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邏輯分析儀技術(shù)探討

日期:2012-07-19瀏覽:4116次

 
邏輯分析儀是利用時(shí)鐘從測(cè)試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號(hào)的儀器,zui主要作用在于時(shí)序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級(jí),通常只顯示兩個(gè)電壓(邏輯1和0),因此設(shè)定了參考電壓后,邏輯分析儀將被測(cè)信號(hào)通過比較器進(jìn)行判定,高于參考電壓者為High,低于參考電壓者為Low,在High與 Low之間形成數(shù)字波形。
 
邏輯分析儀的定義
例如:一個(gè)待測(cè)信號(hào)使用200MHz采樣率的邏輯分析儀,當(dāng)參考電壓設(shè)定為1.5V時(shí),在測(cè)量時(shí)邏輯分析儀就會(huì)平均每5ns采取一個(gè)點(diǎn),超過1.5V者為High(邏輯1),低于1.5V者為Low(邏輯0),而后的邏輯1和0可連接成一個(gè)簡單波形,工程師便可在此連續(xù)波形中找出異常錯(cuò)誤(bug)之處。整體而言,邏輯分析儀測(cè)量被測(cè)信號(hào)時(shí),并不會(huì)顯示出電壓值,只是High跟Low的差別;如果要測(cè)量電壓就一定需要使用邏輯分析儀,示波器。除了電壓值的顯示不同外,邏輯分析儀與示波器的另一個(gè)差別在于通道數(shù)量。一般的示波器只有2個(gè)通道或4個(gè)通道,而邏輯分析儀可以擁有從16個(gè)通道、32個(gè)通道、64個(gè)通道和上百個(gè)通道數(shù)不等,因此邏輯分析儀具備同時(shí)進(jìn)行多通道測(cè)試的優(yōu)勢(shì)?! ?/span>
根據(jù)硬件設(shè)備設(shè)計(jì)上的差異,目前市面上邏輯分析儀大致上可分為獨(dú)立式(或單機(jī)型)邏輯分析儀和需結(jié)合電腦的PC-based卡式虛擬邏輯分析儀。獨(dú)立式邏輯分析儀是將所有的測(cè)試軟件、運(yùn)算管理元件以及整合在一臺(tái)儀器之中;卡式虛擬邏輯分析儀則需要搭配電腦一起使用,顯示屏也與主機(jī)分開。就整體規(guī)格而言,獨(dú)立式邏輯分析儀已發(fā)展到相當(dāng)高標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,例如采樣率可達(dá)8GHz、通道數(shù)可擴(kuò)充到300個(gè)通道以上,存儲(chǔ)深度相對(duì)也高,獨(dú)立式邏輯分析儀以往價(jià)格昂貴,從幾萬到數(shù)十萬人民幣不等,一般用戶很少用得起。zui近中國臺(tái)灣ZEROPLUS科技有限公司推出的LAP-C系列邏輯分析儀,不超過3萬元人民幣經(jīng)濟(jì)性價(jià)格讓每個(gè)工程師都用得起。尤其在數(shù)字電路教學(xué)中,改變了以往老師為了降低成本使用虛擬邏輯分析儀進(jìn)而產(chǎn)生的不直觀、麻煩等問題,在同一個(gè)價(jià)格上,我們可以把臺(tái)式獨(dú)立邏輯分析儀很輕松地拎起來。基于計(jì)算機(jī)接口的卡式虛擬邏輯分析儀,以較小的成本提供了相應(yīng)的性能,但是卡式虛擬邏輯分析儀也有很大缺點(diǎn),它需要配備電腦才能使用,尤其數(shù)字測(cè)試中,工程師往往會(huì)陷入一堆PCB板中,采用旋轉(zhuǎn)按鈕的儀器要比在屏幕上移動(dòng)鼠標(biāo)更加方便。技術(shù)的發(fā)展也逐漸把示波器和邏輯分析儀的功能融合在一起,成為混合式的儀器(MSO),也稱混合信號(hào)測(cè)試儀器。
 
邏輯分析儀的協(xié)議分析
邏輯分析儀與示波器相同,是通過采集的信號(hào),并通過圖形化的方式展示給開發(fā)人員,開發(fā)人員根據(jù)這些圖形化信號(hào)按照協(xié)議分析出是否出錯(cuò)。盡管圖形化的顯示已經(jīng)給開發(fā)人員帶來不少的方便,但是人工將一串串信號(hào)分析出來不僅麻煩而且極易出錯(cuò)?! ?/div>
在這個(gè)科技高速發(fā)展的社會(huì),一切都在追求率。自動(dòng)化、智能化已經(jīng)成為協(xié)議分析的發(fā)展方向。在這個(gè)思想的指引下各種測(cè)試儀器的協(xié)議分析功能出現(xiàn)并發(fā)展起來。目前大多數(shù)開發(fā)人員通過邏輯分析儀等測(cè)試工具的協(xié)議分析功能可以很輕松的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、調(diào)試硬件、加快開發(fā)進(jìn)度,為高速度、高質(zhì)量完成工程提供保障?! ?/div>
關(guān)于這個(gè)問題廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的開發(fā)人員提出了一個(gè)全新的回答:協(xié)議分析是在某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域充分利用邏輯分析儀資源的統(tǒng)一體。邏輯分析儀無論采樣頻率,存儲(chǔ)空間,觸發(fā)深度等資源都是有限的,我們只有充分組合協(xié)議相關(guān)的組件才能發(fā)揮其zui大的效用?! f(xié)議解碼是協(xié)議分析的基礎(chǔ),只有解碼正確的協(xié)議分析才能夠被別人接受,只有正確的解碼才能提供更多的錯(cuò)誤信息。   
協(xié)議觸發(fā)能夠充分利用有限的觸發(fā)深度和存儲(chǔ)空間,同時(shí)提供更多更可靠的觸發(fā),為快速發(fā)現(xiàn)和定位錯(cuò)誤提供了一種的工具?! ?/div>
錯(cuò)誤識(shí)別是邏輯分析儀的主要作用,它建立在協(xié)議解碼和協(xié)議觸發(fā)之上的,只有協(xié)議觸發(fā)功能強(qiáng)大才能采集到錯(cuò)誤,只有協(xié)議解碼正確才能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤?! ?/div>
信息提示能夠充分利用顏色與視圖等資源,有效表達(dá)協(xié)議解碼的結(jié)果,使得用戶能夠快速找到需要的信息。當(dāng)然信息提示也能夠合理調(diào)節(jié)處理資源,節(jié)省用戶時(shí)間。
 
邏輯分析儀的主要特點(diǎn)
邏輯分析儀的作用是利用便于觀察的形式顯示出數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行情況,對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析和故障判斷。其主要特點(diǎn)如下:   
有足夠多的輸入通道   
具有多種靈活的觸發(fā)方式,確保對(duì)被觀察的數(shù)據(jù)流準(zhǔn)確定位(對(duì)軟件而言可以跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行中的任意程序段,對(duì)硬件而言可以檢測(cè)并顯示系統(tǒng)中存在的毛刺干擾)?! ?/div>
具有記憶功能,可以觀測(cè)單次及非周期性數(shù)據(jù)信息,并可診斷隨機(jī)性故障。   
具有延遲能力,用以分析故障產(chǎn)生的原因。   
具有限定功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)欲獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選,并刪除無關(guān)數(shù)據(jù)。   
具有多種顯示方式,可用字符、助記符、匯變語言顯示程序,用二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等顯示數(shù)據(jù),用定時(shí)圖顯示信息之間的時(shí)序關(guān)系?! ?/div>
具有驅(qū)動(dòng)時(shí)域儀器的能力,以便復(fù)顯待測(cè)信號(hào)的真實(shí)波形及有利于故障定位。   
具有可靠的毛刺檢測(cè)能力。
 
邏輯分析儀分類
邏輯分析儀分為兩大類:邏輯狀態(tài)分析儀(Logic State Analyzer,簡稱LSA)和邏輯定時(shí)分析儀(Logic Timing Analyzer)。這兩類分析儀的基本結(jié)構(gòu)是相似的,主要區(qū)別表現(xiàn)在顯示方式和定時(shí)方式上。   
邏輯狀態(tài)分析儀用字符0、1或助記符顯示被檢測(cè)的邏輯狀態(tài),顯示直觀,可以從大量數(shù)碼中迅速發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼,便于進(jìn)行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)分析,檢查在系統(tǒng)時(shí)鐘作用下總線上的信息狀態(tài)。它的內(nèi)部沒有時(shí)鐘發(fā)生器,用被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘來控制記錄,與被測(cè)系統(tǒng)同步工作,主要用來分析數(shù)字系統(tǒng)的軟件,是跟蹤、調(diào)試程序、分析軟件故障的有力工具?! ?/span>
邏輯定時(shí)分析儀用來考察兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘之間的數(shù)字信號(hào)的傳輸情況和時(shí)間關(guān)系,它的內(nèi)部裝有時(shí)鐘發(fā)生器。在內(nèi)時(shí)鐘控制下記錄數(shù)據(jù),與被測(cè)系統(tǒng)異步工作,主要用于數(shù)字設(shè)備硬件的分析、調(diào)試和維修。
 
邏輯分析儀的工作原理
  邏輯分析儀的工作過程就是數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、觸發(fā)、顯示的過程, 邏輯分析儀由于它采用數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù),可將數(shù)據(jù)采集工作和顯示工作分開進(jìn)行,也可同時(shí)進(jìn)行,必要時(shí),對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以反復(fù)進(jìn)行顯示,以利于對(duì)問題的分析和研究?! ?/span>
將被測(cè)系統(tǒng)接入邏輯分析儀,使用邏輯分析儀的探頭(邏輯分析儀的探頭是將若干個(gè)探極集中起來,其觸針細(xì)小,以便于探測(cè)高密度集成電路)監(jiān)測(cè)被測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流,形成并行數(shù)據(jù)送至比較器,輸入信號(hào)在比較器中與外部設(shè)定的門限電平進(jìn)行比較,大于門限電平值的信號(hào)在相應(yīng)的線上輸出高電平,反之輸出低電平時(shí)對(duì)輸入波形進(jìn)行整形。經(jīng)比較整形后的信號(hào)送至采樣器,在時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行采樣。被采樣的信號(hào)按順序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。采樣信息以“先進(jìn)先出”的原則組織在存儲(chǔ)器中,得到顯示命令后,按照先后順序逐一讀出信息,按設(shè)定的顯示方式進(jìn)行被測(cè)量的顯示。
 
邏輯分析儀的顯示形式
  邏輯分析儀將被測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)用數(shù)字形式寫入存儲(chǔ)器后,可以根據(jù)需要通過控制電路將內(nèi)存中的全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定的顯示在屏幕上。通常有以下幾種顯示方式。
1、定時(shí)顯示
  定時(shí)顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲(chǔ)器中的內(nèi)容顯示在屏幕上,顯示的是一串經(jīng)過整形后類似方波的波形,高電平代表“1”,低電平代表“0”。由于顯示的波形不是實(shí)際波形,所以也稱“偽波形”。
2、狀態(tài)表顯示
  狀態(tài)表顯示是以各種數(shù)值如二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制的形式將存儲(chǔ)器中內(nèi)容顯示在屏幕上。
3、圖解顯示
  圖解顯示是將屏幕的X方向作為時(shí)間軸,將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進(jìn)行顯示的一種方式。將欲顯示的數(shù)字量通過D/A變換器轉(zhuǎn)變成模擬量,將此模擬量按照存儲(chǔ)器中取出的數(shù)字量的先后順序顯示在屏幕上形成一個(gè)圖像的點(diǎn)陣。
4、映像顯示
  映像顯示是將存儲(chǔ)器中的全部內(nèi)容以點(diǎn)圖形式一次顯示出來。它將每個(gè)存儲(chǔ)器字分為高位和低位兩部分,分別經(jīng)X,Y方向D/A變換器變換為模擬量,送入顯示器的X與Y通道,則每個(gè)存儲(chǔ)器字點(diǎn)亮屏幕上的一個(gè)點(diǎn)。
編輯本段邏輯分析儀的功能
  如前所述,絕大多數(shù)邏輯分析儀是兩種儀器的合成,*部分是定時(shí)分析儀,第二部分是狀態(tài)分析儀。
1. 定時(shí)分析
  定時(shí)分析是邏輯分析儀中類似示波器的部分,它與示波器顯示信息的方式相同,水平軸代表時(shí)間,垂直軸代表電壓幅度。定時(shí)分析首先對(duì)輸入波形的采樣,然后使用用戶定義的電壓 邏輯分析儀閾值,確定信號(hào)的高低電平。定時(shí)分析只能確定波形是高還是低,不存在中間電平。所以定時(shí)分析就像一臺(tái)只有 1 位垂直分辨率的數(shù)字示波器。但是,定時(shí)分析并不能用于測(cè)試參量,如果你用定時(shí)分析測(cè)量信號(hào)的上升時(shí)間,那你就用錯(cuò)了儀器。如果你要檢驗(yàn)幾條線上的信號(hào)的定時(shí)關(guān)系,定時(shí)分析就是合理的選擇。如果定時(shí)分析前一次采樣的信號(hào)是一種狀態(tài),這一次采樣的信號(hào)是另一種狀態(tài),那么它就知道在兩次采樣之間的某個(gè)時(shí)刻輸入信號(hào)發(fā)生了跳變,但是,定時(shí)分析卻不知道的時(shí)刻。zui壞的情況下,不確定度是一個(gè)采樣周期。
2. 跳變定時(shí)
  如果我們要對(duì)一個(gè)長時(shí)間沒有變化的采樣并保存數(shù)據(jù),跳變定時(shí)能有效地利用存儲(chǔ)器。使用跳變定時(shí),定時(shí)分析只保存信號(hào)跳變后采集的樣本,以及與上次跳變的時(shí)間。
3. 毛刺捕獲
  數(shù)字系統(tǒng)中毛刺是令人頭疼的問題,某些定時(shí)分析儀具有毛刺捕獲和觸發(fā)能力,可以很容易的跟蹤難以預(yù)料的毛刺。定時(shí)分析可以對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地采樣,跟蹤采樣間產(chǎn)生的任何跳變,從而容易識(shí)別毛刺。在定時(shí)分析中,毛刺的定義是:采樣間穿越邏輯閾值多次的任何跳變。顯示毛刺是一種很有用的功能,有助于對(duì)毛刺觸發(fā)和顯示毛刺產(chǎn)生前的數(shù)據(jù),從而幫助我們確定毛刺產(chǎn)生的原因。
4. 狀態(tài)分析
  邏輯電路的狀態(tài)是:數(shù)據(jù)有效時(shí),對(duì)總線或信號(hào)線采樣的樣本。定時(shí)分析與狀態(tài)分析的主要區(qū)別是:定時(shí)分析由內(nèi)部時(shí)鐘控制采樣,采樣與被測(cè)系統(tǒng)是異步的;狀態(tài)分析由被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘控制采樣,采樣與被測(cè)系統(tǒng)是同步的。用定時(shí)分析查看事件 “ 什么時(shí)候 ” 發(fā)生,用狀態(tài)分析檢查發(fā)生了“ 什么 ”事件。定時(shí)分析通常用波形顯示數(shù)據(jù),狀態(tài)分析通常用列表顯示數(shù)據(jù)。
 
邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)
1、邏輯分析儀的通道數(shù)
  在需要邏輯分析儀的地方,要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面地分析,就應(yīng)當(dāng)把所有應(yīng)當(dāng)觀測(cè)的信號(hào)全部引入邏輯分析儀當(dāng)中,這樣邏輯分析儀的通道數(shù)至少應(yīng)當(dāng)是:被測(cè)系統(tǒng)的字長(數(shù)據(jù)總線數(shù))+被測(cè)系統(tǒng)的控制總線數(shù)+時(shí)鐘線數(shù)。這樣對(duì)于一個(gè) 8 位機(jī)系統(tǒng),就至少需要 34 個(gè)通道?,F(xiàn)在幾個(gè)廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)也高達(dá) 340 通道,例 Tektronix 等,市面上主流的產(chǎn)品是 34 通道的邏輯分析儀,用它來分析zui常見的 8 位系統(tǒng)。
2、足夠的定時(shí)分辨率
  定時(shí)采樣速率 邏輯分析儀
在定時(shí)采樣分析時(shí),要有足夠的定時(shí)分辨率,就應(yīng)當(dāng)有足夠高的定時(shí)分析采樣速率,但是并不是只有高速系統(tǒng)才需要高的采樣速率,現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的采樣速率高達(dá) 2GS/s ,在這個(gè)速率下,我們可以看到 0.5ns 時(shí)間上的細(xì)節(jié)。
3、狀態(tài)分析速率
  在狀態(tài)分析時(shí),邏輯分析儀采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘就用被測(cè)試對(duì)象的工作時(shí)鐘(邏輯分析儀的外部時(shí)鐘)這個(gè)時(shí)鐘的zui高速率就是邏輯分析儀的高狀態(tài)分析速率。也就是說,該邏輯分析儀可以分析的系統(tǒng)zui快的工作頻率。現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時(shí)分析速率在 300MHz ,zui高可高達(dá) 500MHz 甚至更高。
4、邏輯分析儀的每通道的記錄長度
  邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲(chǔ)它所采樣的數(shù)據(jù),以用于對(duì)比、分析、轉(zhuǎn)換(譬如將其所捕捉到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成非二進(jìn)制信號(hào))。
5、邏輯分析儀的測(cè)試夾具
  邏輯分析儀通過探頭與被測(cè)器件連接,測(cè)試夾具起著很重要的作用,測(cè)試夾具有很多種,如飛行頭和蒼蠅頭等。
 
邏輯分析儀的觸發(fā)
   邏輯分析儀主要是用于定位系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)的特定波形數(shù)據(jù),通過觀察該波形數(shù)據(jù)來推斷該系統(tǒng)出錯(cuò)的原因,從而有針對(duì)性地找出解決該錯(cuò)誤的方案。  
運(yùn)用邏輯分析儀定位出錯(cuò)波形數(shù)據(jù)的方法主要有兩種方式,一種是通過抓取運(yùn)行過程中大量的數(shù)據(jù),然后在這些數(shù)據(jù)中通過其他方法來查找出錯(cuò)誤點(diǎn)的位置,該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且受制于邏輯分析儀存儲(chǔ)容量,并不一定每次都可以捕捉到目標(biāo)波形數(shù)據(jù);另一種是通過觸發(fā)的方式在特定波形數(shù)據(jù)到來時(shí)開始捕捉數(shù)據(jù),從而地定位目標(biāo)波形數(shù)據(jù)。  
觸發(fā)的概念zui初出現(xiàn)在模擬示波器上,示波器在設(shè)置的特定波形的信號(hào)到來時(shí)停止采集,并將波形繪制在屏幕上。邏輯分析儀用于分析數(shù)字系統(tǒng)時(shí)沿用了該概念?! ?/div>
數(shù)字系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,大多數(shù)情況下數(shù)據(jù)是連續(xù)不斷的,邏輯分析儀要顯示觀測(cè)的數(shù)據(jù)必需被存儲(chǔ)下來,而邏輯分析儀的儲(chǔ)存深度畢竟有限,這相當(dāng)于在傳輸帶上抽取一定的數(shù)據(jù),抽取的數(shù)據(jù)量取決于邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度。通過觸發(fā)的方式,在特定波形數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生的條件下,觀測(cè)與其相關(guān)的信號(hào)在該條件產(chǎn)生的前或(和)后時(shí)刻的狀態(tài)。直觀表現(xiàn)就是觸發(fā)位置的設(shè)置。如果觸發(fā)位置設(shè)置為跟蹤觸發(fā)開始,則存儲(chǔ)器在觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)開始儲(chǔ)存采集到的數(shù)據(jù),直到存儲(chǔ)器滿;如果選擇跟蹤觸發(fā)結(jié)束,則觸發(fā)事件發(fā)生前存儲(chǔ)器一直存儲(chǔ)采集到的連續(xù)數(shù)據(jù),直到觸發(fā)時(shí)停止存儲(chǔ),當(dāng)存儲(chǔ)器滿而觸發(fā)事件尚未發(fā)生時(shí)新數(shù)據(jù)將自動(dòng)覆蓋zui早存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)
 
邏輯分析儀的存儲(chǔ)
邏輯分析儀結(jié)構(gòu)中,包含一個(gè)存儲(chǔ)控制單元,其中存儲(chǔ)器的大小就表示了邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度?,F(xiàn)代邏輯分析儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的帶寬大多都非常巨大,例如廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的LAB6052邏輯分析儀的存儲(chǔ)帶寬為500MSps×32bit即16Gbps,而無論是數(shù)據(jù)傳輸(USB2.0數(shù)據(jù)速率為480Mbps)還是數(shù)據(jù)分析(PC軟件)過程,都無法實(shí)時(shí)完成,因此,邏輯分析儀只能將數(shù)據(jù)先暫存在存儲(chǔ)器中,然后再交給分析器分析。   
如果需要不間斷的捕捉數(shù)據(jù)流,則要求邏輯分析儀有足夠大的存儲(chǔ)器以便記錄整個(gè)事件。存儲(chǔ)深度與采樣速度密切相關(guān),您所需要的存儲(chǔ)深度取決于要測(cè)量的總時(shí)間跨度和所要求的時(shí)間分辨率,單次測(cè)量的時(shí)間越長、采樣頻率越高所需求的存儲(chǔ)深度就越大。  
在傳統(tǒng)模式下,存儲(chǔ)深度×采樣分辨率=采樣時(shí)間,這意味著在保證采樣分辨率的前提下,大的存儲(chǔ)深度直接提高了單次采樣時(shí)間,即能觀察分析更多的波形數(shù)據(jù);而在保證采樣時(shí)間的條件下,則可以提高采樣頻率,觀察到更真實(shí)的信號(hào)。
 
正確選擇和使用邏輯分析儀
一、邏輯分析儀的發(fā)展
20世紀(jì)70 年代初研制成微處理器,出現(xiàn)4位和8位總線,傳統(tǒng)示波器的雙通道輸入無法滿足8位字節(jié)的觀察。微處理器和存儲(chǔ)器的測(cè)試需要不同于時(shí)域和頻域儀器。數(shù)域測(cè)試儀器應(yīng)運(yùn)而生。HP公司推出狀態(tài)分析儀和Biomation公司推出定時(shí)分析儀(兩者zui初很不相同)之后不久,用戶開始接受這種數(shù)域測(cè)試儀器作為zui終解決數(shù)字電路測(cè)試的手段,不久狀態(tài)分析儀與定時(shí)分析儀合并成邏輯分析儀?! ?/span>
20世紀(jì)80 年代后期,邏輯分析儀變得更加復(fù)雜,當(dāng)然使用起來也就更加困難。例如,引入多電平樹形觸發(fā),以應(yīng)付條件語句如IF、THEN、ELSE等復(fù)雜事件。這類組合觸發(fā)必然更加靈活,同時(shí)對(duì)大多數(shù)用戶來說就不是那樣容易掌握了?! ?/span>
邏輯分析儀的探頭日益顯得重要。需用夾子夾住穿孔式元件上的16根引腳和雙列直插式元件上的只有0.1″間隙的引腳時(shí),就出現(xiàn)探頭問題。今天的邏輯分析儀提供幾百個(gè)工作在200MHz頻率上的通道信號(hào)連接就是個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。適配器、夾子和輔助爪鉤等多種多樣,但是的辦法的是設(shè)計(jì)一種廉價(jià)的測(cè)試夾具,邏輯分析儀直接連接到夾具上,形成可靠和緊湊的接觸?! ?/span>
 
今天的發(fā)展趨勢(shì)   
邏輯分析儀的基本取向近年來在計(jì)算機(jī)與儀器的不斷融合中找到了解決的辦法。Tektronix公司TLA600系列邏輯分析儀著重解決導(dǎo)向和發(fā)展能力,亦即儀器如何動(dòng)作和如何構(gòu)建有特色的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向采用微軟的Windows接口,它非常容易驅(qū)動(dòng)。改進(jìn)信號(hào)發(fā)現(xiàn)能力必然涉及到儀器結(jié)構(gòu)的變動(dòng)。在所有要處理的數(shù)據(jù)中著重處理與時(shí)間有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù),不同類型的信息采用多窗口顯示。例如,對(duì)于微處理器來說,能同時(shí)觀察定時(shí)和狀態(tài)以及反匯編源碼,而且各窗口上的光標(biāo)彼此跟蹤相連。  
關(guān)于觸發(fā),總是傳統(tǒng)邏輯分析儀中的難題。TLA600系列邏輯分析儀為用戶提供觸發(fā)庫,使復(fù)雜觸發(fā)事件的設(shè)置簡單化,保證你精力集中解決測(cè)試問題上,而不必花時(shí)間去調(diào)整邏輯分析儀的觸發(fā)設(shè)置。該庫中包含有許多易于掌握的觸發(fā)設(shè)置,可以作為通常需要修改的觸發(fā)起始點(diǎn)。需要特殊的觸發(fā)能力只是問題的一部分。除了由錯(cuò)誤事件直接觸發(fā)外,用戶還希望從過去的時(shí)段去觀察信號(hào),找出造成錯(cuò)誤的根源和它前后的關(guān)系。精細(xì)的觸發(fā)和深存儲(chǔ)器可提高超前觸發(fā)能力?! ?/span>
PC機(jī)平臺(tái)上使用Windows,除了為廣大用戶提供了許多熟知的好處之外,只要給定正確的軟件和相關(guān)工具,即可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,從目標(biāo)文件格式中提取源碼和符號(hào),支持微軟公司的CMO/DCOM標(biāo)準(zhǔn),而且處理器可運(yùn)行各種控制操作。
 
二、邏輯分析儀的選擇
如果數(shù)字電路出現(xiàn)故障,我們一般優(yōu)先就考慮使用邏輯分析儀來檢查數(shù)字電路的完整性,不難發(fā)現(xiàn)存在的故障;但是在其他情況下你是否考慮到使用邏輯分析儀呢?譬如說:*點(diǎn)如何觀察測(cè)試系統(tǒng)在執(zhí)行我們事先編制好的程序時(shí),是不是真正地在按照我們?cè)O(shè)計(jì)好的程序來執(zhí)行呢?如果我們向系統(tǒng)寫入的是(MOV A,B)而系統(tǒng)則是執(zhí)行的(ADD A,B),那會(huì)造成什么樣的后果?第二點(diǎn):怎么樣真正地監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的實(shí)際工作狀態(tài),而不是用DEBUG等方式進(jìn)行設(shè)置斷點(diǎn)后,查看預(yù)先設(shè)定的某些變量或內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是我們預(yù)先想得到的值。在這里我們有第三、第四等等很多問題有待解決。  
通常我們將數(shù)字系統(tǒng)分成硬件部分和軟件部分,在研發(fā)設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí),我們有很多事情要做,譬如硬件電路的初步設(shè)計(jì)、軟件的方案制定和初步編制、硬件電路的調(diào)試、軟件的調(diào)試、以及zui終的系統(tǒng)的定型等等工作,在這些工作中幾乎每一步工作都要邏輯分析儀的幫助,但是鑒于每個(gè)單位的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和人員狀況不同,并且在很多系統(tǒng)的使用中都不是要把以上的每個(gè)部分都進(jìn)行一遍,這樣我們就把邏輯分析儀的使用分成以下幾個(gè)層次:   
*個(gè)層次:只要查看硬件系統(tǒng)的一些常見的故障,例如時(shí)鐘信號(hào)和其他信號(hào)的波形、信號(hào)中是否存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的毛刺信號(hào)等故障;  
第二個(gè)層次:要對(duì)硬件系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的時(shí)序進(jìn)行很好的分析,以便地利用系統(tǒng)資源,消除由定時(shí)分析能夠分析出的一些故障;  
第三個(gè)層次:要對(duì)硬件對(duì)軟件的執(zhí)行情況的分析,以確保寫入的程序被硬件系統(tǒng)完整地執(zhí)行;   
第四個(gè)層次:需要實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)軟件的執(zhí)行情況,對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)試。   
第五個(gè)層次:需要進(jìn)行現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)性的解剖分析,達(dá)到我們對(duì)現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)全面透徹地了解和掌握的功能?! ?/div>
對(duì)以上的幾個(gè)層次的要求,我們可以看出,他們并不都需要很的邏輯分析儀,對(duì)于*層次的使用者,他們甚至用一臺(tái)功能比較好的示波器就可以解決問題,針對(duì)以上的幾個(gè)使用層次,在選擇儀器時(shí)可以選用相應(yīng)的儀器。實(shí)際上邏輯分析儀也有幾個(gè)層次,他們有:  
1、 普通2~4通道的數(shù)字存儲(chǔ)器,例如TDS3000系列(加上TDS3TRG觸發(fā)模塊),利用它的一些觸發(fā)功能(例如脈沖寬度觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、各個(gè)通道之間的一定的與、或、與或、異或關(guān)系的觸發(fā))就可以找到我們希望看到的信號(hào),發(fā)現(xiàn)并排除一些故障,況且示波器的功能還可以作為其他使用,在這里我們只不過用了一臺(tái)示波器的附加功能,可以說這種方式是zui節(jié)省的方式。  
2、當(dāng)示波器的通道數(shù)不夠時(shí),也可以選用一些帶有簡單的定時(shí)分析功能的多通道定時(shí)分析儀器,如早期的邏輯分析儀和現(xiàn)在市面上還有的混合信號(hào)示波器,如Agilent的546××D示波器。  
3、一些功能比較簡單,速度不是特別快的的計(jì)算機(jī)插卡式,基于Windows、絕大部分功能都由軟件來完成的虛擬儀器,這類產(chǎn)品在國內(nèi)的很多廠家都有生產(chǎn)。   
4、采樣速率、觸發(fā)功能、分析功能都很強(qiáng)大的不可擴(kuò)展的固定式整機(jī)。例TLA600系列。   
5、功能更強(qiáng)擴(kuò)展性更好的模塊化插卡式整機(jī);對(duì)不同的用戶,可以針對(duì)需要,選擇不同檔次的儀器。
 
邏輯分析儀的一些技術(shù)指標(biāo)
1、邏輯分析儀的通道數(shù)
  在需要邏輯分析儀的地方,要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面地分析,就應(yīng)當(dāng)把所有應(yīng)當(dāng)觀測(cè)的信號(hào)全部引入邏輯分析儀當(dāng)中,這樣邏輯分析儀的通道數(shù)至少應(yīng)當(dāng)是:被測(cè)系統(tǒng)的字長(數(shù)字總線數(shù))+被測(cè)系統(tǒng)的控制總線數(shù)+時(shí)鐘線數(shù)。這樣對(duì)于一個(gè)16位機(jī)系統(tǒng),就至少需要68個(gè)通道?,F(xiàn)在幾個(gè)廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)多達(dá)340通道以上。例Tektronix等。
2、定時(shí)采樣速率
在定時(shí)采樣分析時(shí),要有足夠的 定時(shí)分辨率,就應(yīng)當(dāng)足夠高的定時(shí)分析采樣速率,我們應(yīng)當(dāng)知道,并不是只有高速系統(tǒng)才需要高的采樣速率(見下表)現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的采樣速率高達(dá)2Gs/S,在這個(gè)速率下,我們可以看到0.5ps時(shí)間上的細(xì)節(jié)。   
以下是一些很常見的芯片的工作頻率和建立/保持時(shí)間的列表,我們可以看出,即使它們的工作頻率很低,但在時(shí)間分析(Timing)中要求的分辨率也很高。
3、狀態(tài)分析速率
  在狀態(tài)分析時(shí),邏輯分析儀采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘就用被測(cè)試對(duì)象的工作時(shí)鐘(邏輯分析儀的外部時(shí)鐘)這個(gè)時(shí)鐘的zui高速率就是邏輯分析儀的高狀態(tài)分析速率。也就是說,該邏輯分析儀可以分析的系統(tǒng)zui快的工作頻率。現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時(shí)分析速率在100MHz,zui高可高達(dá)300MHz甚至更高。
4、邏輯分析儀的每通道的內(nèi)存長度
  邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲(chǔ)它所采樣的數(shù)據(jù),以用于對(duì)比、分析、轉(zhuǎn)換(譬如將其所捕捉到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成非二進(jìn)制信號(hào)【匯編語言、C語言 、C++ 等】,等在選擇內(nèi)存長度時(shí)的基準(zhǔn)是“大于我們即將觀測(cè)的系統(tǒng)可以進(jìn)行zui大分割后的zui大塊的長度。
5、邏輯分析儀的探頭
邏輯分析儀通過探頭與被測(cè)器件連接,探頭起著信號(hào)接口的作用,在保持信號(hào)完整性中占有重要位置。邏輯分析儀與數(shù)字示波器不同,雖然相對(duì)上下限值的幅度變化并不重要,但幅度失真一定會(huì)轉(zhuǎn)換成定時(shí)誤差。邏輯分析儀具有幾十至幾百通道的探頭其頻率響應(yīng)從幾十至幾百MHz,保證各路探頭的相對(duì)延時(shí)zui小和保持幅度的失真較低。這是表征邏輯分析儀探頭性能的關(guān)鍵參數(shù)。Agilent公司的無源探頭和Tektronix公司的有源探頭代表性,屬于邏輯分析儀的探頭?! ?/span>
邏輯分析儀的強(qiáng)項(xiàng)在于能洞察許多信道中信號(hào)的定時(shí)關(guān)系??上У氖牵绻鱾€(gè)通道之間略有差別便會(huì)產(chǎn)生通道的定時(shí)偏差,在某些型號(hào)的邏輯分析儀里,這種偏差能減小到zui小,但是仍有殘留值存在。通用邏輯分析儀,如Tektronix公司的TLA600型或Agilent公司的HP16800型,在所有通道中的時(shí)間偏差約為1ns。因而探頭非常重要,詳見本站“測(cè)試附件及連接探頭”。   
a)探頭的阻性負(fù)載,也就是探頭的接入系統(tǒng)中以后對(duì)系統(tǒng)電流的分流作用的大小,在數(shù)字系統(tǒng)中,系統(tǒng)的電流負(fù)載能力一般在幾個(gè)KΩ以上,分流效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響一般可以忽略,現(xiàn)在流行的幾種長邏輯分析儀探頭的阻抗一般在20~200KΩ之間。   
b)探頭的容性負(fù)載:容性負(fù)載就是探頭接入系統(tǒng)時(shí),探頭的等效電容,這個(gè)值一般在1~30PF之間,在現(xiàn)在的高速系統(tǒng)中,容性負(fù)載對(duì)電路的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻性負(fù)載,如果這個(gè)值太大,將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)中的信號(hào)“沿”的形狀改變整個(gè)電路的性質(zhì),改變邏輯分析儀對(duì)系統(tǒng)觀測(cè)的實(shí)時(shí)性,導(dǎo)致我們看到的并不是系統(tǒng)原有的特性。  
c)探頭的易用性:是指探頭接入系統(tǒng)時(shí)的難易程度,隨著芯片封裝的密度越來越高,出現(xiàn)了BGA、QFP、TQFP、PLCC、SOP等各種各樣的封裝形式,IC的腳間距zui小的已達(dá)到0.3mm以下,要很好的將信號(hào)引出,特別是BGA封裝,確實(shí)有困難,并且分立器件的尺寸也越來越小,典型的已達(dá)到0.5mm×0.8mm。   
d) 與現(xiàn)有電路板上的調(diào)試部分的兼容性。  
6、系統(tǒng)的開放性:隨著數(shù)據(jù)共享的呼聲越來越高,我們所使用的系統(tǒng)的開放性就越來越重要,現(xiàn)在的邏輯分析儀的操作系統(tǒng)也由過去的系統(tǒng)發(fā)展到使用Windows介面,這樣我們?cè)谑褂脮r(shí)很方便。   
 
小結(jié)   
如果在你的工作中有數(shù)字邏輯信號(hào),你就有機(jī)會(huì)使用邏輯分析儀。因此應(yīng)選好一種邏輯分析儀,既符合所用的功能,又不太超越所需的功能。用戶多半會(huì)找一種容易操作的儀器,它在功能控制上操作步驟較少,菜單種類也不多,而且不太復(fù)雜?! ?/div>
從另一方面說,如果需要用zui快速度的和zui大型的分析能力很強(qiáng)的邏輯分析儀,已有現(xiàn)成的解決方案。這種新穎儀器幾乎不會(huì)出現(xiàn)通道對(duì)通道的延時(shí)以及探頭的負(fù)載影響。如果你稍有疏漏,則可能要花費(fèi)幾萬美元的學(xué)費(fèi)才能取得經(jīng)驗(yàn)?! ?/div>
確實(shí)能捕獲到信號(hào)才是*重要的事。當(dāng)你知道正在捕獲的 數(shù)據(jù)是有用的數(shù)據(jù)時(shí)就靠邏輯分析儀能力的發(fā)揮了。
 
何時(shí)需要使用邏輯分析儀
邏輯分析儀是數(shù)字設(shè)計(jì)驗(yàn)證與調(diào)試過程中*zui出色的工具,它能夠檢驗(yàn)數(shù)字電路是否正常工作,并幫助用戶查找并排除故障。它每次可捕獲并顯示多個(gè)信號(hào),分析這些信號(hào)的時(shí)間關(guān)系和邏輯關(guān)系;對(duì)于調(diào)試難以捕獲的、間斷性故障,某些邏輯分析儀可以檢測(cè)低頻瞬態(tài)干擾,以及是否違反建立、保持時(shí)間。在軟硬件系統(tǒng)集成中,邏輯分析儀可以跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況,并分析程序執(zhí)行的效率,便于系統(tǒng)zui后的優(yōu)化。另外,某些邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計(jì)中的特定硬件活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)。邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計(jì)中的特定硬件活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)?! ?/div>
當(dāng)您需要完成下列工作時(shí),請(qǐng)使用邏輯分析儀:   
·調(diào)試并檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行;   
·同時(shí)跟蹤并使多個(gè)數(shù)字信號(hào)相關(guān)聯(lián);   
·檢驗(yàn)并分析總線中違反時(shí)限的操作以及瞬變狀態(tài);   
·跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況。

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