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邏輯分析儀技術(shù)探討
日期：2012-07-19瀏覽：4209次
邏輯分析儀技術(shù)探討
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(guò)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L(zhǎng)ow，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(guò)1.5V者為High（邏輯1），低于1.5V者為L(zhǎng)ow（邏輯0），而后的邏輯1和0可連接成一個(gè)簡(jiǎn)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(kāi)。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(wàn)到數(shù)十萬(wàn)人民幣不等，一般用戶很少用得起。zui近中國(guó)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(guò)3萬(wàn)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(wèn)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(lái)。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(guò)采集的信號(hào)，并通過(guò)圖形化的方式展示給開(kāi)發(fā)人員，開(kāi)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(kāi)發(fā)人員帶來(lái)不少的方便，但是人工將一串串信號(hào)分析出來(lái)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(lái)。目前大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員通過(guò)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(kāi)發(fā)進(jìn)度，為高速度、高質(zhì)量完成工程提供保障。
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的開(kāi)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(wú)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。
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）。
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(wú)關(guān)數(shù)據(jù)。
具有多種顯示方式，可用字符、助記符、匯變語(yǔ)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。
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(jiǎn)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(lái)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(méi)有時(shí)鐘發(fā)生器，用被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)控制記錄，與被測(cè)系統(tǒng)同步工作，主要用來(lái)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(lái)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(guò)程就是數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、觸發(fā)、顯示的過(guò)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(kāi)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(wèn)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(lái)，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(xiě)入存儲(chǔ)器后，可以根據(jù)需要通過(guò)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(guò)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(guò)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?jī)?nèi)容以點(diǎn)圖形式一次顯示出來(lái)。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(zhǎng)時(shí)間沒(méi)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(wèn)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(zhǎng)（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(lái)分析zui常見(jiàn)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(shuō)，該邏輯分析儀可以分析的系統(tǒng)zui快的工作頻率?，F(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時(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(zhǎng)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(guò)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(guò)觀察該波形數(shù)據(jù)來(lái)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?！ ?/div>
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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(guò)抓取運(yùn)行過(guò)程中大量的數(shù)據(jù)，然后在這些數(shù)據(jù)中通過(guò)其他方法來(lái)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(guò)觸發(fā)的方式在特定波形數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)開(kāi)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(lái)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。
數(shù)字系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)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(lái)，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(guò)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(kāi)始，則存儲(chǔ)器在觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)開(kāi)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。現(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(wú)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(guò)程，都無(wú)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(zhǎng)、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
自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(wú)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(kāi)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。
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(lái)也就更加困難。例如，引入多電平樹(shù)形觸發(fā)，以應(yīng)付條件語(yǔ)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(lái)說(shuō)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(wèn)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(wèn)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(lái)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(lái)說(shuō)，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?！ ?/span>
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(kù)，使復(fù)雜觸發(fā)事件的設(shè)置簡(jiǎn)單化，保證你精力集中解決測(cè)試問(wèn)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(kù)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(wèn)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(guò)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。
在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(guò)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(lái)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(shuō)：*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(lái)執(zhí)行呢？如果我們向系統(tǒng)寫(xiě)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(wèn)題有待解決?！ ?/span>
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(jiàn)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(xiě)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(wèn)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(guò)用了一臺(tái)示波器的附加功能，可以說(shuō)這種方式是zui節(jié)省的方式?！ ?/span>
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(jiǎn)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?！ ?/span>
3、一些功能比較簡(jiǎn)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(lái)完成的虛擬儀器，這類產(chǎn)品在國(guó)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(zhǎng)（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(jiàn)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(jiàn)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(shuō)，該邏輯分析儀可以分析的系統(tǒng)zui快的工作頻率?，F(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時(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(zhǎng)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(yǔ)言、C語(yǔ)言 、C++ 等】，等在選擇內(nèi)存長(zhǎng)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(zhǎng)度。
5、邏輯分析儀的探頭
邏輯分析儀通過(guò)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(wú)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。可惜的是，如果各個(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(jiàn)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(zhǎng)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?！ ?/span>
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(lái)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(lái)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?！ ?/div>
6、系統(tǒng)的開(kāi)放性：隨著數(shù)據(jù)共享的呼聲越來(lái)越高，我們所使用的系統(tǒng)的開(kāi)放性就越來(lái)越重要，現(xiàn)在的邏輯分析儀的操作系統(tǒng)也由過(guò)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(shuō)，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(wàn)美元的學(xué)費(fèi)才能取得經(jīng)驗(yàn)。
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(guò)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)。
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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