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触发面临的挑战及解决之道
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作者：梁波 bol@huayu-auto.com，华域汽车系统股份有限公司
ScopeArt按语：
本文作者介绍了R&S示波器万能的可视化的模板触发用于CAN总线眼图违规测量和LIN系统的时序违规分析，很有借鉴意义。
本文的眼图是一种广泛意义的眼图，即稳定的触发后通过余辉方式叠加显示的波形都可以称为眼图。
其实模板触发还有一个可人的功能是：“无人值守”，即在设定了模板之后，一旦信号有触碰模板就可以自动保存波形数据，自动打印波形图片。该功能和R&S示波器100万次/秒的波形捕获率相结合，成为工程师定位异常信号的利器。
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1 引言
随着嵌入式系统的复杂度、集成度的快速增长，系统的测试和故障调试将变得越来越困难，这对示波器也提出了更高的要求。其中，触发功能是测试和调试过程中常用到的一项功能，也是示波器的关键性能。示波器对特定信号事件的快速、准确、稳定的捕捉和显示是后续问题分析的基础。
本文中，笔者尝试从日常工作中的两个示例，来说明R&S RTO系列示波器的强大触发功能在调试和分析故障时的优点和易用性，特别是其中的“MASK模板触发”方式，给调试带来了很大的方便。
2 R&S RTO数字触发技术的优势
RTO数字触发技术是直接在ADC转换后的数字样本行进行的，这种架构为采集和触发提供了一致的定时，从而可以得到更准确的测量结果。该架构的主要优势有：
低触发抖动：RTO实时触发单元是在前端ADC和采集存储器间的路径中通过专用的ASIC来实现，达到小于1ps rms的超低触发抖动。
优化的触发灵敏度：RTO实时触发单元允许0到5格的灵活触发迟滞设置，可以让用户在触发稳定性和触发灵敏度之间取得很好的平衡。
超小的可检测脉冲宽度：最小可检测脉冲宽度是触发系统的一个关键参数，RTO可以支持窄于100ps的脉冲宽度触发。
触发事件无遗漏：RTO实时触发系统能够利用时间数字转换器（TDC）在400ps的时间间隔内，以250fs分辨率，测定各种触发事件，这尤其适用于复杂触发条件的应用场合。
灵活的触发信号滤波：RTO实时触发系统可以对输入信号或者测量信号应用低通滤波器。这对于被测信号中有高频噪声的情况，可以单独对触发信号进行数字低通滤波，就可以得到可靠和稳定的触发，于此同时，也可以捕获和显示未经滤波的测量信号。
3 应用示例
• 示例1：CAN总线信号质量分析
• 示例1：CAN总线信号质量分析
背景介绍：
在笔者参与的一个汽车电子控制模块的项目中，控制器与外部的通信接口使用了高速CAN总线，波特率是500k bit/s，位采样点的位置是67.5%。
在笔者参与的一个汽车电子控制模块的项目中，控制器与外部的通信接口使用了高速CAN总线，波特率是500k bit/s，位采样点的位置是67.5%。
问题描述：
在控制模块安装到工程样车上之后，在车辆行驶的过程中，用Vector CANoe进行CAN总线数据监控和记录时，发现偶尔有错误帧产生，错误帧出现的概率约为每小时若干次，是一种偶发的异常信号。所以准备用示波器的“眼图”功能分析CAN总线的信号质量，以及在采样点处是否出现干扰信号，如果有干扰，则将波形记录下来，作为进一步分析的基础。
在控制模块安装到工程样车上之后，在车辆行驶的过程中，用Vector CANoe进行CAN总线数据监控和记录时，发现偶尔有错误帧产生，错误帧出现的概率约为每小时若干次，是一种偶发的异常信号。所以准备用示波器的“眼图”功能分析CAN总线的信号质量，以及在采样点处是否出现干扰信号，如果有干扰，则将波形记录下来，作为进一步分析的基础。
解决办法：
（1） 首先用“上升沿触发”的自动模式触发通道1的CAN_H信号，然后在“Display”菜单中打开“Infinite Persistence”即可实现类似“眼图”功能，CAN_H和CAN_L构成的“眼睛”睁得越大，表示信号质量越好，眼图如图 1所示。
（1） 首先用“上升沿触发”的自动模式触发通道1的CAN_H信号，然后在“Display”菜单中打开“Infinite Persistence”即可实现类似“眼图”功能，CAN_H和CAN_L构成的“眼睛”睁得越大，表示信号质量越好，眼图如图 1所示。
图 1：用模板来触发CAN总线异常信号
（2） 用“MASK模板”触发来记录干扰时的信号。在采样点所在的时间点±10%设置MASK，电压范围在2.5V“隐性”电平上下各1V余量。同时设置，当信号被触发时，保存信号到硬盘上。通过在车辆上半个多小时的在线测量，观察并记录到了干扰信号，最后分析发现是由于某控制器在档位切换到“P”档位的瞬间的故障状态导致。
• 示例2：系统时序违规分析
背景介绍：
一款无钥匙进入无钥匙启动（Passive Entry Passive Start）控制器，在通过门把手的解锁闭/锁按键触发进行被动进入时，门把手按钮开关信号、LIN总线、低频天线驱动信号等之间有着较严格的时序要求，简化的时序图如下图 2所示，时间要求如表1。
一款无钥匙进入无钥匙启动（Passive Entry Passive Start）控制器，在通过门把手的解锁闭/锁按键触发进行被动进入时，门把手按钮开关信号、LIN总线、低频天线驱动信号等之间有着较严格的时序要求，简化的时序图如下图 2所示，时间要求如表1。
图 2：简化的PEPS时序图
表格 1：时间要求
为了重复测试时序的稳定性，在可靠性测试台架上，1秒1次周期性地触发解锁闭锁按键，来发起整个时序流程。将示波器的通道1连接“解锁/闭锁按键”信号，通道2连接“LIN总线”信号，通道3连接“低频天线驱动”信号。一次正常触发的信号时序如图 3所示。
图 3：完整时序图
问题描述：
（1） 解锁闭锁按钮是机械式开关，按压过程中会产生电平的抖动，用“下降沿”触发时，有时会被误触发，会产生多次触发，导致信号的不稳定显示。
（2） 如何测量时序要求中的T1和T2在合理范围内。
（1） 解锁闭锁按钮是机械式开关，按压过程中会产生电平的抖动，用“下降沿”触发时，有时会被误触发，会产生多次触发，导致信号的不稳定显示。
（2） 如何测量时序要求中的T1和T2在合理范围内。
解决办法：
对于问题1， 传统的示波器也可以通过“Single+Normal”的触发方式来实现，但是这样需要每次触发后，手动按运行启动下一次触发，不太方便；而对于RTO示波器来说，可以方便的解决该问题，可以通过设置对该路信号进行触发通路的数字低通滤波，并设置合理的截止频率，则可以滤除高频抖动信号，实现稳定触发显示。
对于问题1， 传统的示波器也可以通过“Single+Normal”的触发方式来实现，但是这样需要每次触发后，手动按运行启动下一次触发，不太方便；而对于RTO示波器来说，可以方便的解决该问题，可以通过设置对该路信号进行触发通路的数字低通滤波，并设置合理的截止频率，则可以滤除高频抖动信号，实现稳定触发显示。
对于问题2，由于T1，T2的时间刻度范围差别较大，可以分别用“MASK模板”触发来测量T1和T2的范围。对于T1，可以在“LIN总线”信号的第一帧报文的左右设置“模板”，两个模板之间对应的时间范围是[45ms, 70ms]，下图的图4和图5分别是T1在正常范围和异常范围的情况。
对于时间T2的测量，要求通道3波形的“曼彻斯特编码数据”不能早于通道2的低电平脉冲的下降沿。如图6中的模板设置，在通道3的中心电平上方和下方各设置一个模板区域，模板的右边时间点与通道2的低电平的下降沿对齐。
此外，“MASK模板”触发测试的窗口上还可以直观地显示一些统计信息，如采集波形的次数和被MASK触发的次数，便于较长时间耐久测试的性能统计分析。
图 4： T1在正常时间范围内
图5： T1异常触发采集
图6： T2的模板设置
4 结论
本文简介了R&S RTO数字示波器的实时数字触发的技术优势，然后针对工作中遇到的测试调试示例进行了说明。实际上，笔者的应用只是使用到RTO示波器强大功能的“冰山一角”，很多更高级和实用的功能还没有用到，仅以此文抛砖引玉。总而言之，RTO示波器强大的数字触发计数以及方便易用的用户界面，为嵌入式开发工程师们提供了的强大的调试和分析工具。
