模擬觸發(fā)器的結(jié)構(gòu) 

輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后分成采樣通路和觸發(fā)通路兩個(gè)支路，兩條通路zui終都輸出交由邏輯器件（FPGA/ASIC）做進(jìn)一步處理。觸發(fā)器zui基本的組成單元包括比較器（CMP）和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC），如圖2.1右所示，其中比較器需要一個(gè)比較門限電平，通常使用DAC產(chǎn)生。因?yàn)橛|發(fā)器基本是由模擬電路組成，所以稱為模擬觸發(fā)器。
 

圖2.1 模擬觸發(fā)器系統(tǒng)框圖

模擬觸發(fā)器的工作原理 

模擬觸發(fā)器工作分兩步，首先通過(guò)比較器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯信號(hào)判斷是否為上升沿，并輸出觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)采樣存儲(chǔ)；然后通過(guò)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測(cè)量出觸發(fā)信號(hào)與存儲(chǔ)時(shí)基的時(shí)間差。這里兩個(gè)關(guān)鍵的單元是比較器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

1、比較器
在示波器中，有一個(gè)名詞叫觸發(fā)電平，指的就是觸發(fā)器中比較器的參考門限電平，用做比較基準(zhǔn)，當(dāng)輸入信號(hào)幅值超過(guò)該參考電平時(shí)比較器輸出邏輯高電平（上升沿），當(dāng)輸入信號(hào)幅值比參考電平低時(shí)比較器輸出邏輯低電平（下降沿），結(jié)構(gòu)如圖2.1 CMP單元所示，比較器的輸入輸出信號(hào)關(guān)系如圖2.2所示。

圖2.2 比較器輸入輸出信號(hào)

注：V_IN為輸入信號(hào)；V_REF為比較參考電平，V_CMP為輸出比較信號(hào)。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)使用遲滯比較器（施密特比較器），可以減少噪聲引發(fā)的誤觸發(fā)，如圖2.3所示。

圖2.3 遲滯比較器

遲滯電壓的大小（V_H-H_L，也稱為觸發(fā)靈敏度），可通過(guò)改變比較器反饋電阻阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常是固定不變的。

2、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器

時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（time-to-digital converter簡(jiǎn)稱TDC）用于測(cè)量信號(hào)間的時(shí)間間隔，測(cè)量精度通常達(dá)到皮秒級(jí)。在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中用于測(cè)量觸發(fā)信號(hào)與存儲(chǔ)時(shí)基的間隔，以便還原對(duì)齊觸發(fā)位置。

時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法有很多，在模擬觸發(fā)器中常用時(shí)間內(nèi)插模擬擴(kuò)展技術(shù)，將短脈沖進(jìn)行放大后再測(cè)量。

將短時(shí)間T展寬的辦法是：首先在T內(nèi)對(duì)一個(gè)電容以恒定電流充電；然后以比充電電流慢N倍的速度放電，則電容放電到起始狀態(tài)下的時(shí)間是T的N倍，然后再用慢速時(shí)鐘對(duì)其進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)得到T×N。

圖2.4 時(shí)間內(nèi)插模擬擴(kuò)展電路

典型的時(shí)間內(nèi)插擴(kuò)展電路原理圖如圖2.4所示，圖中主要由一對(duì)高速電流開(kāi)關(guān)Q1和Q2組成，恒流源I₁=29.8mA，I₂=51uA（即擴(kuò)展578倍）。參考圖2.5的時(shí)間內(nèi)插擴(kuò)展時(shí)序圖我們可以做個(gè)簡(jiǎn)單的分析。

圖2.5 時(shí)間內(nèi)插擴(kuò)展時(shí)序圖

A、在t1時(shí)間內(nèi)，Q₁與Q₂均導(dǎo)通，電流源I₁直接通過(guò)Q₂到地，電容C₁不能充電，電壓較低；

B、在t2時(shí)間內(nèi)，Q₁導(dǎo)通，Q₂截止, 電流源I₁向電容C₁充電，電流源I₂放電，由于I₁是I₂的數(shù)百倍，這時(shí)可忽略I₂的影響。于是電容C₁兩端電壓升高，當(dāng)大于比較器參考比較電壓時(shí)，比較器輸出高電平；

C、在t3時(shí)間內(nèi)，Q₁與Q₂均截止，電流源I₂向電容放電，由于這時(shí)的放電電流為剛才充電電流的數(shù)百分之一，所以放電速度相當(dāng)緩慢。當(dāng)電容電壓低于比較電壓時(shí)，比較器輸出低電平；

D、在t4時(shí)間內(nèi)，Q1截止，Q2導(dǎo)通, Q2將電容兩端電壓迅速拉低，回復(fù)到初始狀態(tài)，又準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。

由此可見(jiàn)，由于放電電流為充電電流的數(shù)百分之一，可知其放電時(shí)間約為其充電電壓的數(shù)百倍，即相當(dāng)于將微小的時(shí)間間隔放大了數(shù)百倍。得到展寬后的信號(hào)后，只需要用較低速的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量即可，測(cè)量結(jié)果再除以放大倍數(shù)就是所求的短脈沖時(shí)間間隔。當(dāng)然除了測(cè)量電流放電時(shí)間的方法之外，還有直接測(cè)量電壓的方法，不過(guò)需要用到高精度ADC。‍