示波器模板测试功能在捕获偶发错误中的应用

在日常的电路测试工作中，由于各种原因，所造成的电路中偶发错误的捕获及测量通常是一个难点。其难点通常在于：

• 偶发错误，出现的概率低，示波器由于存在一定的死区时间，无法捕获到异常信号；
• 偶发错误出现的时间和幅度不确定，不清楚如何设置触发条件进行捕获；
• 偶发错误信号如何进行准确，快速的进行测量。

针对第1和第2个难点，需要示波器具有高波形捕获率，同时需要有更灵活的触发方式对发现的信号进行捕获。针对第3个难点，需要示波器有良好的操作界面，快速准确的测量功能。

本文以使用R&S RTO1044示波器测试电路中偶发干扰信号为例，简要总结了偶发信号捕获及干扰的方法。

被测电路上电后，按下Autoset，触发方式为上升沿触发，模式为Auto，示波器显示波形如图1所示，可以看到是220V/50Hz的标准交流电波形（使用高压探头100：1衰减）。波形稳定显示，未观察到有干扰信号。

图1 电路上电后示波器显示波形

为准确的观察是否有干扰信号的存在，打开示波器的余晖功能，波形显示如图2。余晖功能是累积显示示波器所捕获到的历史所有波形，波形亮度的深浅代表了波形出现的数量。可以清楚地看到在正弦波波谷位置附近出现了毛刺干扰信号。

图2 示波器余晖功能显示波形

在这一过程中，很多工程师会忽略示波器的另一重要指标：波形捕获率。波形捕获率，顾名思义，表示示波器每秒钟捕获波形的数量，并显示在示波器的屏幕上。现代数字示波器信号处理的流程如图3所示。肉眼看到示波器的波形一直在变化，而事实上，两次显示在屏幕中的波形之间，有大量的满足触发条件的信号都“漏失”了，即并没有显示在屏幕上。数据采集过程和显示处理过程。数据采集过程通过ADC芯片实现，速度很快。而瓶颈在于“后台处理数据—〉屏幕显示”这一过程。R&S RTO 示波器具有每秒100万的波形捕获率，极大的缩短了示波器的显示处理时间，被“漏失”的波形大大减少。

图3 现代数字示波器信号处理过程

观察到了被测电路中有毛刺信号，那么接下来希望能够稳定的捕获到它进而进行观察，测量。通过单步触发“RunSingle”的方式以及图1所示的波形，可以看到这个毛刺信号是偶发的，并不是始终“伴随”着正弦波。当然仍然可以使用“RunSingle”的方式，但是对于偶发概率很低的异常干扰，会大大浪费时间，效率低下。其实，完全可以借助RTO的模板测试功能（即 Mask Testing），在屏幕中手动绘制一个模板区域（即违规区域），当波形触碰到这个区域的时候，可以使示波器停止运行即“Stop”，快速的捕获到异常信号，进行测量，保存波形等一系列操作。那么，针对图3通过余晖功能观察到的毛刺位置和幅度，可以简单的在毛刺位置绘制一个违规区域，进行捕获。但是针对更普遍的情况，例如当电路长时间运行，干扰出现的形式（即时间，幅度，宽度）等都不确定的情况下，手动绘制违规区域着实令人头痛，那么可以使用RTO示波器的“以波形为参考的模板设置”功能，设置方式如图4所示，在Mask Definition中选择“Waveform”，Source中选择参考波形的通道，点击“Copy to”，此时屏幕中可以看到正常信号正弦波意外的所有区域都被设置成了违规区域，那么考虑到正常信号受噪声影响而造成的一定程度的波动，调节“Horizontal Width”he “Vertical Width”两个参数，预留出小部分的“余地”。