Trigger e sincronizzazione

Un oscilloscopio acquisisce una finestra di tempo e poi la ridisegna. Se il segnale è periodico e ogni finestra partisse da un punto a caso, le tracce successive risulterebbero sfasate e sul display si vedrebbe una forma instabile e "strisciante". Il trigger (sincronizzazione) risolve il problema: fa iniziare l'acquisizione ogni volta in un istante in cui il segnale si trova nella stessa condizione, così tutte le tracce si sovrappongono.

Istante di trigger e come si imposta

Si chiama istante di triggeristante in cui il segnale attraversa il livello di trigger con la pendenza scelta; coincide con l'origine dei tempi t = 0 del display il momento in cui il segnale passa per il livello di trigger con la pendenzasegno della derivata nell'istante di attraversamento: positiva sul fronte di salita, negativa su quello di discesa stabilita. Corrisponde all'origine $t=0$ dell'asse dei tempi. Nel trigger di base ("a livello e pendenza") si scelgono:

• la sorgente: il canale (CH1, CH2) da cui lo strumento estrae l'evento; può essere anche un ingresso esterno o la rete. In un sistema a più canali il trigger è unico;
• il livello di tensione;
• la pendenza (slope): fronte di salita (positiva) o di discesa (negativa);
• il modo: auto (se non ci sono eventi per un certo tempo lo strumento forza comunque un'acquisizione, e si vede una traccia anche senza segnale), normal (acquisisce solo dopo un evento valido: se non arriva, lo schermo non si aggiorna), single (una sola acquisizione);
• il tempo di hold-offtempo, dopo un evento di trigger valido, durante il quale lo strumento ignora altri eventi e la posizione dell'istante di trigger rispetto alla finestra.

Circuito di estrazione: il segnale di ingresso viene confrontato con una soglia da un comparatorecircuito che confronta la tensione di ingresso con una soglia e dà un'uscita a due livelli, il cui livello è regolato dall'operatore; l'uscita del comparatore, insieme al circuito di pendenza, produce l'impulso di trigger che avvia la fase di acquisizione (Ciclo di acquisizione, memoria e visualizzazioneIl DSO lavora a cicli $T_{cycle}=T_A+T_B+T_C$: acquisizione $T_A=T_w$ (scelta dall'operatore), ripristino $T_B$ (tempo morto, dipende dall'hardware), attesa dell'evento di trigger $T_C$ (aleatorio). Velocità massima di aggiornamento $1/(T_A+T_B)$, duty cycle $d=T_A/T_{cycle}$. La memoria di acquisizione ha $N$ campioni (acquisizione massima $NT_s$); la memoria grafica ha $N_V=1000$ pixel di durata $\Delta T=T_w/N_V$. Se $\Delta T>T_s$ si decima: modalità uniform, high resolution (media), peak detect (vede i glitch), envelope; se $T_w>NT_s$ si decima già prima di scrivere in memoria; se $\Delta T<T_s$ si interpola.Ciclo di acquisizione, memoria e visualizzazione →).

Livello di trigger: dove metterlo

Perché l'evento di trigger si verifichi, il livello deve essere compreso nell'escursione del segnale: $$V_{min}<V_{trig}<V_{max}.$$ Se il livello è fuori da questo intervallo il segnale non lo attraversa mai e (in modo normalil trigger scatta solo su eventi veri: se non ne arrivano lo schermo non si aggiorna) lo strumento non acquisisce. Per $v=3{,}3+0{,}2\sin(2\pi\,200\,t)$: $3{,}1\ \text{V}<V_{trig}<3{,}5\ \text{V}$; il valore centrale ($3{,}3$ V) è anche quello in cui il segnale ha la pendenza massima, cioè il rumorefluttuazioni casuali sovrapposte al segnale sposta di meno l'istante di attraversamento: è la scelta che dà il trigger più stabile ("per migliorare l'immunità al rumore").

Con accoppiamento AC (o con il trigger accoppiato come il canale) la componente continua non c'è più e il segnale oscilla tra $-V_0$ e $+V_0$: lo stesso esempio ha ora $-0{,}2\ \text{V}<V_{trig}<0{,}2\ \text{V}$, e il livello ottimo è $0$ V. Il livello va quindi ricalcolato quando si cambia accoppiamento.

Segnali a bassa frequenza

Per un segnale molto lento (qualche hertz) nel modo auto lo strumento, se non ha trovato l'evento entro un certo tempo (tipicamente più breve del periodo), forza il trigger e la traccia risulta instabile. Si disattiva l'auto e si usa il modo normal: si acquisisce solo sugli eventi veri (livello compreso nell'escursione). Succede con $f_0=8$ Hz o $2{,}5$ Hz (Esercizio 6 · risposta dell'ingresso in accoppiamento AC (temi d'esame febbraio 2022, febbraio 2023 e settembre 2025)).

Segnali con più eventi in un periodo

Un segnale complesso può attraversare il livello scelto più volte nello stesso periodo: allora vi sono più istanti di trigger, la traccia successiva può partire da un evento diverso e il display si sovrappone con acquisizioni non omogenee. Due rimedi:

1. scegliere il livello in modo che venga attraversato una sola volta per periodo. Per un segnale con due impulsi di ampiezze $V_1=5$ V e $V_2=2$ V (febbraio 2025) si impone $V_2<V_{trig}<V_1$, cioè $2\ \text{V}<V_{trig}<5\ \text{V}$ (es. $3{,}5$ V): solo il primo impulso fa scattare il trigger; la pendenza può essere positiva o negativa;
2. usare il tempo di hold-off (holdoff): è l'intervallo, dopo un evento valido, in cui lo strumento ignora altri eventi di trigger; si pone leggermente minore del periodo ($T_{ho}<150$ ms) e la fase di ripristino viene allungata fino a quel valore.

Anche se l'evento di trigger è stabile, per visualizzare un impulso diverso da quello che fa scattare il trigger bisogna spostare l'origine dei tempi: nell'esempio, per centrare il secondo impulso con $5$ ms/div ($T_w=50$ ms) e trigger sul fronte di salita del primo, si dà un offset orizzontale $T_1+T_{12}+T_2/2=20+20+20=60$ ms (con il fronte di discesa del primo impulso: $T_{12}+T_2/2=40$ ms); il primo campione a sinistra corrisponde a $60-25=35$ ms (Esercizio 4 · segnale a due impulsi, trigger, hold-off e valore efficace (tema d'esame febbraio 2025)).

Un trigger di tipo avanzato permette di fare scattare l'acquisizione sulla durata dell'impulso (per esempio un impulso più largo o più stretto di una soglia) o su condizioni logiche; non è indispensabile per gli esercizi del corso.

Sorgente di trigger: casi delicati

• Sweep con syncsegnale di sincronismo fornito dal generatore, con un fronte in un istante noto del segnale principale. Il segnale di sync ($0$-$5$ V) ha lo stesso periodo dello sweepsegnale la cui frequenza varia linearmente nel tempo e riparte da capo ogni periodo: si sceglie come sorgente il canale del sync (livello $2{,}5$ V, pendenza indifferente), e la traccia dello sweep, visualizzata sulla stessa base dei tempi, risulta stabile perché ogni acquisizione parte dallo stesso punto dello sweep (Segnali di test e parametri nel dominio del tempoGli strumenti si provano con segnali di test dai parametri noti. Sinusoide $v=V_{DC}+V_0\sin(2\pi f t+\varphi)$: picco $V_0$, picco-picco $V_{pp}=2V_0$, efficace $V_0/\sqrt2$. Onda rettangolare: $V_H$, $V_L$, periodo e duty cycle $d=\tau/T$ (tempi misurati a metà dei fronti, il tempo di salita va dal 10% al 90%). Triangolare e dente di sega: $V_{min}$, $V_{max}$, pendenza $m=(V_{max}-V_{min})/T_R$. Segnali modulati: AM $A_C(1+K_M\cos2\pi f_Mt)\cos2\pi f_Ct$ con $A_C=\frac{V_{pp,max}+V_{pp,min}}4$ e $K_M=\frac{V_{pp,max}-V_{pp,min}}{V_{pp,max}+V_{pp,min}}$; sweep lineare $f(t)=f_{start}+t,\frac{f_{stop}-f_{start}}{T_{sweep}}$ con segnale di sync.Segnali di test e parametri nel dominio del tempo →).
• Segnale costante. Un canale con segnale costante (la tensione $V_A=E/2$ di un partitore) non può far scattare il trigger: si usa l'altro canale, che varia (Esercizio 17 · ponte resistivo e misura pseudo-differenziale (tema d'esame luglio 2023)).
• Funzioni matematiche. La differenza $CH1-CH2$ è un risultato di calcolo digitale, non un segnale analogico in ingresso: non può fungere da sorgente di trigger.
• AM con frequenze non in rapporto razionale (portante $97$ Hz e modulante $10$ Hz): non esiste una traccia perfettamente stabile; si usano due configurazioni: sync come sorgente per misurare $f_M$, oppure livello $0$ V sulla portante (l'ampiezza varia ma la posizione dei periodi no) o livello vicino all'ampiezza di picco con hold-off (Esercizio 12 · segnale AM e sync, frequenze e profondità di modulazione (prova scritta di esempio 2026)).

Posizione del trigger, pre-trigger e post-trigger

La memoria di acquisizione, circolare, contiene sempre i campioni più recenti. Se l'evento deve cadere in un punto della finestra, la memoria si divide in pre-triggerparte della memoria che contiene i campioni precedenti all'evento di trigger (campioni precedenti all'evento, $N-M$) e post-trigger (campioni successivi, $M$). Con $t=0$ al centro dello schermo, pre e post sono uguali ($N/2$ ciascuno); con $t=0$ al bordo sinistro si usa solo la memoria di post-trigger. Il pre-trigger permette di vedere che cosa è successo prima dell'evento (per esempio di un glitchimpulso breve e isolato, spesso indesiderato, nel segnale).

Errori comuni

• Scegliere un livello fuori da $[V_{min},V_{max}]$ o non aggiornarlo dopo il passaggio in AC.
• Lasciare il modo auto con segnali a pochi hertz.
• Dire che il trigger "fa il segnale più grande" o "filtra il rumore": decide soltanto dove inizia la traccia.
• Usare un canale a livello costante o un canale matematico come sorgente.
• Dimenticare che con più eventi per periodo servono un livello più alto o l'hold-off.