Trigger di base e avanzato negli oscilloscopi

OSCILLOSCOPI –

Quando è presente una quantità considerevole di rumore o si è alla ricerca di eventi asincroni, bisogna ricorrere a modalità di trigger avanzate. Con una solida conoscenza dei trigger di base e dei trigger multistadio è possibile catturare qualunque evento.

Sapere quale tipo di trigger è meglio utilizzare per catturare un evento specifico è di importanza fondamentale quando si usa un oscilloscopio. Questo articolo illustra dapprima l'architettura tipica di un circuito di trigger di un moderno oscilloscopio. Prosegue con l'illustrazione delle modalità di trigger di base e, infine, spiega alcune delle modalità di trigger avanzate disponibili negli strumenti commerciali.

Una tipica architettura di trigger dell'oscilloscopio
È utile conoscere la progressione del segnale lunga la catena di trattamento dell'oscilloscopio per comprendere perché esistano alcune limitazioni relative al trattamento hardware del trigger. Una sonda porta il segnale all'ingresso dell'oscilloscopio dove un attenuatore un preamplificatore sono usati per compensare i livelli di ingresso a seconda delle impostazioni della scala verticale riguardanti il valore di tensione per divisione. Il segnale viene poi ripartito su due cammini, uno verso il convertitore A/D (analogico/digitale), l'altro verso il circuito di trigger. Il convertitore A/D converte il segnale in forma numerica e lo trasferisce al controllore di memoria dove incontra l'altra metà del segnale di ingresso che è passata attraverso il circuito di trigger e, successivamente, la base tempi. È importante notare che il flusso di dati è digitale in questo punto, mentre la porzione di circuito che elabora il trigger è analogica. Ecco perché esistono delle limitazioni sui trigger di tipo digitale negli oscilloscopi in tempo reale. Infine, il segnale è trasferito alla memoria ed elaborato dalla Cpu.

Le modalità di trigger di base
• La modalità di trigger più semplice e più usata è il trigger sui fronti (edge triggering) che fa scattare il trigger in corrispondenza del fronte di salita, discesa o entrambi di una forma d'onda. Sebbene sia semplice da utilizzare e impostare, il trigger sui fronti è estremamente limitato dal rumore, specialmente con velocità di 10 Gbit e oltre, dove i livelli di tensione sono molto più piccoli di quelli dei segnali TTL standard. È anche suscettibile alle oscillazioni (ringing) del segnale, che possono causare falsi scatti del trigger.

• Una variante del trigger sui fronti è conosciuta come trigger sulle transizioni dei fronti (edge transition). Questa modalità si attiva quando un certo fronte (salita, discesa o entrambi) dura di più o di meno rispetta un intervallo di tempo prefissato per passare da un livello di tensione definito basso a un livello di tensione definito alto. È utile per scoprire fronti molto lenti in un treno di impulsi che possono influenzare la temporizzazione degli impulsi o per trovare fronti molto veloci che possono causare sovraelongazioni (overshoot) o altri difetti sul segnale. Ha le stesse limitazione della modalità di trigger sui fronti di base.

• Un'ulteriore modalità di trigger basata sui fronti è la cosiddetta “fronte e poi fronte” (edge then edge) nota anche come trigger ritardato (delay trigger). L'oscilloscopio attende il primo evento di trigger, aspetta per il periodo di tempo specificato e poi scatta alla successiva occorrenza dell'evento. Si tratta di una modalità utile per lo più quando si hanno temporizzazioni sui canali 1 e 2 supponendo che abbiano controlli di tensioni indipendenti.

• Il trigger sui glitch è molto potente e permette di rilevare le variazioni sulla velocità di trasferimento dati nominale che si sta cercando di collaudare. Utilizza un qualificatore temporale per specificare l'intervallo di tempo minimo per la larghezza dell'impulso, al di sotto dalla quale il trigger scatta. Ci sono due specifiche che vanno comprese quando si utilizza questa modalità di trigger: la durata del glitch selezionabile dall'utente e la durata del glitch hardware. La durata del glitch selezionabile dell'utente è la condizione di trigger garantita ed è il tempo minimo che può essere indicato nell'impostazione di trigger dall'interfaccia utente dello strumento. Però, l'hardware dell'oscilloscopio è spesso capace di trovare glitch molto più brevi. Per esempio, l'oscilloscopio Agilent serie 90000A permette all'utilizzare di selezionare tempi di glitch inferiori a 250 ps, ma l'hardware può rilevare glitch anche di impulsi di durata inferiore a 100 ps.

• La modalità di trigger “runt” permette di definire un qualificatore temporale “maggiore di” e un livello di tensione di soglia. Può essere usata per rilevare segnali logici, digitali o analogici anomali che rimangono al di sotto dei livelli di ampiezza normali. Una causa tipica dell'insorgere di segnali con livello al di sotto della soglia è l'attivazione di circuiti di I/O in condizioni indeterminate che pilotano la corrente parzialmente sulle linee dati creando impulsi simili a glitch che non hanno ampiezza sufficiente per essere considerati livello logici uno o zero.

• Il trigger sulla durata dell'impulso (pulse width) permette di applicare qualificatori temporali del tipo “minore di” e “maggiore di” a un evento, ma anche una singola soglia di tensione per discriminare tra livello alto e basso. In altre parole, il trigger scatterà quando l'impulso di una forma d'onda è troppo lungo o troppo corto per attraversare due volte il livello di tensione specificato. Questa modalità di trigger è utilizzata frequentemente per eventi a lungo termine come uno stato di blocco latch-up su di un bus dove non vengono inviati impulsi o per trovare condizioni elettriche di riposo nei commutatori veloci per bus Pci-Express.

• Il trigger sul timeout permette di impostare un livello di tensione al di sopra o al di sotto del quale il segnale deve rimanere per un tempo prefissato. È possibile far sì che il trigger dell'oscilloscopio scatti quando la forma d'onda rimane alta o bassa per troppo tempo, o che non vari per troppo tempo. Questo tipo di trigger viene usato per identificare problemi come lo stallo elettrico, la spaziatura tra un pacchetto dati e il successivo e sui bus Usb bidirezionali.

• Il trigger su pattern e stati permette di utilizzare quattro canali d'ingresso per definire una combinazione logica di uno, zeri o X (qualunque) che costituisce la condizione di scatto del trigger. Permette di far scattare il trigger basandosi su eventi dei canali adiacenti e di effettuare una qualificazione logica di un segnale. Per esempio, nel caso di un bus Usb bidirezionale se si utilizzasse il trigger sui fronti non sarebbe possibile discriminare tra un segnale che viaggia in una direzione da quello che viaggia nella direzione opposta. Invece, grazie al trigger su pattern e stati, è possibile distinguere i due casi. Questa è una delle ragioni per cui si usa per qualificare il traffico sul bus Usb oppure per identificare eventi che hanno dipendenze tra i vari canali.

• La modalità di trigger Setup and Hold è utile per verificare il collegamento di connessioni parallele, ma ci sono anche altre interfacce che specificano tempi di setup e hold che vanno rispettati. Di solito di tratta di bus come Pci-Express o altri tipi di interfacce parallele. Per esempio, il segnale di clock potrebbe essere acquisito su un canale e il segnale dati su un altro canale e si dovrebbe verificare che il tempo di impostazione (setup) e di mantenimento (hold) sia sufficiente affinché le informazioni presenti sul bus dati vengano correttamente considerate durante l'istante di transizione del segnale di clock. È possibile attivare il trigger basandosi su una condizione di violazione dei tempi definiti dalle specifiche.

• Il trigger a finestra (window triggering) permette di disegnare una finestra sull'oscilloscopio le cui cornici sono definite dalle soglie di tensione alta e bassa e una condizione temporale “minore di” oppure “maggiore di”. È poi possibile far scattare il trigger quando la forma d'onda entra oppure esce dalla finestra così definita, oppure quando rimane all'interno della finestra per troppo tempo o per troppo poco tempo. Questo tipo di trigger permette di filtrare qualunque rumore presente sul bus così da poter osservare gli effetti transistori di lungo periodo.

• Infine, il trigger video prevede diversi standard tra cui scegliere. Una volta selezionato il sistema video o televisivo standard di interesse, sono disponibili vari tipi di trigger e misure applicabili a tale standard. Alcuni esempi di standard video sono i sistemi 525, 625, 480p, 576p, 720p, 1080i, e 1080p. È possibile anche personalizzare le impostazioni video qualora si lavoro con sistemi video fuori standard.

Le modalità di trigger avanzate
Spesso le modalità di trigger di base non sono sufficiente per attività quali la verifica o la messa a punto dei progetti. Quando si usano le modalità di trigger di base per svolgere tali attività, tipicamente si adotta una metodologia basata su tentativi ed errori che richiede una quantità di tempo molto significativa. I tentativi e gli errori sono necessari poiché le modalità di trigger di base sono decisamente limitate dal rumore e da segnali complessi o asincroni. Le modalità di trigger avanzate possono mitigare questi problemi e ridurre drasticamente il tempo richiesto per verificare o mettere a punto un progetto. Un tipo di trigger avanzato è quello che prevede l'utilizzo di trigger basati su software per qualificare ulteriormente i trigger hardware. Il trigger software presente negli oscilloscopi Agilent serie Infiniium 90000A sono chiamati InfiniiScan. Permette di qualificare facilmente una forma d'onda complessa per l'analisi utilizzando un algoritmo di ricerca che scandisce la forma d'onda acquisita alla ricerca di certi eventi. Per esempio, è possibile impostare il trigger hardware nella modalità sui fronti e poi impostare InfiniiScan per far scattare il trigger sui fronti non monotonici. Quindi, l'oscilloscopio dapprima trova i fronti che soddisfano la condizione di trigger sui fronti e poi sfrutta il software per cercare all'interno di questi fronti quelli che non sono monotonici. È possibile anche impostare zone sul display dell'oscilloscopio usando i trigger software. Tali zone possono poi essere usate per qualificare ulteriormente il trigger scattando quando le zone definite vengono o non vengono intersecate dal segnale in esame. Un altro tipo di modalità di trigger avanzata è il trigger multistadio. Gli oscilloscopi Agilent serie 90000A utilizzano la sequenza di trigger (A -> B) che permette di specificare due eventi di trigger separati e un tempo di ritardo (il tempo che il circuito di trigger deve attendere per dopo aver trovato l'evento A prima di cercare l'evento B) e un tempo di ripristino (il tempo di attesa tra gli eventi A e B prima che l'oscilloscopio si ripristini e ricominci a cercare l'evento A). Inoltre, è possibile usare InfiniiScan insieme al trigger sequenziale, il che permette di ottenere un sistema unico sul mercato, un trigger integrato a tre stadi. Si tratta di una combinazione estremamente potente che permette di far scattare il trigger in praticamente qualunque condizione che si possa immaginare. Il trigger sequenziale dà la possibilità di essere molto creativi per catturare segnali complessi o rari.

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