中心議題：

• 介紹全面對稱(chēng)的雙觸發(fā)系統

解決方案：

• 增加多條同步傳輸通路
• 帶有對稱(chēng)A觸發(fā)和B觸發(fā)的現代數字示波器

引言

觸發(fā)是在屏幕上播放穩定的重復波形的關(guān)鍵，同時(shí)也為捕獲一次性事件提供了一個(gè)有效的工具。隨著(zhù)數字示波器的出現，觸發(fā)功能得到了許多新的擴展。

大多數示波器提供了輔助觸發(fā)系統或 “B”觸發(fā)器，允許用戶(hù)定義范圍更寬的條件。B觸發(fā)器等待主(褹)觸發(fā)發(fā)生，然后在越過(guò)自己的邊沿門(mén)限時(shí)觸發(fā)采集。這兩者可以結合使用，以設置某些相當復雜的觸發(fā)條件。例如，A可能在設備時(shí)鐘輸入線(xiàn)路上檢測到一個(gè)毛刺，如果在輸出上遇到上升沿或下降沿，可以觸發(fā)B。如果沒(méi)有這種轉換，那么毛刺可以忽略。這兩套條件結合使用，可以確定毛刺是否會(huì )引起不想要的狀態(tài)變化。

直到最近，B觸發(fā)功能一直限于邊沿檢測。但是對于復雜的新信號格式，特別是PCI Express和串行ATA等串行協(xié)議中使用的信號格式，需要觸發(fā)系統的功能與其待處理的信號之間更好地匹配。

這些快速新協(xié)議中的錯誤可能來(lái)自多個(gè)事件的綜合結果，如邏輯狀態(tài)、偏移、瞬變、上升時(shí)間問(wèn)題等。有時(shí)，必需規定非常精確的條件范圍，以確定難以捕捉的錯誤。這要求觸發(fā)工具系列能夠分析更多的條件?？梢圆捎秒p觸發(fā)排列來(lái)解決這一問(wèn)題，其中B觸發(fā)系統與A系統基本上相同。只是在許多情況下，A條件相對簡(jiǎn)單，而在理想情況下，B觸發(fā)器應能夠評估比較復雜的一套指標，如只在其它邏輯信號處于規定狀態(tài)時(shí)才會(huì )有效的事件數量等。但是，相關(guān)觸發(fā)B一直缺乏A觸發(fā)系統的靈活性。因此大多數示波器僅提供了非常簡(jiǎn)單的B觸發(fā)器。

讓兩個(gè)觸發(fā)器共同運行

圖1是簡(jiǎn)化形式的全功能雙觸發(fā)系統。


其中位于最后的觸發(fā)器將幫助示波器捕獲有問(wèn)題的信號，可能發(fā)生的條件如下：

是否發(fā)生A事件。用戶(hù)可以規定邊沿、削幅脈沖或許多其它條件；
在A(yíng)事件發(fā)生時(shí)正確的邏輯狀態(tài)(從最多兩個(gè)不同輸入中收集)是否生效；
是否滿(mǎn)足A觸發(fā)器和B觸發(fā)器之間的延遲條件。“延遲”可以用時(shí)間或事件數量表示；
是否發(fā)生B事件。這可以是建立時(shí)間/保持時(shí)間超限、削幅脈沖或A觸發(fā)器使用的同一類(lèi)型列表中的任意選擇；

在B事件發(fā)生時(shí)正確的邏輯狀態(tài)(也從最多兩個(gè)不同輸入中收集)是否生效；

在整個(gè)過(guò)程中任何點(diǎn)上是否發(fā)生復位條件。復位將會(huì )繞過(guò)所有后續步驟，返回開(kāi)頭。

通過(guò)以上條件的依次執行明顯提高了觸發(fā)系統的靈活性。在同時(shí)考慮這兩種事件條件及邏輯判定符時(shí)，可能的組合數可以達到幾千種。這樣，用戶(hù)獲得了一系列編程選擇，從簡(jiǎn)單的單個(gè)輸入上的邊沿門(mén)限，到使用兩個(gè)觸發(fā)器、邏輯判定及時(shí)間或事件數量的復雜公式。

源自電腦編程領(lǐng)域的IF-THEN-ELSE構成了這類(lèi)觸發(fā)結構的概念模型。如圖1所示，這些語(yǔ)句還包括其它判定符(如A和B之間的定時(shí)器/計數器)。不管B事件是否發(fā)生，在A(yíng)事件之后隨時(shí)都可以發(fā)生復位。
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使用兩個(gè)觸發(fā)器找到一個(gè)脈沖

本文通過(guò)最新磁盤(pán)驅動(dòng)器設計項目來(lái)介紹全面對稱(chēng)的雙觸發(fā)系統。

本系統中，讀/寫(xiě)電路中的一個(gè)單元設計成在每個(gè)有效系統寫(xiě)入啟動(dòng)(WE)周期中執行一串32條寫(xiě)入命令。圖2描述了較大的周期時(shí)間與導致數據寫(xiě)入的各個(gè)脈沖的關(guān)系。
在這一新興設計中，由于某些周期中發(fā)生了額外的脈沖，導致間歇性錯誤。盡管沒(méi)有任何方式預測什么時(shí)候會(huì )發(fā)生第33個(gè)脈沖，但通過(guò)某種手段捕獲不同的33個(gè)脈沖的順序可以更簡(jiǎn)便地識別可能相關(guān)的其它系統事件。

一種解決方案是使用傳統邊沿觸發(fā)器采集多次重復的WE周期及相關(guān)的寫(xiě)入脈沖順序，檢測每個(gè)WE周期的前沿，然后手動(dòng)滾動(dòng)通過(guò)數據，找到有問(wèn)題的周期。這種方法耗時(shí)長(cháng)，而且不能保證在示波器波形的存儲容量范圍內錯誤脈沖只出現一次。工程師更希望的解決方案是只在發(fā)生33個(gè)脈沖周期時(shí)觸發(fā)采集。其好處在于，感興趣的周期將自動(dòng)顯示在屏幕上，而不需麻煩的手動(dòng)搜索。當然還會(huì )存儲觸發(fā)事件前和觸發(fā)事件后的相關(guān)數據，但是觸發(fā)發(fā)生的簡(jiǎn)單事實(shí)證明了存在33個(gè)脈沖周期。

這也正是雙觸發(fā)系統必不可少的地方。在這種情況下，磁盤(pán)驅動(dòng)器設計人員需要設置一個(gè)相關(guān)觸發(fā)器，其中WE信號的前沿(正向沿)作為A觸發(fā)事件，而后沿則作為復位條件。

在這一過(guò)程中，A事件啟動(dòng)延遲計數器，計算脈沖數量。一旦產(chǎn)生了32個(gè)脈沖，它會(huì )使B觸發(fā)器監測第33個(gè)脈沖。當檢測到特定脈寬時(shí)，B系統便設成觸發(fā)采集，這時(shí)，示波器觸發(fā)并記錄數據。如果沒(méi)有第33個(gè)脈沖，復位條件會(huì )重新準備A觸發(fā)器，再次啟動(dòng)整個(gè)流程。

如果B觸發(fā)器只限于邊沿檢測，那么這種方法是不可能實(shí)現的。在這一過(guò)程中，不應忽視復位功能值，因為它決定著(zhù)如果未能發(fā)生相應的A事件和B事件組合，示波器及其用戶(hù)不會(huì )一直等下去。

反常的第33個(gè)脈沖是電路中其它地方邏輯設計錯誤的結果。由于可靠的偏離脈沖檢測方法，設計人員能夠使用邏輯判定，進(jìn)一步縮小觸發(fā)條件，進(jìn)而找到故障所在。

檢測通路間偏移

許多串行通信技術(shù)開(kāi)始時(shí)采用單通道串行傳輸結構，后來(lái)又演變成增加多條同步傳輸通路，以提供更高的數據速率。這些通路并不以并行總線(xiàn)的方式同步，因為數據將在目的設備中重新對準。但是，通過(guò)串行鏈路傳送的相關(guān)數據分組之間允許的延遲或偏移有限定極限，不能遵守這一極限稱(chēng)為“通路超限”。

在最基本的形式下，超限測量由其中一條數據流上觸發(fā)的一個(gè)字符與相鄰通路中的相對數據偏移組成。但偏移可能會(huì )隨著(zhù)時(shí)間變化，在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)位于容限范圍內的通路在另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)可能會(huì )越過(guò)邊界，所以關(guān)鍵是長(cháng)期內的偏移行為。

全功能雙觸發(fā)系統的示波器為監測偏移變化提供了一個(gè)強大的工具。它可以檢測任何時(shí)間內任意兩條通路之間的時(shí)間偏移，可以是幾ns，也可以是幾天。同時(shí)還可以在顯示屏上捕獲超出偏移時(shí)間范圍的事件，并使用儀器的采集計數器計算事件的數量。
圖3是對落入8 ns時(shí)間窗口內任何地方的偏移測量進(jìn)行合格/不合格測試的實(shí)例。設置如下：

A事件是通路0上的逗號字符。由于它具有可預測的脈寬，因此可以使用脈寬觸發(fā)格式檢測到逗號。

B事件是通路1中的逗號字符，通過(guò)在B系統中定義脈寬觸發(fā)器捕獲。

A觸發(fā)器和B觸發(fā)器之間的程控延遲設為16.8 ns，這是被測設備的技術(shù)指標。也既是窗口的“早期”邊界。

復位時(shí)間值設為24.8 ns，這是總線(xiàn)標準允許的容限，既是窗口的另一條邊界。

在這種情況下，如果檢測到A事件，那么在通路1的事件偏移落在16.8 ns和24.8 ns之間時(shí)將觸發(fā)B觸發(fā)器。如果在24.8 ns極限到期前沒(méi)有檢測到任何B事件，那么儀器將重新準備A觸發(fā)器，開(kāi)始查找新的周期。在圖3中，通過(guò)采集發(fā)現兩條通路之間的偏移是19.8 ns。
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監測信標

許多串行通信設備通過(guò)傳輸由專(zhuān)門(mén)分組包的包頭和可變長(cháng)度數據塊組成的“信標”信號，來(lái)表明其存在于通信信道上。有時(shí)這些設備會(huì )在錯誤狀態(tài)下開(kāi)機，并會(huì )傳送一個(gè)信標，其中包含與設備狀態(tài)有關(guān)的額外信息，這時(shí)可能會(huì )導致信標長(cháng)于正常時(shí)長(cháng)。而信標信號的最大長(cháng)度是大多數設備指標的組成部分，因此必須檢查任何超限特點(diǎn)。具有全功能A觸發(fā)系統和B觸發(fā)系統的示波器可以解決這種測量問(wèn)題。圖4是檢測到信標寬度超限時(shí)采集設置的屏幕圖。

A事件觸發(fā)器設成檢測信標信號包頭分組中的逗號字符 (K28.5，8b/10b格式)。為此，要使用脈寬觸發(fā)格式。有效的A事件定義為由逗號字符中五個(gè)二進(jìn)制1或0組成的總脈寬。

在“正確”信標信號的最大寬度上設置A-B的延遲時(shí)間。B觸發(fā)器直到延遲已過(guò)時(shí)才開(kāi)始評估其條件，這時(shí)信標應該空閑。

B事件觸發(fā)器設置為超時(shí)。在觸發(fā)系統的語(yǔ)言中，也就是定義為沒(méi)有發(fā)生轉換的一段時(shí)間，換句話(huà)說(shuō)是沒(méi)有信號。如果在應該為“無(wú)”時(shí)檢測到信標活動(dòng)，B觸發(fā)器將會(huì )被觸發(fā)。

復位條件也用時(shí)間表示。它定義了測量感興趣的周期時(shí)的結束時(shí)間。設為3.0 ms，其主要作用是讓A觸發(fā)器準備另一次采集。

在上面匯總的觸發(fā)條件下，示波器將很容易地檢測到信標寬度錯誤，進(jìn)而揭示出設計中的問(wèn)題。

結語(yǔ)

以上應用實(shí)例依賴(lài)兩個(gè)強健的對稱(chēng)觸發(fā)系統并排工作。這些實(shí)例說(shuō)明了通過(guò)靈活的兩級觸發(fā)系統怎樣觀(guān)察在當前快速數字設備中產(chǎn)生信號和錯誤的復雜相關(guān)性。帶有對稱(chēng)A觸發(fā)和B觸發(fā)的現代數字示波器為迎接這些棘手的測量挑戰及其它問(wèn)題提供了理想的手段。