利用示波表的脈寬觸發功能解決現場維修中的難題

2020-11-24 電子產品世界

　　市場上具有脈衝觸發功能的手持示波器還不是很多，但是，很多現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功能的示波表，無論是同步邏輯錯誤，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題。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/81742.htm

　　利用脈寬觸發，可以在毛刺上觸發，研究是什麼原因產生的，並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，持續時間太長的脈衝還會在電路中引起定時問題（例如，表現為漏脈衝）。在捕獲這些信號時，需要利用具有脈寬觸發能力的示波表在持續時間超過給定值的脈衝上產生觸發。對於很多總線協議來說，在數據流的開頭，往往會有一個長脈衝，這時，在長的脈衝上的觸發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功能提供了4個時間限定條件：「小於」(<t)、「大於」(>t)、「等於」(=t)和「不等於」(≠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個柵格的預觸發和1000個柵格的後觸發時間延遲功能。為了確定正確的觸發條件，必須知道所查找的信號的一些信息，例如脈衝持續時間，或者確定要研究的狀態是否會引起毛刺或長於正常信號的脈衝（見圖1和圖2）。

圖1 為了確定正確的觸發條件，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電路設計方案中，顯示出一個450kHz的控制信號有中斷現象。中斷是由於一個多路復用器受串擾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象的450kHz信號；藍色的軌跡（下部）顯示的是引起錯誤的開關操作的串擾信號。示波表在信號中斷處產生觸發，信號中斷時可以看作一個比建立正常的信號寬得多的脈衝。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，以識別出異常的脈衝。使用脈衝觸發功能對於從主信號中隔離出中斷信號是非常關鍵的。


　　當使用更高速度的時基時，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。使用餘輝模式，可以像具有餘輝的模擬示波器那樣顯示脈衝。

查找同步邏輯電路中的故障

　　在同步邏輯系統中，一個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。兩個源於時鐘的脈衝同時穿過邏輯門即可產生與時鐘脈衝同步的輸出脈衝。如果由於器件損壞或設計問題，任一信號出現意外的時間延遲，都會導致輸出脈衝的持續時間比時鐘脈衝要短。這就有可能在電路中產生各種各樣的時序問題。如果用戶懷疑存在這類問題，則可以將示波表設置為在比系統的時鐘脈衝窄的脈衝上進行觸發。例如，如果時鐘脈衝為1μs，則可以將示波表的一個通道的時間限定條件設置為脈寬<1μs時觸發，這樣將會顯示出許多可能導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置為監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個柵格的預觸發和1000個柵格的後觸發功能，使得用戶可以觀察到所捕獲並分析的事件前後的所有信號狀態，且解析度非常高。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，在隨後有時間分析故障時，可以回放整個場景（如圖3所示）。

圖3 利用示波表的脈衝觸發功能捕獲的一個比時鐘脈衝窄的脈衝，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。示波表在窄於500ns的系統時鐘脈衝的負向脈衝沿產生觸發

保證數控機械正常運轉

　　旋轉編碼器是所有數控工業設備的關鍵元件，也是潛在的故障源。編碼器往往是利用了磁學或光學原理，例如，利用呈直角固定在轉鼓上的孔隙組，所產生的脈衝之間的距離即可以直接表示出轉速。在某些系統中，旋轉運動會被轉換為直線運動，編碼器精確測量線性位移，這樣的系統往往出現在用來將矽晶片的厚度研磨至微米級精度的精磨設備中。來自於旋轉編碼器的脈衝被傳輸至定位裝置，由一個電子脈衝計數器計算由微控制器或PLC定義的位置點。從而控制設備的活動部件的位移，並且在每次達到設置點後將其位置歸零。

　　如果灰塵進入系統導致磁開關接觸不良，或者阻塞一個或多個光學編碼器在轉鼓上的孔隙，則會出現故障。這時會導致丟失脈衝，從而向PLC傳輸不正確的編碼數據，引起災難性的結果。例如，對於晶圓磨床來說，丟失脈衝會導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功能，則可以相對簡單地檢測編碼器故障。一個丟失的負向脈衝可以看作異常的長正向脈衝，由此僅需在一個通道上進行時間限定設置，使其在持續時間長於正常的脈衝間隔的正向脈衝上觸發。在這種情況下，僅需監控編碼器和定位裝置之間數據總線上的信號，即可立即確定引起設備故障的任何編碼器錯誤（見圖4和圖5）。

圖4 旋轉編碼器的輸出脈衝顯示，該信號並不是一致的方波，表示某些脈衝的脈寬不正確。由于波形存在交疊，所以不能確定脈衝的精確持續時間。利用數字餘輝模式在更長的時間窗口內捕獲異常信號

圖5 通過選擇脈寬，使示波表在寬於正常的編碼脈衝的脈衝上產生觸發，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候是由於器件損壞、微控制器產生的數據錯誤造成的，或者是由於串行數據總線本身的誤差造成的，所以很難杜絕。由總線傳輸的數據流實際上包括一個數字指令序列和與這些指令相關的外圍設備的地址。指令或地址的錯誤，例如不正確的邏輯電平或脈衝長度，都會造成外圍設備響應不正確或根本就沒有響應。

　　利用示波表的『等於』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之間的時序和通信協議的相關信息（從公布的技術指標獲得），即可將示波表設置為在數據流的前導沿上產生觸發（如圖6所示）。

圖6 利用190C示波表上的脈寬觸發功能，分析RS-232通信鏈路上的信號質量。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生觸發。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的時間，即25.4ms/b。所以波特率為39.4Kb/s

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

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