利用示波表的脈寬觸發(fā)功能解決現(xiàn)場維修中的難題

市場上具有脈沖觸發(fā)功能的手持示波器還不是很多，但是，很多現(xiàn)場維修人員像實驗室人員一樣需要這種功能，而Fluke 190C手持示波表就是這樣一款具有脈寬觸發(fā)功能的示波表，無論是同步邏輯錯誤，還是旋轉(zhuǎn)編碼器故障或串行數(shù)據(jù)傳輸誤差，F(xiàn)luke 190C都能幫助維修人員查找出隱藏很深的問題。

利用脈寬觸發(fā)，可以在毛刺上觸發(fā)，研究是什么原因產(chǎn)生的，并確定其對系統(tǒng)的其他部分的影響，這種功能為維修工程師提供了重要的診斷工具。除毛刺外，持續(xù)時間太長的脈沖還會在電路中引起定時問題（例如，表現(xiàn)為漏脈沖）。在捕獲這些信號時，需要利用具有脈寬觸發(fā)能力的示波表在持續(xù)時間超過給定值的脈沖上產(chǎn)生觸發(fā)。對于很多總線協(xié)議來說，在數(shù)據(jù)流的開頭，往往會有一個長脈沖，這時，在長的脈沖上的觸發(fā)能力也就非常有用了。

為了應(yīng)付所有可能的情況，190C系列示波表上脈寬觸發(fā)功能提供了4個時間限定條件：“小于”(<t)、“大于”(>t)、“等于”(=t)和“不等于”(≠t)，時間間距可選，最小步長為0.01格或50ns。示波表還提供了9個柵格的預(yù)觸發(fā)和1000個柵格的后觸發(fā)時間延遲功能。為了確定正確的觸發(fā)條件，必須知道所查找的信號的一些信息，例如脈沖持續(xù)時間，或者確定要研究的狀態(tài)是否會引起毛刺或長于正常信號的脈沖（見圖1和圖2）。

圖1 為了確定正確的觸發(fā)條件，必須知道所查找的信號的一些信息

圖2 使用更高速度的時基

在該CMOS電路設(shè)計方案中，顯示出一個450kHz的控制信號有中斷現(xiàn)象。中斷是由于一個多路復(fù)用器受串?dāng)_的影響在錯誤的時間打開造成的。紅色的軌跡（上部）顯示的是具有中斷現(xiàn)象的450kHz信號；藍(lán)色的軌跡（下部）顯示的是引起錯誤的開關(guān)操作的串?dāng)_信號。示波表在信號中斷處產(chǎn)生觸發(fā)，信號中斷時可以看作一個比建立正常的信號寬得多的脈沖。450kHz的方波的脈寬大約為1.1ms，所以選擇在脈寬>1.2ms時進行觸發(fā)，以識別出異常的脈沖。使用脈沖觸發(fā)功能對于從主信號中隔離出中斷信號是非常關(guān)鍵的。

當(dāng)使用更高速度的時基時，則能夠更加明顯地看出，串?dāng)_是由和450kHz的控制信號不同步的子系統(tǒng)引起的。使用余輝模式，可以像具有余輝的模擬示波器那樣顯示脈沖。

查找同步邏輯電路中的故障

在同步邏輯系統(tǒng)中，一個典型的故障就是在信號通道上的慢速外圍設(shè)備引起的定時延遲。例如，在一個微處理器板上，一個信號時鐘控制著所有的定時功能。兩個源于時鐘的脈沖同時穿過邏輯門即可產(chǎn)生與時鐘脈沖同步的輸出脈沖。如果由于器件損壞或設(shè)計問題，任一信號出現(xiàn)意外的時間延遲，都會導(dǎo)致輸出脈沖的持續(xù)時間比時鐘脈沖要短。這就有可能在電路中產(chǎn)生各種各樣的時序問題。如果用戶懷疑存在這類問題，則可以將示波表設(shè)置為在比系統(tǒng)的時鐘脈沖窄的脈沖上進行觸發(fā)。例如，如果時鐘脈沖為1μs，則可以將示波表的一個通道的時間限定條件設(shè)置為脈寬<1μs時觸發(fā)，這樣將會顯示出許多可能導(dǎo)致異常電路動作的信號，例如毛刺。用戶還可以將儀表的第二個通道設(shè)置為監(jiān)控邏輯電路的其他部分，以確定是哪個器件引起的毛刺。不僅如此，示波表所具有的9個柵格的預(yù)觸發(fā)和1000個柵格的后觸發(fā)功能，使得用戶可以觀察到所捕獲并分析的事件前后的所有信號狀態(tài)，且分辨率非常高。利用示波表上擁有專利的捕獲和回放功能還可以自動記錄事件，在隨后有時間分析故障時，可以回放整個場景（如圖3所示）。

圖3 利用示波表的脈沖觸發(fā)功能捕獲的一個比時鐘脈沖窄的脈沖，通過這個信號可以確定，在該邏輯電路中，至少有一個外圍部件工作不正常。示波表在窄于500ns的系統(tǒng)時鐘脈沖的負(fù)向脈沖沿產(chǎn)生觸發(fā)

保證數(shù)控機械正常運轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)編碼器是所有數(shù)控工業(yè)設(shè)備的關(guān)鍵元件，也是潛在的故障源。編碼器往往是利用了磁學(xué)或光學(xué)原理，例如，利用呈直角固定在轉(zhuǎn)鼓上的孔隙組，所產(chǎn)生的脈沖之間的距離即可以直接表示出轉(zhuǎn)速。在某些系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)運動會被轉(zhuǎn)換為直線運動，編碼器精確測量線性位移，這樣的系統(tǒng)往往出現(xiàn)在用來將硅晶片的厚度研磨至微米級精度的精磨設(shè)備中。來自于旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖被傳輸至定位裝置，由一個電子脈沖計數(shù)器計算由微控制器或PLC定義的位置點。從而控制設(shè)備的活動部件的位移，并且在每次達(dá)到設(shè)置點后將其位置歸零。

如果灰塵進入系統(tǒng)導(dǎo)致磁開關(guān)接觸不良，或者阻塞一個或多個光學(xué)編碼器在轉(zhuǎn)鼓上的孔隙，則會出現(xiàn)故障。這時會導(dǎo)致丟失脈沖，從而向PLC傳輸不正確的編碼數(shù)據(jù)，引起災(zāi)難性的結(jié)果。例如，對于晶圓磨床來說，丟失脈沖會導(dǎo)致磨削工具移動距離超出其最大極限，使晶片太薄。

使用示波表的脈寬觸發(fā)功能，則可以相對簡單地檢測編碼器故障。一個丟失的負(fù)向脈沖可以看作異常的長正向脈沖，由此僅需在一個通道上進行時間限定設(shè)置，使其在持續(xù)時間長于正常的脈沖間隔的正向脈沖上觸發(fā)。在這種情況下，僅需監(jiān)控編碼器和定位裝置之間數(shù)據(jù)總線上的信號，即可立即確定引起設(shè)備故障的任何編碼器錯誤（見圖4和圖5）。

圖4 旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖顯示，該信號并不是一致的方波，表示某些脈沖的脈寬不正確。由于波形存在交疊，所以不能確定脈沖的精確持續(xù)時間。利用數(shù)字余輝模式在更長的時間窗口內(nèi)捕獲異常信號

圖5 通過選擇脈寬，使示波表在寬于正常的編碼脈沖的脈沖上產(chǎn)生觸發(fā)，從信號中可以看出，偶爾會丟失一個編碼“時隙”，從而造成了定位信息不正確

串行數(shù)據(jù)傳輸誤差

微控制器和其外設(shè)之間的串行數(shù)據(jù)的傳輸誤差有時候是由于器件損壞、微控制器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤造成的，或者是由于串行數(shù)據(jù)總線本身的誤差造成的，所以很難杜絕。由總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流實際上包括一個數(shù)字指令序列和與這些指令相關(guān)的外圍設(shè)備的地址。指令或地址的錯誤，例如不正確的邏輯電平或脈沖長度，都會造成外圍設(shè)備響應(yīng)不正確或根本就沒有響應(yīng)。

利用示波表的‘等于’時間限定條件，也就是t=xxx s PWT時間限定條件，以及微處理器和外設(shè)之間的時序和通信協(xié)議的相關(guān)信息（從公布的技術(shù)指標(biāo)獲得），即可將示波表設(shè)置為在數(shù)據(jù)流的前導(dǎo)沿上產(chǎn)生觸發(fā)（如圖6所示）。

圖6 利用190C示波表上的脈寬觸發(fā)功能，分析RS-232通信鏈路上的信號質(zhì)量。將示波表設(shè)置為在如前所述的數(shù)據(jù)字之前的信號間隔上產(chǎn)生觸發(fā)。利用光標(biāo)，可以方便的確定波特率：傳輸8位的數(shù)據(jù)花費了203ms的時間，即25.4ms/b。所以波特率為39.4Kb/s

盡管有時候會覺得利用串行數(shù)據(jù)分析儀做這項工作會更加容易，但是像這樣的設(shè)備在實驗室之外的環(huán)境中一般很難找到。而示波表是現(xiàn)在的現(xiàn)場維修工程師的必不可少的工具