Schwerpunkte

Oszilloskope: Der richtige Trigger

25. März 2009, 13:29 Uhr   |  Jim Choate, Robert Lashlee und Peter Kasenbacher

Oszilloskope: Der richtige Trigger

Bei der Signalerfassung mit dem Oszilloskop kommt es wesentlich auf die richtige Triggerung an. Um damit sinnvoll umgehen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie eine Triggerschaltung eigentlich aufgebaut ist und welche Möglichkeiten sie zur Verfügung stellt.

Bei der Signalerfassung mit dem Oszilloskop kommt es wesentlich auf die richtige Triggerung an. Um damit sinnvoll umgehen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie eine Triggerschaltung eigentlich aufgebaut ist und welche Möglichkeiten sie zur Verfügung stellt.

Dem Verständnis der Hardwaretriggerung ist es dienlich, einmal den Weg eines Signals durch ein Oszilloskop (Bild 1) zu verfolgen. Das Signal kommt von einem Tastkopf an den Eingang des Oszilloskops, wo Eingangsteiler und Vorverstärker die Eingangsspannung an die folgenden Stufen anpassen und nach außen hin den Messbereich umschalten. Dann teilt sich das Signal auf; ein Teil geht weiter zum A/D-Wandler, ein anderer Teil in die Triggerschaltung.

Der A/D-Wandler digitalisiert das Signal und reicht es weiter an den Speichercontroller, wo es wieder auf die andere Hälfte des Signals trifft, die inzwischen Triggerschaltung und Zeitbasis durchlaufen hat. Es ist wichtig festzuhalten, dass jener erste Teil des Signals an dieser Stelle digital ist (also ein Datenstrom), während der Teil des Signals, der durch die Triggerschaltung läuft, immer noch analog ist. Dies bedingt bestimmte konstruktive Grenzen bei digitalen Triggern in Echtzeit-Oszilloskopen. Zum Schluss wandert das Signal in den Speicher, wo es die CPU weiterverarbeitet.

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Bild 1: Grundsätzlicher Aufbau eines Oszilloskops. Die grünen Blöcke sind analoge Funktionsblöcke, die violetten digitale.

Einfache Triggerbetriebsarten

Die einfachste und am weitesten verbreitete Triggerbetriebsart ist die Flankentriggerung. Sie ermöglicht das Triggern auf steigende oder fallende Flanken oder auf beide Flankentypen. Diese Art ist zwar einfach einzustellen und anzuwenden, aber Flankentriggerung ist sehr anfällig für Störungen, gerade bei Datenraten von 10 GBit/s und darüber oder bei Spannungspegeln, die deutlich unter den üblichen TTL-Signalen liegen. Diese Betriebsart ist weiterhin empfindlich auf Überschwingen, das kann Fehltrigger auslösen.

Eine Variante davon ist die Triggerung auf die Flankenzeit. Bei dieser Betriebsart wird auf Flanken getriggert (steigende, fallende oder beide), die für den Übergang von einer niedrigen auf eine hohe Spannung (oder umgekehrt) kürzer oder länger brauchen als vorgegeben. So etwas ist nützlich, wenn man in einer Serie von Impulsen besonders langsame Flanken finden möchte, die das Pulstiming durcheinanderwerfen, oder besonders schnelle, die Überschwingen oder ähnliche Störungen verursachen können. Jene Betriebsart leidet unter den gleichen Beschränkungen wie die einfache Flankentriggerung.

Das kann eine Menge Zeit verschlingen. Versuch und Irrtum sind notwendig, weil die einfachen Triggermodi durch Störspannungen und bei komplexen oder asynchronen Signalen schnell an ihre Grenzen stoßen. Erweiterte Triggerbetriebsarten können diese Probleme lindern und damit den Zeitaufwand für Debugging oder Verifikation eines Designs maßgeblich reduzieren.

Zu den erweiterten Triggerfunktionen zählt die softwarebasierte Triggerung zur Verfeinerung der Hardwaretriggerung. Die Softwaretriggerfunktion der Oszilloskop-Familie »Infiniium 90000A« von Agilent nennt sich »InfiniiScan«. Damit kann der Anwender über eine Suchfunktion komplexe Kurvenformen analysieren. Mit ihrer Hilfe kann er den Signalspeicher des Oszilloskops auf bestimmte Ereignisse hin durchsuchen. Der Anwender könnte zum Beispiel einen Hardwaretrigger auf eine Flanke setzen und dann Infinii-Scan so einstellen, dass es auf eine nichtmonotone Flanke triggert. Hier wird das Oszilloskop zunächst all die Flanken finden, die den Bedingungen für die Flankentriggerung erfüllen, und dann die Flanken per Software prüfen, ob irgendeine nicht monoton ist.

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Bild 3: Triggerdefinition für einen mehrstufigen Trigger mit InfiniiScan

Über Softwaretrigger lassen sich auch Zonen auf dem Oszilloskop-Bildschirm definieren. Diese könnte der Anwender benutzen, um Hardwaretrigger näher zu bestimmen, etwa dadurch, dass er festlegt, dass der Trigger nur dann auslöst, wenn die Messkurve diese Zonen schneidet oder nicht.

Ein weiterer Typ erweiterter Trigger sind mehrstufige Trigger. Die genannten Oszilloskope nutzen mehrstufige Trigger (erst Ereignis A, dann Ereignis B), sodass der Anwender zwei getrennte Triggerereignisse zusammen mit einer Verzögerungszeit und einer Rücksetzzeit definieren kann (Bild 3). Erstere ist die Zeit, die der zweite Trigger warten soll, bevor er nach dem Auslösen des ersten Triggers auf das zweite Ereignis B wartet, letztere ist die Zeit, die nach dem Eintreten des Ereignisses B verstreichen soll, bevor das Oszilloskop wieder nach Ereignis A sucht. InfiniiScan erlaubt auch die Definition eines dreistufigen Triggers. Mehrstufige Trigger erlauben dem Anwender viel Kreativität, wenn es darum geht, komplexe oder seltene Signale zu erfassen. (mc)

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Bild 4: Ergebnis einer Messung mit der Triggereinstellung aus Bild 3

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2. Jim Choate
3. Bewegte Bilder unter der Trigger-Lupe
4. Oszilloskope: Der richtige Trigger

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