通过比尔·德赖弗，克里斯蒂安·金多夫，国家仪器公司
示波器中的传统触发方法难以捕捉罕见或复杂的事件。新的方法采用FPGA技术来识别复杂的触发条件和实时分析信号。
示波器和类似仪器的一个重要要求是能够触发感兴趣的事件。许多供应商提供了超过100个预定义触发器，以帮助用户快速隔离常见和偶然事件。过多的触发模式使得选择正确的触发比实际捕获信号更加困难。触发器可能因类型、速度、带宽、延迟、软件等而有所不同，但每种触发器都需要在灵活性和死时间之间进行权衡。
两个方面决定示波器的触发性能:触发的灵活性描述定义触发器阈值或条件以查看被测信号条件的容易程度。大多数示波器都提供了许多触发功能和最小的设置，如电平或宽度，但没有提供自定义它们的方法。触发死时间是示波器在采集之间无法检测触发事件的时间段。瞄准器可能会错过一个感兴趣的事件而陷入这个死时间。
触发器死区时间是所有触发器架构中固有的特性，但有一些方法可以最小化它。许多示波器供应商提供基于软件的触发器以增加更多的灵活性。但是基于软件的触发由于必要的后处理，会有大量的死时间。对于罕见和罕见的事件，它并不理想。
边缘触发（在上升或下降信号转换时开始采集）是当今示波器上最常见的触发模式之一。大多数简单的调试和测试功能都是通过边缘触发器处理的。但通常需要更复杂的触发场景来分离特定的信号形状或连续的多个形状。
更高级的触发选项在示波器上也很常见，为捕获串行协议(如I2C或SPI)以及高级事件和信号质量(如小故障、小故障、宽度、反转率和超时)提供了额外的灵活性。
许多触发条件在硬件中实现。但软件被用于创建更复杂的触发选项和信号确认。软件触发器提供了最大的灵活性，但增加了数据传输和处理时间，在此期间示波器无法检测到新的触发器。
触发系统的死区时间很容易比实际采集的数据记录长一个数量级，换句话说，示波器触发系统在95%以上的时间是盲的。除了使检测罕见事件变得更加困难外，长时间的死区时间可能会让用户误以为触发事件很罕见，因为它们在测量期间未被检测到。
如果示波器的触发或信号分析能力不能满足任务要求，那么剩下的选项只有一个：获取长波形段并将其下载到PC进行后处理，以查找特定事件。但是，该任务为整个系统设计增加了额外的复杂性，并且由于数据传输延迟和必要的处理时间，导致测试时间更长。
大多数基于软件或智能触发器选项可以处理普通电路设计和测试。但是，如果不加以隔离和迅速纠正，通常会有一些罕见的事件显著地减慢产品开发。这就是在示波器上实现用户定义算法的能力可以派上用场的地方。用户可以为特定的任务定制仪器，而不限于仪器供应商定义的功能。例如，用户可以创建自己的特定于应用程序的触发器条件。通过消除在PC上对数据进行后处理的需要，这可以帮助显著减少测试时间。
fpga是实现内联数据处理以及可重新编程的灵活性的关键技术。这些可编程芯片可以执行自定义信号处理和运行控制算法在高吞吐率真正的并行方式。fpga允许修改或添加特定于用户的触发算法。他们的高吞吐量处理使得在采集期间实时分析数据样本，而不是后处理。这消除了死时间，防止错过触发器事件，并有助于更快地检测罕见事件。
对于用户定义触发器有帮助的示例，请考虑一个信号形状或转换不适合标准触发器定义的情况。在附图中，数字信号显示出非单调的边缘，这可能是由信号反射或供电电路的电源故障造成的。一个标准的边缘或宽度触发器可能不会检测到这个不希望的信号，而在正常的方式下检测几乎是不可能的。
需要一个特殊的触发器才能准确和一致地捕获这样的事件。可以开发一个软件触发器来解决这样的场景;然而，与此方法相关的触发器死时间很大，因此它可能无法快速检测到罕见事件。另一种方法是使用用户可编程FPGA。FPGA可以提供多个窗口触发器，将采集的采样点与掩码进行比较。当所有的窗口触发器同时检测到一个有效的触发器条件时，就会发出一个组合触发器，并且范围获取信号。
FPGA对信号进行连续实时评估。因此，示波器可以捕获单个事件以及连续事件，而不需要在捕获之间的死区时间。
多年来，测试工程师一直使用诸如labview这样的软件工具——而不是传统盒装仪器中的固定软件——来自动化测试系统，分析和呈现测量结果，并降低测试成本。这种方法很灵活，并利用了最新的PC和CPU技术。然而，用户通常还必须修改仪器进行测量的方式，以更好地满足应用程序的需要。
传统上，现成的仪器具有固定的功能。但基于FPGA技术的更开放、更灵活的仪器正在出现。由此产生的现成硬件具有两个方面的优点：固定的高质量测量技术；最新的数字总线集成；用户可自定义逻辑，高度并行，提供低延迟，并直接绑定到I/O进行内联处理。
通过FPGA内部的开放式、供应商提供的软件，用户可以通过自定义触发器或附加定时或控制信号来扩展仪器功能。用户还可以在软件设计仪器的FPGA中实现自己的算法，以重新调整硬件的用途以完成完全不同的任务。例如，示波器可以变成实时频谱分析仪、瞬态记录器、协议分析仪、射频接收器等。
使用这种方法，需要购买和维护的仪器更少。fpga装备的仪器可以特别有用的测试和仪器能力需要10年或更长时间。典型的例子是军事或航天测试系统。这些应用程序通常需要重新创建过时且不再可用的旧仪器的行为。
可重新配置的乐器在这里很有用，因为它们可以被重新编程来模仿旧的乐器。测试系统软件需要更少的返工和重新认证工作与这个新仪器。
这类仪器的一个例子是NI PXIe-5171R可重构示波器，它使用Xilinx Kintex-7 FPGA实时处理从8个输入获取的样本。用户可编程FPGA集成到数据路径中，并提供对仪器的控制和定时信号的访问。
NI PXIe-5171R可重构示波器
sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/212657
了下:测试和测量提示
