全面認識邏輯分析儀（上）

邏輯分析儀是一種多功能工具，可以幫助工程師進(jìn)行數字硬件調試、設計檢驗和嵌入式軟件調試。然而，許多工程師本應在使用邏輯分析儀時(shí)卻使用了數字未波器，通常原因是他們更熟悉示波器。但是，邏輯分析儀在過(guò)去幾年中已經(jīng)取得了長(cháng)足進(jìn)展，對許多應用來(lái)說(shuō)，它們可以比其它儀器在更短的時(shí)間內找到造成麻煩的根本原因。

數字示波器與邏輯分析儀比較

示波器和邏輯分析儀有許多類(lèi)似之處，當然它們也有許多重大差異。為了更好地了解這兩臺儀器可以怎樣滿(mǎn)足您的特定需求，我們首先要比較一下各自的功能。

數字示波器是基本的通用信號觀(guān)察工具。其高采樣率和高帶寬，使其能夠在某個(gè)時(shí)間跨度內捕獲許多數據點(diǎn)，測量信號跳變(邊沿)、瞬態(tài)事件及小的時(shí)間增量。當然，示波器也能像邏輯分析儀一樣查看相同的數字信號，但其一般用于模擬測量，如上升時(shí)間和下降時(shí)間、峰值幅度及邊沿之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間。

示波器一般有最多4條輸入通道。但在您需要同時(shí)測量5個(gè)數字信號時(shí)，或者處理同時(shí)擁有一條32位數據總線(xiàn)和一條64位地址總線(xiàn)的數字系統時(shí)，該怎么辦呢？這時(shí)，您需要工具擁有多得多的輸入。邏輯分析儀一般有34-136條通道。每條通道輸入一個(gè)數字信號。某些復雜的系統設計要求數千條輸入通道。業(yè)內也為這些任務(wù)提供了相應標度的邏輯分析儀。

與示波器不同，邏輯分析儀不測量模擬細節，而是檢測邏輯門(mén)限電平。邏輯分析儀只查找兩個(gè)邏輯電平。在輸入高于門(mén)限電壓(Vth)時(shí)，我們把電平稱(chēng)為“高”或“1”。相反，我們把低于Vth的電平稱(chēng)為“低”或“0”。在邏輯分析儀對輸入采樣時(shí)，它存儲一個(gè)“1”或一個(gè)“0”，具體視相對于電壓門(mén)限的信號電平而定。

邏輯分析儀的波形定時(shí)顯示與產(chǎn)品技術(shù)資料中找到的或仿真器生成的定時(shí)圖類(lèi)似。所有信號都時(shí)間相關(guān)，因此可以觀(guān)察建立時(shí)間和保持時(shí)間、脈寬、外來(lái)數據或漏掉數據。除高通道數外，邏輯分析儀提供了多種重要功能，支持數字設計檢驗和調試。

• 完善的觸發(fā)功能，可以指定邏輯分析儀采集數據的條件。

• 高密度探頭和適配器，簡(jiǎn)化與被測系統(SUT)的連接。

• 分析功能，把捕獲的數據轉換成處理器指令，并把它與源代碼相關(guān)。

使用邏輯分析儀的方式與使用其它儀器相似，涉及的主要步驟有4個(gè)：連接、設置、采集、分析。

連接SUT

邏輯分析儀采集探頭連接到SUT上。在探頭的內部比較器上，輸入電壓與Vth進(jìn)行對比，做出與信號邏輯狀態(tài)(1或0)有關(guān)的判斷。用戶(hù)設置門(mén)限值，從晶體管與晶體管邏輯(TTL)電平到CMOS、發(fā)射器耦合邏輯(ECL)及用戶(hù)自定義門(mén)限。邏輯分析儀探頭分成多種物理形式。

帶有“飛線(xiàn)束”的通用探頭處理逐點(diǎn)調試。在電路板上要求專(zhuān)用連接器的高密度多通道探頭可以采集高質(zhì)量信號，而對SUT的影響達到最小。此外，對要求更高信號密度或無(wú)連接器探頭連接機制的應用，我們推薦使用無(wú)連接器探頭的高密度壓縮探頭，以便快速可靠地連接SUT。

邏輯分析儀的探頭阻抗(電容、電阻和電感)成為被測電路上整體負載的一部分。所有探頭都表現出負載特點(diǎn)。邏輯分析儀探頭應給SUT引入的負載最小，同時(shí)為邏輯分析儀提供準確的信號。

探頭電容一般會(huì )“滾降”信號跳變邊沿。這種滾降會(huì )降慢邊沿跳變，下降量是圖1中用“t?”表示的時(shí)間量。為什么這一點(diǎn)非常重要呢？較慢的邊沿越過(guò)邏輯門(mén)限的時(shí)間比較遲，在SUT中會(huì )引入定時(shí)誤差。在時(shí)鐘速率提高時(shí)，這個(gè)問(wèn)題會(huì )變得更加嚴重。

1.邏輯分析儀的探頭阻抗會(huì )影響信號上升時(shí)間，可以測量定時(shí)關(guān)系。

[圖示內容：]

Actual risetime: 實(shí)際上升時(shí)間

Observed risetime (with large capacitive loading): 觀(guān)察到的上升時(shí)間(有大的電容負載)

在高速系統中，探頭電容過(guò)高可能會(huì )阻礙SUT工作。應選擇總電容最低的探頭，這一點(diǎn)總是至關(guān)重要。還要指出的是，探頭夾和線(xiàn)束會(huì )提高其連接到的電路上的電容負載。應盡可能使用正確補償的適配器。

設置邏輯分析儀

邏輯分析儀是為從多引腳器件和總線(xiàn)中捕獲數據而設計的。“捕獲速率”一詞指輸入被采樣的頻次。其功能與示波器中的時(shí)基相同。注意在描述邏輯分析儀操作時(shí)，“采樣”、“采集”、“捕獲”這三個(gè)詞經(jīng)?；Q使用。另外，數據采集或時(shí)鐘模式分成兩類(lèi)。

第一類(lèi)是定時(shí)采集，用來(lái)捕獲信號定時(shí)信息。在這種模式下，邏輯分析儀內部的時(shí)鐘用來(lái)對數據采樣。數據采樣速度越快，測量的分辨率越高。目標設備和邏輯分析儀采集的數據之間沒(méi)有固定的定時(shí)關(guān)系。這種采集模式主要用于SUT信號之間定時(shí)關(guān)系占首要位置時(shí)。

第二類(lèi)是狀態(tài)采集，用來(lái)采集SUT的“狀態(tài)”。來(lái)自SUT的信號確定樣點(diǎn)(什么時(shí)候及以什么樣的頻次采集數據)。用來(lái)為采集輸入時(shí)鐘的信號既可以是系統時(shí)鐘，也可以是總線(xiàn)上的控制信號，還可以是導致SUT改變狀態(tài)的信號。在活動(dòng)邊沿上采樣的數據表示邏輯信號穩定時(shí)的SUT條件。在、且只在選擇的信號有效時(shí)，邏輯分析儀才會(huì )采樣。

如果要捕獲鄰近的長(cháng)定時(shí)細節記錄，那么定時(shí)采集及內部(或異步)時(shí)鐘是適當的選擇。您可能想像SUT看到的那樣采集數據。在這種情況下，您應選擇狀態(tài)(同步)采集。在狀態(tài)采集中，SUT的每種連續狀態(tài)都在列表窗口中順序顯示。狀態(tài)采集使用的外部時(shí)鐘信息可以是任何相關(guān)信號。

觸發(fā)是使邏輯分析儀與示波器區分開(kāi)來(lái)的另一種功能。示波器有觸發(fā)，但對二進(jìn)制條件響應的能力相對有限。相比之下，它可以評估各種邏輯(布爾)條件，確定邏輯分析儀分析什么時(shí)候觸發(fā)。觸發(fā)的目的是選擇邏輯分析儀捕獲哪些數據。邏輯分析儀可以追蹤SUT邏輯狀態(tài)，在SUT中發(fā)生用戶(hù)自定義事件時(shí)觸發(fā)。

在討論邏輯分析儀時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是理解“事件”一詞，它有幾層含義。它可以是一條信號線(xiàn)上的簡(jiǎn)單跳變，可以是人為事件或其它事件。如果您正在查找毛刺，那么這就是關(guān)心的“事件”。事件也可以是定義的邏輯條件，源自整個(gè)總線(xiàn)中多個(gè)信號跳變組合。但注意在所有情況下，事件都是信號從一個(gè)周期變到下一個(gè)周期時(shí)出現的某件事情。

采集狀態(tài)數據和定時(shí)數據

在硬件和軟件調試(系統集成)過(guò)程中，最好擁有相關(guān)的狀態(tài)信息和定時(shí)信息。一開(kāi)始時(shí)檢測到的問(wèn)題可能會(huì )表現為總線(xiàn)上無(wú)效的狀態(tài)。這可能是由建立時(shí)間和保持時(shí)間違規之類(lèi)的問(wèn)題引起的。如果邏輯分析儀不能同時(shí)捕獲定時(shí)數據和狀態(tài)數據，那么隔離問(wèn)題會(huì )變得非常困難，耗時(shí)非常長(cháng)。

某些邏輯分析儀要求連接單獨的定時(shí)探頭，以采集定時(shí)信息，使用單獨的采集硬件。這些儀器要求一次把兩種探頭連接到SUT上(圖2)。第一只探頭把SUT連接到定時(shí)模塊上，第二只探頭把相同的測試點(diǎn)連接到狀態(tài)模塊上，這稱(chēng)為“雙重探測”。這種方式會(huì )損害信號的阻抗環(huán)境。一次使用兩只探頭會(huì )使信號負擔過(guò)重，劣化SUT的上升時(shí)間和下降時(shí)間、幅度和噪聲性能。