從電源、邏輯到高速介面：一份關於示波器進階觸發應用的實用指南
- Sonya Chan
- 10月5日
- 讀畢需時 7 分鐘
在分秒必爭的產品開發週期中，電路除錯無疑是工程師最耗時費神的挑戰之一，尤其當面對一個捉摸不定、偶爾才出現一次的異常訊號時，傳統的邊緣觸發（Edge Trigger）往往顯得力不從心。
我們都曾有過這樣的經驗：設定好觸發條件後，緊盯著螢幕，擷取了成千上萬筆看似正常的波形，只為了在浩瀚的數據大海中，手動尋找那一次偶發的錯誤，這個過程不僅效率低落，更消磨了寶貴的研發能量。
然而，現代示波器早已不僅僅是訊號的顯示器，它更是一個強大的智慧型分析工具，其核心的「智慧」，就體現在五花八門的「特殊觸發」（Specialized Triggers）功能中，這些觸發功能如同經驗豐富的偵探，能精準地辨識出特定的事件特徵——無論是一個寬度異常的脈衝、一個幅度不足的矮波（Runt），還是一個違反時序規則的數位訊號。
本文將作為您的實用指南，系統性地為您剖析示波器中最常用、也最強大的幾種特殊觸發功能，我們將不僅僅說明每種觸發「是什麼」，更將透過具體的應用場景，闡述「何時」與「為何」該使用它——從交換式電源的 PWM 驗證、平行匯流排的邏輯解碼，到高速記憶體介面的時序分析。
透過善用這些為特定問題量身打造的工具，您將能擺脫大海撈針式的除錯困境，實現「一擊命中」的精準打擊，掌握這些技巧，不僅能大幅縮短您的除錯時間，更能讓您充滿信心地應對未來更複雜的設計挑戰，讓我們一同探索，如何讓示波器成為您最聰明、最得力的除錯夥伴。
測試任務
當電路出現問題時，修正問題的時間往往很有限；設計與開發的成果必須迅速交付，使用傳統的邊緣觸發，校正工作可能會變得很困難，因為錯誤狀態無法被精準地選定，在這種情況下，需要針對特定問題量身打造的解決方案。
測試與量測解決方案
Rohde & Schwarz 的特殊數位觸發功能極其精準，因為它們直接存取擷取的取樣點，並支援大量的觸發條件，這些功能可用於對重複性的開發任務進行針對性的除錯，本應用說明將描述最重要的觸發類型，除了標準設定，還提供如 >、<、= 與 ≠ 等額外的限定器，以擴展其應用範圍，大多數觸發功能都可用於類比與數位通道。
觸發類型與理想測試應用
寬度與突波 (Width and Glitch)
（脈衝）寬度（Width）觸發直接作用於正或負脈衝的持續時間，非常短的脈衝寬度被稱為突波（Glitches），這些觸發被用於分析脈衝寬度調變，例如在旋轉編碼器中的應用，它們在分析邏輯電路時也很重要，因為遺失的時脈脈衝可能導致非常大的脈衝寬度，而突波則可能干擾電路。
此觸發特別適用於：
交換式電源供應器除錯： 驗證 PWM 控制訊號的工作週期是否在預期範圍內，捕捉過寬或過窄的脈衝，這些異常可能導致效率下降或穩壓失常。
數位邏輯驗證： 尋找因匯流排衝突、訊號反射或雜訊耦合而產生的突波，這些非預期的窄脈衝是造成邏輯錯誤與系統當機的常見元兇。
馬達控制與編碼器： 檢查來自旋轉編碼器或霍爾感測器的脈衝寬度，確保其符合預期的轉速或位置規格。
偵測「卡死」訊號： 使用「大於某個寬度」的條件，來觸發長時間維持在高電位或低電位的訊號，例如看門狗（Watchdog）計時器未被正常重置的情況。
逾時與間隔 (Timeout and Interval)
這兩種觸發模式從兩個方向擴展了脈衝寬度觸發的功能，逾時（Timeout）觸發會檢查一個脈衝之後，在定義的時間窗內是否有另一個脈衝跟隨，間隔（Interval）觸發則檢查兩個相同極性脈衝之間的距離，這使得尋找任何遺失的時脈脈衝變得輕而易舉。
此觸發特別適用於：
捕捉遺失的時脈： 間隔觸發是找出遺失時脈脈衝的最直接方法，只要設定觸發條件為「兩個上升邊緣間隔大於一個時脈週期」，就能立即鎖定問題。
串列匯流排逾時： 逾時觸發非常適合監控需要應答的通訊協定（如 I²C 或 SPI），當主設備發出請求後，若在規定時間內未收到從設備的回應（例如 SCL 或 CS 訊號長時間維持在特定狀態），即可觸發。
驗證資料傳輸率： 透過間隔觸發，可以快速驗證串列資料流（如 UART）的位元間隔時間是否符合鮑率（Baud Rate）設定。
碼型與狀態 (Pattern and State)
碼型（Pattern）觸發適用於對平行匯流排的量測，因為它能夠對多個通道上的脈衝寬度觸發進行邏輯連結，狀態（State）觸發的不同之處在於，它會將碼型參照至一個時脈邊緣，兩種觸發都能對複雜的電路狀態進行針對性的隔離，例如在平行匯流排上發生的情況。
此觸發特別適用於：
平行匯流排解碼： 這是最經典的應用，例如，在微處理器系統中，設定觸發條件為特定的記憶體位址（如 A15=H, A14=L...），以觀察該位址被存取時的資料匯流排（D0-D7）活動。
FPGA/MCU 狀態機除錯： 將多個 GPIO 接腳或內部狀態訊號定義為一個碼型，當系統進入某個特定狀態時觸發，以驗證狀態轉換的正確性。
數位類比轉換器（DAC）驗證： 觸發於輸入至 DAC 的特定數位碼，以檢視其對應的類比輸出波形是否正確。
同步系統分析（狀態觸發）： 在同步數位系統中，使用狀態觸發（碼型＋時脈）來確保僅在時脈的有效邊緣對碼型進行判斷，濾除邊緣之間的任何暫態或不穩定訊號。
Data2Clock 與建立/維持時間 (Setup and Hold)
Data2Clock 或建立/維持時間（Setup-and-hold）觸發，會檢查資料線上相對於電路時脈脈衝的兩個特殊時序，違反這些時序關係很容易在邏輯電路中擴散，必須不惜一切代價避免，這對於記憶體埠等應用至關重要。
此觸發特別適用於：
記憶體介面驗證： 在 DDR、SRAM 等記憶體設計中，驗證資料（DQ）相對於時脈/頻閃（CLK/DQS）的建立時間（Setup Time）與維持時間（Hold Time）是否符合 JEDEC 規格，是確保資料能被正確寫入與讀取的首要任務。
高速同步介面分析： 對於 SPI、I²S 等高速串列介面，在高速傳輸下，建立/維持時間違規是常見的錯誤來源。
上升時間 (Rise time)
訊號的上升時間錯誤，可能導致直流電源供應器開/關切換操作期間的時序問題，使用上升時間（Rise time）觸發可以輕易地隔離這些問題，此觸發會判定一個訊號的準位是否在定義的時間窗內達到目標閾值。
此觸發特別適用於：
電源完整性分析： 驗證電源軌的啟動速度，過慢的上升時間可能導致系統無法正常重置，過快則可能引起過衝與振鈴。
驅動電路特性分析： 評估 MOSFET 閘極驅動器或匯流排驅動器的效能，觀察其在不同負載下的上升時間變化，以判斷其驅動能力是否足夠。
訊號完整性除錯： 在高速數位訊號中，過慢的上升時間會壓縮時序餘裕，是訊號完整性問題的常見指標，可能由過大的電容負載或阻抗不匹配引起。
矮波 (Runt)
過於緩慢的上升時間可能導致矮波（Runt），也就是一個幅度過低的脈衝，矮波觸發可用於定義脈衝高度的下限與上限，以及脈衝長度的限制，這使得能夠特別隔離出電路中的亞穩態（Metastable States）。
此觸發特別適用於：
偵測邏輯位準不明確： 矮波是典型的邏輯錯誤訊號，通常由匯流排衝突（兩個輸出同時驅動匯流排）、訊號反射或正反器進入亞穩態所造成，它既不是有效的 ‘1’ 也不是 ‘0’。
電源軌壓降（Droop）分析： 在電源軌上，一個嚴重的電壓壓降後未能完全恢復的訊號，也可能被矮波觸發捕捉到。
窗式 (Window)
窗式（Window）觸發會檢查訊號是否在定義的電壓範圍之內或之外，此檢查是在一個時間限制內，針對特定時間區段進行，窗式觸發被用於分析電源供應器中的電壓偏移。
此觸發特別適用於：
電源軌監控： 這是最主要的應用，設定一個圍繞在額定電壓上下（例如 3.3V ±5%）的觸發「窗」，只要電壓因過衝、下垂（Droop）或雜訊而觸及或穿越窗的邊界，示波器就會立即觸發。
類比訊號異常偵測： 監控感測器、放大器或音訊訊號，確保其輸出保持在預期的線性工作區間內。
電視/視訊 (TV/Video)
電視/視訊（TV/video）觸發代表了一種特殊的觸發類別，類似於協定觸發，這些觸發可以連結至特定的組成部分，例如各種視訊標準的行與幀，包括 PAL、NTSC 與 HD 1080p。
此觸發特別適用於：
類比視訊設備除錯： 在廣播設備、類比監控攝影機或舊式消費性電子產品中，可設定觸發在特定視訊標準（如 PAL、NTSC）的特定「行（Line）」或「場（Field）」，以分析垂直消隱區間（VBI）的資料或影像訊號的特定部分。
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