邏輯分析儀
邏輯分析儀是利用時鐘從測試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器,zui主要作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級,通常只顯示兩個電壓(邏輯1和0),因此設(shè)定了參考電壓后,將被測信號通過比較器進行判定,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。例如:一個待測信號使用200MHz采樣率的,當參考電壓設(shè)定為1.5V時,在測量時就會平均每5ns采取一個點,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可連接成一個簡單波形,工程師便可在此連續(xù)波形中找出異常錯誤(bug)之處。整體而言,測量被測信號時,并不會顯示出電壓值,只是High跟Low的差別;如果要測量電壓就一定需要使用示波器。除了電壓值的顯示不同外,與示波器的另一個差別在于通道數(shù)量。一般的示波器只有2個通道或4個通道,而可以擁有從16個通道、32個通道、64個通道和上百個通道數(shù)不等,因此具備同時進行多通道測試的優(yōu)勢。
根據(jù)硬件設(shè)備設(shè)計上的差異,目前市面上大致上可分為獨立式(或單機型)和需結(jié)合電腦的PC-based卡式虛擬。獨立式是將所有的測試軟件、運算管理元件以及整合在一臺儀器之中;卡式虛擬則需要搭配電腦一起使用,顯示屏也與主機分開。就整體規(guī)格而言,獨立式已發(fā)展到相當高標準的產(chǎn)品,例如采樣率可達8GHz、通道數(shù)可擴充到300個通道以上,存儲深度相對也高,獨立式以往價格昂貴,從幾萬到數(shù)十萬人民幣不等,一般用戶很少用得起。zui近中國臺灣OItek科技有限公司推出的OLA2032BTM獨立臺式EasyDebugTM,不超過2萬元人民幣經(jīng)濟性價格讓每個工程師都用得起。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進而產(chǎn)生的不直觀、麻煩等問題,在同一個價格上,我們可以把臺式獨立很輕松地拎起來?;谟嬎銠C接口的卡式虛擬,以較小的成本提供了相應(yīng)的性能,但是卡式虛擬也有很大缺點,它需要配備電腦才能使用,尤其數(shù)字測試中,工程師往往會陷入一堆PCB板中,采用旋轉(zhuǎn)按鈕的儀器要比在屏幕上移動鼠標更加方便。技術(shù)的發(fā)展也逐漸把示波器和的功能融合在一起,成為混合式的儀器(MSO),也稱混合信號測試儀器。
[編輯本段]的主要特點
的作用是利用便于觀察的形式顯示出數(shù)字系統(tǒng)的運行情況,對數(shù)字系統(tǒng)進行分析和故障判斷。其主要特點如下:
有足夠多的輸入通道
具有多種靈活的觸發(fā)方式,確保對被觀察的數(shù)據(jù)流準確定位(對軟件而言可以跟蹤系統(tǒng)運行中的任意程序段,對硬件而言可以檢測并顯示系統(tǒng)中存在的毛刺干擾)。
具有記憶功能,可以觀測單次及非周期性數(shù)據(jù)信息,并可診斷隨機性故障。
具有延遲能力,用以分析故障產(chǎn)生的原因。
具有限定功能,實現(xiàn)對欲獲取的數(shù)據(jù)進行挑選,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,用二進制、八進制、十進制、十六進制等顯示數(shù)據(jù),用定時圖顯示信息之間的時序關(guān)系。
具有驅(qū)動時域儀器的能力,以便復(fù)顯待測信號的真實波形及有利于故障定位。
具有可靠的毛刺檢測能力。
[編輯本段]分類
分為兩大類:邏輯狀態(tài)分析儀(Logic State Analyzer,簡稱LSA)和邏輯定時分析儀(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)錯碼,便于進行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對系統(tǒng)進行實時狀態(tài)分析,檢查在系統(tǒng)時鐘作用下總線上的信息狀態(tài)。它的內(nèi)部沒有時鐘發(fā)生器,用被測系統(tǒng)時鐘來控制記錄,與被測系統(tǒng)同步工作,主要用來分析數(shù)字析統(tǒng)的軟件,是跟蹤、調(diào)試程序、分析軟件故障的有力工具。
邏輯定時分析儀用來考察兩個系統(tǒng)時鐘之間的數(shù)字信號的傳輸情況和時間關(guān)系,它的內(nèi)部裝有時鐘發(fā)生器。在內(nèi)時鐘控制下記錄數(shù)據(jù),與被測系統(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。
[編輯本段]的工作原理
的工作過程就是數(shù)據(jù)采集、存儲、觸發(fā)、顯示的過程,由于它采用數(shù)字存儲技術(shù),可將數(shù)據(jù)采集工作和顯示工作分開進行,也可同時進行,必要時,對存儲的數(shù)據(jù)可以反復(fù)進行顯示,以利于對問題的分析和研究。
將被測系統(tǒng)接入,使用的探頭(的探頭是將若干個探極集中起來,其觸針細小,以便于探測高密度集成電路)監(jiān)測被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流,形成并行數(shù)據(jù)送至比較器,數(shù)入信號在比較器中與外部設(shè)定的門限電平進行比較,大于門限電平值的信號在相應(yīng)的線上輸出高電平,反之輸出低電平時對輸入波形進行整形。經(jīng)比較整形后的信號送至采樣器,在時鐘脈沖控制下進行采樣。被采樣的信號按順序存儲在存儲器中。采樣信息以“*先出”的原則組織在存儲器中,得到顯示命令后,按照先后順序逐一讀出信息,按設(shè)定的顯示方式進行被測量的顯示。
[編輯本段]的顯示形式
將被測數(shù)據(jù)信號用數(shù)字形式寫入存儲器后,可以根據(jù)需要通過控制電路將內(nèi)存中的全部或部分數(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、定時顯示
定時顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲器中的內(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)值如二進制、八進制、十進制、十六進制的形式將存儲器中內(nèi)容顯示在屏幕上。
3、圖解顯示
圖解顯示是將屏幕的X方向作為時間軸,將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進行顯示的一種方式。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器中取出的數(shù)字量的先后順序顯示在屏幕上形成一個圖像的點陣。
4、映像顯示
映像顯示是將存儲器中的全部內(nèi)容以點圖形式一次顯示出來。它將每個存儲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,則每個存儲器字點亮屏幕上的一個點。
[編輯本段]的功能
如前所述,絕大多數(shù)是兩種儀器的合成,*部分是定時分析儀,第二部分是狀態(tài)分析儀。
1. 定時分析
定時分析是中類似示波器的部分,它與示波器顯示信息的方式相同,水平軸代表時間,垂直軸代表電壓幅度。定時分析首先對輸入波形的采樣,然后使用用戶定義的電壓閾值,確定信號的高低電平。定時分析只能確定波形是高還是低,不存在中間電平。所以定時分析就像一臺只有 1 位垂直分辨率的數(shù)字示波器。但是,定時分析并不能用于測試參量,如果你用定時分析測量信號的上升時間,那你就用錯了儀器。如果你要檢驗幾條線上的信號的定時關(guān)系,定時分析就是合理的選擇。如果定時分析前一次采樣的信號是一種狀態(tài),這一次采樣的信號是另一種狀態(tài),那么它就知道在兩次采樣之間的某個時刻輸入信號發(fā)生了跳變,但是,定時分析卻不知道的時刻。zui壞的情況下,不確定度是一個采樣周期。
2. 跳變定時
如果我們要對一個長時間沒有變化的采樣并保存數(shù)據(jù),跳變定時能有效地利用存儲器。使用跳變定時,定時分析只保存信號跳變后采集的樣本,以及與上次跳變的時間。
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。定時分析可以對輸入數(shù)據(jù)進行有效地采樣,跟蹤采樣間產(chǎn)生的任何跳變,從而容易識別毛刺。在定時分析中,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,對總線或信號線采樣的樣本。定時分析與狀態(tài)分析的主要區(qū)別是:定時分析由內(nèi)部時鐘控制采樣,采樣與被測系統(tǒng)是異步的;狀態(tài)分析由被測系統(tǒng)時鐘控制采樣,采樣與被測系統(tǒng)是同步的。用定時分析查看事件 “ 什么時候 ” 發(fā)生,用狀態(tài)分析檢查發(fā)生了“ 什么 ”事件。定時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)。
[編輯本段]的主要技術(shù)指標
1、的通道數(shù)
在需要的地方,要對一個系統(tǒng)進行全面地分析,就應(yīng)當把所有應(yīng)當觀測的信號全部引入當中,這樣的通道數(shù)至少應(yīng)當是:被測系統(tǒng)的字長(數(shù)據(jù)總線數(shù))+被測系統(tǒng)的控制總線數(shù)+時鐘線數(shù)。這樣對于一個 8 位機系統(tǒng),就至少需要 34 個通道?,F(xiàn)在幾個廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)也高達 340 通道,例 Tektronix 等,市面上主流的產(chǎn)品是 34 通道的,用它來分析zui常見的 8 位系統(tǒng),像北京海洋推出的 OLA 系列就是 34 通道的。
2、定時采樣速率
在定時采樣分析時,要有足夠的定時分辨率,就應(yīng)當有足夠高的定時分析采樣速率,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 2GS/s ,在這個速率下,我們可以看到 0.5ns 時間上的細節(jié)。
3、狀態(tài)分析速率
在狀態(tài)分析時,采樣基準時鐘就用被測試對象的工作時鐘(的外部時鐘)這個時鐘的zui高速率就是的高狀態(tài)分析速率。也就是說,該可以分析的系統(tǒng)zui快的工作頻率?,F(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時分析速率在 300MHz ,zui高可高達 500MHz 甚至更高。
4、的每通道的記錄長度
的內(nèi)存是用于存儲它所采樣的數(shù)據(jù),以用于對比、分析、轉(zhuǎn)換(譬如將其所捕捉到的信號轉(zhuǎn)換成非二進制信號)。
5、的測試夾具
通過探頭與被測器件連接,測試夾具起著很重要的作用,測試夾具有很多種,如飛行頭和蒼蠅頭等。
相關(guān)產(chǎn)品
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