2. Cyfrowy system wyzwalania

2.1. Idea cyfrowego systemu wyzwalania

Rys. 5. przedstawia uproszczony schemat blokowy cyfrowego oscyloskopu z cyfrowym wyzwalaniem

W odróżnieniu od wyzwalania analogowego, cyfrowy system wyzwalania korzysta bezpośrednio z próbek na wyjściu przetwornika A\C. Sygnał pomiarowy nie jest rozdzielany na dwie ścieżki. Dzięki temu cyfrowy układ wyzwalania przetwarza dokładnie ten sam sygnał, który jest rejestrowany i wyświetlany. Rozwiązanie to eliminuje wady analogowego systemu wyzwalania omówione w punkcie 1.2.

W celu znalezienia punktu wyzwalania wykorzystywane są techniki cyfrowego przetwarzania sygnałów. Algorytmy z dużą precyzją wykrywają wystąpienie zdarzenia wyzwalającego i mierzą jego czas.

Trudności w cyfrowym wyzwalaniu sprawia konieczność monitorowania sygnału pomiarowego w czasie rzeczywistym. Cyfrowe systemy wyzwalania w oscyloskopach R&S RTO korzystają z przetworników A\C o szybkości 10 miliardów próbek na sekundę (GS/s), przy 8-bitowym przetworniku muszą więc przetwarzać 80 gigabitów danych na sekundę.

Warto również zauważyć, że dzięki takiemu rozwiązaniu układ wyzwalania reaguje tylko na sygnały z zakresu częstotliwości pracy przetwornika analogowo-cyfrowego.

2.2.  Wykrywanie zdarzeń za pomocą cyfrowego systemu wyzwalania

Dla ustawionego zdarzenia wyzwalającego następuje porównanie sygnału mierzonego i wartości progowej przez komparator. W najprostszym przypadku wyzwalania zboczem (Edge), zdarzenie to następuje po osiągnięciu przez sygnał wartości progowej (zarówno przy zboczu narastającym, jak i opadającym).

W systemie cyfrowym sygnał występuje w postaci spróbkowanej. Twierdzenie o próbkowaniu mówi, że częstotliwość próbkowania musi być co najmniej dwa razy wyższa, niż maksymalna częstotliwość sygnału. Tylko w takiej sytuacji możliwe jest całkowite odtworzenie sygnału.

Rysunki 2 i 3 pokazały, że obserwacja wyłącznie próbek z przetwornika analogowo-cyfrowego nie wystarczy, aby zobaczyć wszystkie szczegóły sygnału. Tak samo jest dla cyfrowego układu wyzwalania – wyzwolenie zależne tylko od wyjścia przetwornika A\C  jest niewystarczające, bo przejścia przez próg wyzwalania mogłyby zostać przeoczone. Z tego powodu zastosowano upsampling, czyli podwojenie częstotliwości próbkowania poprzez interpolację do wartości 20 GS/s (rysunek 6). Komparator umieszczony za upsamplerem porównuje wartość próbek z wartością progu. Stan na wyjściu komparatora zmienia się, gdy zostanie wykryte zdarzenie wyzwalające.

Rys. 6. Zwiększenie częstotliwości próbkowania w cyfrowym systemie wywalania metodą upsamplingu

Na rysunku 7 pokazano, w jaki sposób podwojenie częstotliwości próbkowania pozwala zmniejszyć martwy obszar wyzwalania. W sytuacji po lewej przetwornik analogowo-cyfrowy nie jest w stanie wykryć wartości szybkozmiennego sygnału. Po prawej, dzięki podwojeniu częstotliwości próbkowania metodą interpolacji, możliwe jest wykrycie zdarzenia powodującego wyzwolenie.

Rys. 7. Przykład zmniejszenia obszaru martwego dzięki zwiększeniu częstotliwości próbkowania

Maksymalna częstotliwość przedstawionego przebiegu to 3,5 GHz. Ten przykład pokazuje, że system wyzwalania R&S RTO może reagować także na wysokie częstotliwości dzięki przetwornikowi A/C o szybkości 10 GS/s.

2.3. Określanie czasu wyzwolenia w cyfrowym systemie wyzwalania

Podstawowym założeniem koniecznym do wiernego odtworzenia sygnału w dowolnej chwili czasowej jest spełnienie twierdzenia Nyquista o próbkowaniu. Oscyloskopy RTO korzystają z filtrów polifazowych, które pozwalają określić wartość sygnału w dowolnym punkcie przy stosunku sygnału do szumu (SNR) większym od 90 dB. Punkt przecięcia sygnału pomiarowego i progu wyzwalania jest obliczany w czasie rzeczywistym metodą iteracyjną z dokładnością 250 fs.

Niektóre zdarzenia wyzwalające, takie jak zaburzenie (Glitch) lub szerokość impulsu (Pulse width) zależą od parametrów czasowych. Urządzenia RTO pozwalają na bardzo precyzyjne określenie czasu takich zdarzeń, ponieważ precyzyjnie mierzą czas przekroczenia poziomu wyzwalania w czasie rzeczywistym. Parametry czasowe wyzwalania można ustawić z dokładnością 1 pikosekundy, minimalna szerokość wykrywalnego impulsu podana w specyfikacji to 100 ps.