界电压，所以输入信号的波动或噪声产生多次穿越临界电压的情况，会导致误触发，使输出产生不正确的转换。

为解决误触发的问题，就需要使用迟滞比较器。

迟滞比较器

在单限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的迟滞比较器，如下图所示。

▲迟滞比较器示意图

迟滞比较器具有两个参考电平作为触发电平，VTH和VTL。当输入电压高于VTH时，比较器输出高电平，当输入电压低于VTL时比较器输出低电平，当输入电压在VTH和VTL两者之间时，则保持原来的输出不变。

▲迟滞比较器的输入输出特征图

迟滞比较器解决了输入信号的波动或噪声导致误触发的问题。迟滞比较器两个比较电平VTH和VTL之间形成“迟滞区间”，由于迟滞区间的存在，输入波形噪声和毛刺导致多次穿越临界电压的情况下，仍能维持输出信号的稳定，如下图所示：

▲迟滞区间

迟滞区间区间越大对噪声的抑制能力越强，反之则越小。但迟滞区间并不是越大越好，会导致触发迟钝，对信号的变化不敏感。这就是在触发系统中另一个关键参数“触发灵敏度”，触发灵敏度体现了触发对信号噪声的敏感程度。

03

为什么需要触发?Why Trigger is necessary?在之前发布的《数字实时荧辉技术》的文章中，我们曾介绍过示波器的显示原理，是通过将波形在屏幕上保持一段时间后再消失，在指定的波形保持时间内，多个捕获周期绘制的波形叠加显示在屏幕上。

然而在实际的测量过程中，我们会发现，将输入信号接入示波器通道后，并不能立即显示稳定的波器。通常需要手动进程触发设置之后，波形才会稳定显示在显示器中。这是为什么呢?

下面我们通过传统的模拟示波器来了解触发在波形观察时的作用。

模拟示波器工作原理

阴极射线管(CRT)简称示波管，是模拟示波器的核心，它的原理图如下：

▲示波管示意图

当把输入信号施加到Y轴偏转板，而X轴偏转板不加电压时，在荧光屏的最左侧纵坐标上就会打出一个亮点，且电压越大亮点位置越高。

当把锯齿波信号施加到X偏转板，而在Y偏转板不加电压时，随着锯齿波电压的升高，光点从屏幕最左边均匀移动到屏幕最右边。当锯齿波归零后重新开始扫描，则光点迅速回到最左边后，从最左边重复向右移动。

所以模拟示波器的工作方式是在Y轴偏转板上施加待测信号，在X轴偏转板上施加锯齿波作为扫描信号。工作原理如下图所示：

▲示波器工作原理图

支持触发功能前

示波管可以帮助示波器将波形显示屏幕上，但并不能保证将信号波形稳定的在屏幕上显示。如下图所示，在X轴偏转板施加锯齿波作为扫描信号，在Y轴偏转板施加输入待测试信号。

▲信号控制水平与垂直方向扫描

如果锯齿波是自动触发，它的触发位置不固定，那么输入波形在示波器中的显示状态如下图所示。

▲不固定触发波形显示

因为每次从屏幕起始的位置，波形的相位不一致，使得观察者在示波器上看到的波形好像是在滚动，且有多条波形重叠，如下图所示。

▲多波形重叠示意图

解决这个问题，就需要使每一屏中显示波形的相位是同步的，这取决于施加在X轴偏转板上的锯齿波信号何时开始扫描。为此示波器增加了触发功能。

支持触发功能后支持触发功能后，示波器可以设置触发电平，并且可以选择在输入信号的上升/下降沿(slope)进行触发。假设设定一个直流触发电平为Level1，并选择在上升沿进行触发，那么触发效果如下图所示。

▲上升沿触发波形

从上图也可以看出X轴锯齿波周期决定了示波器横轴水平时基的大小。当锯齿波周期越长，则水平时基(time/div)越大，在屏幕上显示的波形周期数越多。

通过设置触发条件，可以实现每一屏中显示波形的相位同步，如下图所示。

▲固定触发波形显示

最后叠加在同一屏上，波形就可以稳定显示了，效果如下图所示。

04总结

Summary本文通过介绍触发的概念、原理、关键参数，以及触发的必要性，可以了解到，稳定观察、显示示波器波形，捕获特点信号事件，触发是关键因素。那么，如何实现触发?触发有哪些类型?它们各自的优势在哪些方面?下篇将继续为大家介绍，敬请期待!