オシロスコープのトリガーは実際にどのように機能しますか？

私は、デジタルオシロスコープ、特にトリガーについてもっと学びたいと思っています。トリガーの仕組みを次に示します。トリガーをエッジモードに設定し、レベルを5Vに設定するとします。測定された信号が5Vに達すると、スコープのADCがアクティブになり、信号のサンプリングを開始します。いくつかのデータポイントが収集され、これらが画面にプロットされます。その後、小さな「デッドタイム」があり、その後、スコープはトリガー条件が満たされるまで再び待機し、同じ量のデータポイントが再び収集されます。これらは以前のサンプルセットと一致するはずです。したがって、スコープ出力は画面上で安定しているように見えます。

時間軸は、私が完全に理解していないものです。ハイライトされた点線が交差するグリッドの原点がトリガーポイントだと思います。その時点（「t = 0」）で、電圧はトリガーレベル電圧に等しくなければなりません。私は今のところ正しいですか？事は、これは私のオシロスコープでは常にそうではないということです。時々、起点の電圧はトリガーレベルと等しくなく、信号はどちらの方向にもゆっくりドリフトします。トリガーが設定されていても、信号がドリフトする原因は何ですか？

私が持っているもう一つの混乱：私は、「ポストトリガー」データと呼ばれる起源の右側と、左側の「プリトリガー」データを見ました。トリガーからデータ収集が開始される場合、トリガーの前からのデータはどのようにありますか？トリガーポイントは実際には画面の一番左にあるべきではありませんか？

一般的な興味から、少し時間をさかのぼって、アナログオシロスコープのトリガがどのように機能したかについて話しましょう。

古い学校のオシロスコープはベクトルデバイスです。つまり、画面上のドットは2つの電圧によって操作されます。1つは垂直に、1つは水平に移動します。電子ビームの静電偏向によってこれを行います。効果的に、偏向板の電圧は、スコープ表示の「ドット」の位置に直接対応します。

ディスプレイは電圧をドット位置に直接変換するため、トレースの垂直値（たとえば、大きさ）でこれを達成するのは簡単です。必要に応じて入力信号をバッファリングして増幅し、垂直偏向プレートに適用するだけです。

水平掃引は、コンデンサに蓄積された電圧によって内部的に制御されます（その後、垂直プレートと同じようにプレートを駆動するために増幅されます）。スイープは、そのコンデンサを充電する電流源によって達成されました。水平タイムベースを変更すると、充電電流を変更するか、コンデンサ値を切り替えていました。

トリガーは基本的にコンデンサを短絡することで機能するため、ビーム（ドットを形成する）はXの単一の位置に固定されます。トリガーイベントが発生すると、オシロスコープのラッチが反転し、コンデンサ積分器が蓄積を開始します。画面全体に線形スイープを生成します。

コンデンサの電荷が特定の電圧に達すると、スイープは「完了」として扱われ、コンデンサの電荷は電子スイッチを介してダンプされ、システムは別のトリガーイベントの準備が整います。

これは、オシロスコープのトリガーを取り巻く多くの言語がアナログオシロスコープから派生しているため、関連しています。「デッドタイム」は、アナログオシロスコープの場合、水平掃引コンデンサが放電するのにゼロ以外の時間がかかるためです。デッドタイムの​​ないデジタルオシロスコープを作成することは完全に可能です。

正接：

アナログオシロスコープでは、トリガーイベントの前にデータを取得するのははるかに困難です。そうする唯一の方法は、遅延線と呼ばれるものを使用することです。

                                      _____________________
                                     |                     |
Signal > -----+-->| Delay Line |>--->| Analog In           |
              |                      |                     |
              |                      |    Oscilloscope     |
              |                      |                     |
              +--------------------->| Trigger In          |
                                     |_____________________|

遅延ラインを使用して入力信号を遅延させ、実際のトリガーに別のトリガー入力を使用します。そうすることで、遅延線が遅延する時間（通常は最大数百ナノ秒）だけ、トレースの開始を効果的にタイムシフトします。

この手法の欠点は、専用のウィジェット（遅延線）が必要なことです。通常、これらは固定遅延であり、帯域幅と特性によっては信号に影響する場合があります。

測定された信号が5Vに達すると、スコープのADCがアクティブになり、信号のサンプリングを開始します。いくつかのデータポイントが収集され、これらが画面にプロットされます。

スコープのADCは継続的に実行され、データを収集しています。トリガーは表示内容を制御します。

その後、小さな「デッドタイム」があり、その後、スコープはトリガー条件が満たされるまで再び待機し、同じ量のデータポイントが再び収集されます。これらは以前のサンプルセットと一致するはずです。したがって、スコープ出力は画面上で安定しているように見えます。

これは、信号が完全に周期的であり、トリガーされたデータのみを明示的に表示する場合のみです（多くのスコープには、スコープがトリガーされていなくてもデータを表示する「自動」トリガー機能があります）。Hearthが私の答えへのコメントで述べたように、あなたが説明する「デッドタイム」はholdoffと呼ばれ、特定の波形でトリガーするときにこれを正しく設定することが不可欠です。たとえば、2つのクイックパルスとそれに続く長い遅延を伴う周期信号には、2番目のパルスを無視するのに十分な長さのホールドオフが必要です（したがって、スコープは2番目のパルスで再トリガーしません）。

時間軸は、私が完全に理解していないものです。ハイライトされた点線が交差するグリッドの原点がトリガーポイントだと思います。その時点（「t = 0」）で、電圧はトリガーレベル電圧に等しくなければなりません。私は今のところ正しいですか？

はい。

事は、これは私のオシロスコープでは常にそうではないということです。時々、起点の電圧はトリガーレベルと等しくなく、信号はどちらの方向にもゆっくりドリフトします。トリガーが設定されていても、信号がドリフトする原因は何ですか？

$t = 0$

私が持っている別の混乱：私は「ポストトリガー」データと左側の「プリトリガー」データと呼ばれる起源の右側を見ました。トリガーからデータ収集が開始される場合、トリガーの前からのデータはどのようにありますか？トリガーポイントは実際には画面の一番左にあるべきではありませんか？

スコープはデータを継続的にキャプチャしますが、キャプチャしたデータがトリガー条件を満たしている場合にのみデータを表示します。水平位置に基づいて、表示されるトリガー後またはトリガー前のデータの量は異なります。

基本的なUSBオシロスコープは連続ソフトウェア/デジタルトリガーを使用しますが、これはベンチトップスコープの動作方法ではありません。高速ではアナログ帯域幅が多すぎるため、ADCですべての情報を監視できません。特に、最新のスコープには高度なトリガーオプションがあるためです。

最新のオシロスコープには、入ってくる電圧をプリセットレベルと比較し、そのレベルでトリガーするコンパレータがあります。高速では、ADCはデータに追いつくことができますが、処理が問題になるため、トリガーされるとスコープはトリガーポイント周辺のADCデータのみを表示します。

出典：Keysight

時々、起点の電圧がトリガーレベルに等しくなく、信号がいずれかの方向にゆっくりドリフトすることさえあります。トリガーが設定されていても、信号がドリフトする原因は何ですか？

小さな矢印は、スコープのトリガーレベルがトリガーされる場所を決定します。

私が持っているもう一つの混乱：私は、「ポストトリガー」データと呼ばれる起源の右側と、左側の「プリトリガー」データを見ました。トリガーからデータ収集が開始される場合、トリガーの前からのデータはどのようにありますか？トリガーポイントは実際には画面の一番左にあるべきではありませんか？

水平位置ボタンを使用する場合は、トリガーポイントを左に移動して、より多くのデータを右に取得できます。ほとんどの人はトリガーの前に何が起こるかに興味があるため、オシロスコープもそれを示しています。

トリガーが設定されていても、信号がドリフトする原因は何ですか？

恐ろしいドリフトには非常に多くの原因があります...

• チャンネル1 を見ていますが、トリガーはチャンネル2入力を見ているか、一部のスコープにはEXTernalトリガー入力ジャックがあります。トリガーが常にあなたが見ているのと同じ波を見ていると仮定しないでください。
• 多くのスコープには、Auto、Normal、Singleなどのようなトリガーメニューがあります 。スコープがNormalまたはSingleでトリガーを取得しない場合、空白のディスプレイが表示されます。
  しかし、オートでは、スコープは多くの場合、短い時間待機してトリガーを探します。トリガーできる入力が表示されない場合、その時点でデータバッファーにあるものがすべて表示されます。原因は、トリガーレベルが原因である可能性がありますコントロールの設定が高すぎる（波形の上部より上）か、低すぎる（波形の下部より下）ためです。
• 多くの場合、トリガー回路には適切な信号レベルが必要です。画面上の波形が小さすぎると、トリガーが生成されない場合があります。
• トリガーメニューには、たとえばビデオ信号が予想されるエキゾチックモードが含まれる場合があります。ビデオ信号ではうまく機能しますが、他の波形ではあまりうまくいきません。
• 他のトリガーオプションは、ノイズフィルタリング、高周波数除去、低周波数除去を提供する場合があります。これらは、ディスプレイにきれいに表示される波形のトリガープロセスを汚染する可能性があります。
• 写真では、トリガーポイントがタイムスケールの中間画面（最も一般的に配置される場所）に表示されます。それは小さな下向きの矢印です。ただし、トリガーポイントが画面の外にある場合があります。あなたのスコープは「はい、私はトリガー しています（写真の緑色のトリガーアイコン）」と表示されますが、表示された波はドリフトしているか、ぎこちないです。水平位置コントロールを使用してトリガーをホームに戻すと、ドリフトまたはジッターが消える可能性が高くなります。

練習すれば、オートセットに頼らずにディスプレイの健全性を回復するための適切なコントロールを見つけることができます。複雑な波形の一部を表示するには、多くのメニューで適切な設定が必要になる可能性があります... autosetはそれらをすべて消去し、時には不適切な選択を行います。

トリガーの仕組みを次に示します。トリガーをエッジモードに設定し、レベルを5Vに設定するとします。測定された信号が5Vに達すると、スコープのADCがアクティブになり、信号のサンプリングを開始します。いくつかのデータポイントが収集され、これらが画面にプロットされます。その後、小さな「デッドタイム」があり、その後、スコープはトリガー条件が満たされるまで再び待機し、同じ量のデータポイントが再び収集されます。これらは以前のサンプルセットと一致するはずです。したがって、スコープ出力は画面上で安定しているように見えます。

これは、古いアナログスコープの動作方法です。デジタルスコープは異なります。ADCは連続的にデータをバッファにキャプチャします。最初は、「事前トリガー」バッファーがいっぱいになるまでトリガーを無視します。その後、トリガー条件を検索しながら、このバッファーを継続的に上書きします。トリガーが見つかると、スコープはバッファーの残りを埋め、バッファー全体を表示します。このようにして、トリガーポイントはスコープ表示のどこにでも配置できます。対照的に、アナログスコープのトリガーポイントはそれほど柔軟ではなく、通常はディスプレイの左側にしか配置できません。遅延線を使用すると、数ナノ秒でディスプレイに移動できます。

デジタルスコープのデッドタイムは、トリガーの後にバッファーを処理して表示するのにかかる時間、新しいキャプチャを取得するために取得ハードウェアをリセットするのにかかる時間、およびプリトリガーバッファーを埋めるのにかかる時間です。このうちのいくつかは、並行して処理したり、専用の集録および信号処理ハードウェアによって高速化することができます。

時間軸は、私が完全に理解していないものです。ハイライトされた点線が交差するグリッドの原点がトリガーポイントだと思います。その時点（「t = 0」）で、電圧はトリガーレベル電圧に等しくなければなりません。私は今のところ正しいですか？事は、これは私のオシロスコープでは常にそうではないということです。時々、起点の電圧がトリガーレベルに等しくなく、信号がいずれかの方向にゆっくりドリフトすることさえあります。トリガーが設定されていても、信号がドリフトする原因は何ですか？

スクリーンショットでは、信号は小さなトリガーレベルと位置矢印で示されるトリガーポイントを横切るように見えますが、これはまさに予想されるものです。

一部のスコープ（特にハイエンドスコープ）では、トリガーパスを取得パスから分離できます。この場合、トリガー信号は内部でコンパレーターから送られるため、キャリブレーションがADCとトリガーコンパレーター間でドリフトする可能性があるため、トリガーレベルと場合によっては位置が正確ではありません。

私が持っている別の混乱：私は「ポストトリガー」データと左側の「プリトリガー」データと呼ばれる起源の右側を見ました。トリガーからデータ収集が開始される場合、トリガーの前からのデータはどのようにありますか？トリガーポイントは実際には画面の一番左にあるべきではありませんか？

繰り返しになりますが、デジタルスコープではキャプチャは連続的であり、スコープはトリガー条件が発生するまで継続的に更新される事前トリガーバッファーを維持します。これは、いくつかのイベントの前にあるものを見ることができるため、非常に強力な機能です。これは、アナログスコープでは通常不可能なことです（データ入力に十分に長い遅延を挿入できる場合を除き、現実的にはナノ秒）。