Wie Trigger die gewünschten Informationen aus dem Signal extrahieren

Digitale-Speicher-Oszilloskope, Teil 2 Wie Trigger die gewünschten Informationen aus dem Signal extrahieren

25.09.2012Autor / Redakteur: Stephan Herzog * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Wie extrahiere ich aus meinem gewonnenen Messsignal eine gewünschte Information? Geeignete Trigger helfen, einmalige oder wiederkehrende Ereignisse aufzuspüren und sichtbar zu machen.

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Digitale Speicher-Oszilloskope: Mit dem Scope soll auf Ereignisse getriggert, Messergebnisse ausgewertet und Signale decodiert werden

Im ersten Teil unserer Einführung in die Welt der modernen Oszilloskope ging es um grundlegende Dinge eines Oszilloskops: Wie werden die Signale abgetastet, gespeichert und auf dem Bildschirm dargestellt? Im zweiten Teil zeigen wir Ihnen, wie die gewünschte Signalform erfasst und Messergebnisse ausgewertet werden.

Ergänzendes zum Thema

Was mein digitales Oszilloskop alles kann

In insgesamt drei Teilen stellen wir Ihnen die Funktionen eines digitalen Oszilloskop vor. Im ersten Teil gaben wir einen Überblick über den grundlegenden Aufbau: Von der analogen bis zur digitalen Bandbreite und welche Arten es gibt, ein Signal abzutasten. Im nächsten Schwerpunkt betrachten wir die Trigger und wie sich aus einem Messsignal gewünschte Informationen extrahieren lassen. Schließlich soll noch auf das nicht unwesentliche Thema Tastköpfe und die abschließende Dokumentation eingegangen werden.

Eine der schwierigsten Aufgaben für den Anwender eines Oszilloskops ist es, das gewünschte Ereignis aus der Vielzahl der Daten exakt zu erfassen. Gesucht wird hier nach einmaligen oder sich wiederholenden Ereignissen im Datenstrom. Hier helfen verschiedene Trigger, die auf analoge und digitale Kanäle anwendbar sind.

Es gibt drei verschiedene Modi einen Trigger auszulösen: Beim „Normal-Trigger“ wird auf Ereignisse kontinuierlich getriggert, während beim „Single-Trigger“ nur ein einmaliges auslösen des Triggers erfolgt. Der „Auto-Trigger“ triggert entweder wenn das geforderte Ereignis im Datenstrom auftritt, spätestens aber nach 100 ms automatisch.

Hardware- und Software-Trigger im Vergleich

Flanken-Trigger: Um Signalereignisse aufzuspüren, können sowohl Hardware- als auch Softwaretrigger eingesetzt werden

Moderne Oszilloskope verfügen über eine Vielzahl verschiedener Trigger-Möglichkeiten. Hierbei muss zwischen Hardware- und Software-Trigger unterschieden werden. Dem Hardware-Trigger werden direkt die vom Vorverstärker bearbeiteten analog erfassten Daten zugeführt. In diesem Fall wird das zu überprüfende Ereignis direkt in der Hardware, meist ein FPGA, ausgewertet. Das hat den Vorteil, dass Triggerergebnisse schnell und ohne große Erfassungslücken zwischen den Triggerzeitpunkten vorliegen.

Beim Software-Trigger hingegen werden kontinuierlich Daten erfasst und der Inhalt der Daten nach dem gewünschten Triggerereigniss durchsucht. Dieses Verfahren kann größere Erfassungslücken aufweisen und bietet die Möglichkeit, komplexere Triggerereignisse zu erfassen oder später mit neuen Triggermöglichkeiten nachzurüsten. Die schnellere und effektivere Methode ist immer die Hardware-Triggerung.

Der Anwender muss sich entscheiden, welche Art der zur Verfügung stehenden Trigger er verwenden möchte. Einfache Flanken- und Pulsweiten-Triggern bis hin zu komplexen „Smart-“ oder „Measurement-Triggern“ sind je nach Oszilloskop verfügbar. Sogar auf serielle Busse (bestimmte Nachrichten, Fehler oder Bitkombinationen) lässt sich einfach und schnell triggern. Auch Kaskadierungen von Triggerereignissen und Vergleiche der Triggerlevel über mehrere Kanäle hinweg sind möglich.

Verschiedene Ereignisse auswerten und erfassen

Parameterdarstellung: Unterschieden werden kann zwischen vertikalen und horizontalen Parametern

Nach dem richtigen Triggern und dem Erfassen des gewünschten Ereignisses ist es wichtig, die Daten direkt im Gerät auswerten zu können. Ein einfaches Hilfsmittel dazu ist der Einsatz von „Cursor“. Mit „Cursor“ können schnell alle auf dem Bildschirm sichtbaren Messpunkte analysiert werden. Ein horizontaler oder vertikaler „Cursor“ sowie eine Kombination der beiden Typen können Signale auf dem Bildschirm ausmessen und überprüfen.

Eine elegantere und vielfältigere Anwendung, um verschiedene Ereignisse auszuwerten und zu erfassen - auch über viele Messzyklen hinweg – ist die automatische Parameter-Messmethode. Für viele Messaufgaben stehen bereits Parameter zur Verfügung. Das Vermessen einer Frequenz oder der Pulsbreite geht so nahezu automatisch und kann zudem noch statistisch ausgewertet und grafisch sichtbar gemacht werden.

Das Ganze geschieht nicht nur über einen Messzyklus hinweg, sondern wird für einen sehr großen Zeitraum durchgeführt. Unterschieden wird hier zwischen vertikalen und horizontalen Parametern. Typische vertikale Parameter sind: Amplitude, Minimum oder Maximum, Fläche zwischen Kurve und Zeitachse, Peak to Peak-Werte. Vertreter der horizontalen Parameter sind: Frequenz, zeitlicher Versatz, Abstand zwischen zwei Flanken oder Pulsbreiten.

Gerade bei seriellen Bussen erwartet der Anwender heute nicht nur im Triggerbereich Unterstützung durch sein Oszilloskop. Auch verschiedenste Parameter für serielle Busse werden angeboten. Zur optimalen Auswertung des physikalischen Layers eines seriellen Busses gehört auch die Möglichkeit des Dekodierens von Echtzeitdaten direkt im Oszilloskop. Von einfachen Bussen wie Lin, SPI oder I²C bis zu komplexen wie FlexRay, USB und SATA muss möglichst jedes Protokoll verfügbar sein.

Eigenschaften und Fehlereines Busses erfassen

Die Dekodierung kann in verschiedensten Formen angeboten werden. Idealerweise wird die Dekodierung der Nachrichten direkt über dem gemessenen Signal sowohl farblich kodiert als auch in Textform auf dem Bildschirm ausgegeben. Ebenfalls möglich ist es, die Dekodierung der Datenpakete in einer Tabelle darzustellen. Diese Tabellen können leicht exportiert und in anderen Programmen ausgewertet werden. Durch eine Verlinkung der Tabelle mit den erfassten Daten kann so schnell und einfach auch das gewünschte Datenpaket herangezoomt werden.

Die Kombination von Triggern, Parametern und Dekodierung macht es so möglich, Fehler und Eigenschaften eines Busses zu erfassen. Bei einigen Bussen wie USB 2.0 ist es möglich, eine vollständige Protokollanalyser-Übersicht auf dem Oszilloskop darzustellen. Das ermöglicht es dem Anwender einfach zu überprüfen, ob der Fehler in der physikalischen oder der Protokollebene liegt.

* Stephan Herzog ist Applikationsingenieur bei LeCroy in Heidelberg.

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