利用示波表的脈寬觸發(fā)功能解決現場(chǎng)維修中的難題

　　市場(chǎng)上具有脈沖觸發(fā)功能的手持示波器還不是很多，但是，很多現場(chǎng)維修人員像實(shí)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(wú)論是同步邏輯錯誤，還是旋轉編碼器故障或串行數據傳輸誤差，Fluke 190C都能幫助維修人員查找出隱藏很深的問(wèn)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，持續時(shí)間太長(cháng)的脈沖還會(huì )在電路中引起定時(shí)問(wèn)題（例如，表現為漏脈沖）。在捕獲這些信號時(shí)，需要利用具有脈寬觸發(fā)能力的示波表在持續時(shí)間超過(guò)給定值的脈沖上產(chǎn)生觸發(fā)。對于很多總線(xiàn)協(xié)議來(lái)說(shuō)，在數據流的開(kāi)頭，往往會(huì )有一個(gè)長(cháng)脈沖，這時(shí)，在長(cháng)的脈沖上的觸發(fā)能力也就非常有用了。

　　　為了應付所有可能的情況，190C系列示波表上脈寬觸發(fā)功能提供了4個(gè)時(shí)間限定條件：“小于”(<t)、“大于”(>t)、“等于”(=t)和“不等于”(≠t)，時(shí)間間距可選，最小步長(cháng)為0.01格或50ns。示波表還提供了9個(gè)柵格的預觸發(fā)和1000個(gè)柵格的后觸發(fā)時(shí)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，例如脈沖持續時(shí)間，或者確定要研究的狀態(tài)是否會(huì )引起毛刺或長(cháng)于正常信號的脈沖（見(jiàn)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(shí)基

　　在該CMOS電路設計方案中，顯示出一個(gè)450kHz的控制信號有中斷現象。中斷是由于一個(gè)多路復用器受串擾的影響在錯誤的時(shí)間打開(kāi)造成的。紅色的軌跡（上部）顯示的是具有中斷現象的450kHz信號；藍色的軌跡（下部）顯示的是引起錯誤的開(kāi)關(guān)操作的串擾信號。示波表在信號中斷處產(chǎn)生觸發(fā)，信號中斷時(shí)可以看作一個(gè)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(shí)進(jìn)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。

　　當使用更高速度的時(shí)基時(shí)，則能夠更加明顯地看出，串擾是由和450kHz的控制信號不同步的子系統引起的。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

　　在同步邏輯系統中，一個(gè)典型的故障就是在信號通道上的慢速外圍設備引起的定時(shí)延遲。例如，在一個(gè)微處理器板上，一個(gè)信號時(shí)鐘控制著(zhù)所有的定時(shí)功能。兩個(gè)源于時(shí)鐘的脈沖同時(shí)穿過(guò)邏輯門(mén)即可產(chǎn)生與時(shí)鐘脈沖同步的輸出脈沖。如果由于器件損壞或設計問(wèn)題，任一信號出現意外的時(shí)間延遲，都會(huì )導致輸出脈沖的持續時(shí)間比時(shí)鐘脈沖要短。這就有可能在電路中產(chǎn)生各種各樣的時(shí)序問(wèn)題。如果用戶(hù)懷疑存在這類(lèi)問(wèn)題，則可以將示波表設置為在比系統的時(shí)鐘脈沖窄的脈沖上進(jìn)行觸發(fā)。例如，如果時(shí)鐘脈沖為1μs，則可以將示波表的一個(gè)通道的時(shí)間限定條件設置為脈寬<1μs時(shí)觸發(fā)，這樣將會(huì )顯示出許多可能導致異常電路動(dòng)作的信號，例如毛刺。用戶(hù)還可以將儀表的第二個(gè)通道設置為監控邏輯電路的其他部分，以確定是哪個(gè)器件引起的毛刺。不僅如此，示波表所具有的9個(gè)柵格的預觸發(fā)和1000個(gè)柵格的后觸發(fā)功能，使得用戶(hù)可以觀(guān)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(zhuān)利的捕獲和回放功能還可以自動(dòng)記錄事件，在隨后有時(shí)間分析故障時(shí)，可以回放整個(gè)場(chǎng)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(gè)比時(shí)鐘脈沖窄的脈沖，通過(guò)這個(gè)信號可以確定，在該邏輯電路中，至少有一個(gè)外圍部件工作不正常。示波表在窄于500ns的系統時(shí)鐘脈沖的負向脈沖沿產(chǎn)生觸發(fā)

保證數控機械正常運轉

　　旋轉編碼器是所有數控工業(yè)設備的關(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速。在某些系統中，旋轉運動(dòng)會(huì )被轉換為直線(xiàn)運動(dòng)，編碼器精確測量線(xiàn)性位移，這樣的系統往往出現在用來(lái)將硅晶片的厚度研磨至微米級精度的精磨設備中。來(lái)自于旋轉編碼器的脈沖被傳輸至定位裝置，由一個(gè)電子脈沖計數器計算由微控制器或PLC定義的位置點(diǎn)。從而控制設備的活動(dòng)部件的位移，并且在每次達到設置點(diǎn)后將其位置歸零。

　　如果灰塵進(jìn)入系統導致磁開(kāi)關(guān)接觸不良，或者阻塞一個(gè)或多個(gè)光學(xué)編碼器在轉鼓上的孔隙，則會(huì )出現故障。這時(shí)會(huì )導致丟失脈沖，從而向PLC傳輸不正確的編碼數據，引起災難性的結果。例如，對于晶圓磨床來(lái)說(shuō)，丟失脈沖會(huì )導致磨削工具移動(dòng)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(jiǎn)單地檢測編碼器故障。一個(gè)丟失的負向脈沖可以看作異常的長(cháng)正向脈沖，由此僅需在一個(gè)通道上進(jìn)行時(shí)間限定設置，使其在持續時(shí)間長(cháng)于正常的脈沖間隔的正向脈沖上觸發(fā)。在這種情況下，僅需監控編碼器和定位裝置之間數據總線(xiàn)上的信號，即可立即確定引起設備故障的任何編碼器錯誤（見(jiàn)圖4和圖5）。

圖4 旋轉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時(shí)間。利用數字余輝模式在更長(cháng)的時(shí)間窗口內捕獲異常信號

圖5 通過(guò)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(huì )丟失一個(gè)編碼“時(shí)隙”，從而造成了定位信息不正確

串行數據傳輸誤差

　　微控制器和其外設之間的串行數據的傳輸誤差有時(shí)候是由于器件損壞、微控制器產(chǎn)生的數據錯誤造成的，或者是由于串行數據總線(xiàn)本身的誤差造成的，所以很難杜絕。由總線(xiàn)傳輸的數據流實(shí)際上包括一個(gè)數字指令序列和與這些指令相關(guān)的外圍設備的地址。指令或地址的錯誤，例如不正確的邏輯電平或脈沖長(cháng)度，都會(huì )造成外圍設備響應不正確或根本就沒(méi)有響應。

　　利用示波表的‘等于’時(shí)間限定條件，也就是t=xxx s PWT時(shí)間限定條件，以及微處理器和外設之間的時(shí)序和通信協(xié)議的相關(guān)信息（從公布的技術(shù)指標獲得），即可將示波表設置為在數據流的前導沿上產(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。將示波表設置為在如前所述的數據字之前的信號間隔上產(chǎn)生觸發(fā)。利用光標，可以方便的確定波特率：傳輸8位的數據花費了203ms的時(shí)間，即25.4ms/b。所以波特率為39.4Kb/s

　　盡管有時(shí)候會(huì )覺(jué)得利用串行數據分析儀做這項工作會(huì )更加容易，但是像這樣的設備在實(shí)驗室之外的環(huán)境中一般很難找到。而示波表是現在的現場(chǎng)維修工程師的必不可少的工具