邏輯分析儀

邏輯分析儀

波形測試設備
邏輯分析儀是一種類似于示波器的波形測試設備,它可以監測硬件電路工作時的邏輯電平(高或低),并加以存儲,用圖形的方式直觀地表達出來,便于用戶檢測,分析電路設計(硬件設計和軟件設計)中的錯誤,邏輯分析儀是設計中不可缺少的設備,通過它,可以迅速地定位錯誤,解決問題,達到事半功倍的效果。邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數字信号的儀器,最主要作用在于時序判定。[1]
    中文名:邏輯分析儀 外文名:logic analyzer 所屬品牌:

技術指标

1、邏輯分析儀的通道數

在需要邏輯分析儀的地方,要對一個系統進行全面地分析,就應當把所有應當觀測的信号全部引入邏輯分析儀當中,這樣邏輯分析儀的通道數至少應當是:被測系統的字長(數據總線數)+被測系統的控制總線數+時鐘線數。這樣對于一個8位機系統,就至少需要34個通道。主流産品的通道數也高達340通道,

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,就應當有足夠高的定時分析采樣速率,但是并不是隻有高速系統才需要高的采樣速率,現在的主流産品的采樣速率高達2GS/s,在這個速率下,我們可以看到0.5ps時間上的細節。

3、狀态分析速率

在狀态分析時,邏輯分析儀采樣基準時鐘就用被測試對象的工作時鐘(邏輯分析儀的外部時鐘)這個時鐘的最高速率就是邏輯分析儀的高狀态分析速率。也就是說,該邏輯分析儀可以分析的系統最快的工作頻率。現在的主流産品的定時分析速率在300MHz,最高可高達500MHz甚至更高。

4、邏輯分析儀的每通道的記錄長度

邏輯分析儀的内存是用于存儲它所采樣的數據,以用于對比、分析、轉換(譬如将其所捕捉到的信号轉換成非二進制信号)。

5、邏輯分析儀的測試夾具

邏輯分析儀通過探頭與被測器件連接,測試夾具起着很重要的作用,測試夾具有很多種,如飛行頭和蒼蠅頭等。

工作原理

邏輯分析儀的基本工作原理,是通過它的多路先入先出随機存儲器(亦即移位寄存器),在設定的條件下快速寫入被測信息,再以慢速讀出,經有控處理後在顯示器上顯示被測脈沖邏輯定時關系(圖1)。邏輯分析儀的核心是多路先入先出随機存儲器,由各輸入通道0~N輸入被測數據脈沖序列,并行地依次按原有時序存入随機存儲器中。存滿後,後繼數據把最先存入的數據頂出(使之消失)并繼續銜尾存入。

這樣,在被測數據流中,存儲器始終保存着最新的一段數據流。在規定的指令觸發下,存儲器停止存入,并将所存内容通過顯示發生器和各種控制電路嘳顯示于顯示器嘵上。中介存儲器的并行路數(即位數)稱為數據寬度;每路所能存儲的數據序列長度稱為數據深度。這兩項是邏輯分析儀的主要技術指标。

存儲器嘮前面的輸入通道數0~N是由它的并行路數決定的。比較器嘜的作用是将外部輸入被測信号同邏輯分析儀内部設定的門限電平嘸進行比較。當大于門限電平時輸出高電平H;反之則輸出低電平L,形成十分方正的波形,因為它與真正的輸入波形不同,稱為僞波形經比較器嘜比較整形後的信号,送至采樣電路,在時鐘脈沖噁的控制下進行采樣。采樣有兩種方式:

①利用時鐘脈沖的前沿和後沿進行采樣的稱為采樣方式;

②利用時鐘脈沖産生窄脈沖,并一直保持到下一個時鐘脈沖,用這種新生成的脈沖進行采樣的稱為鎖存方式。

特點

邏輯分析儀的作用是利用便于觀察的形式顯示出數字系統的運行情況,對數字系統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方式,确保對被觀察的數據流準确定位(對軟件而言可以跟蹤系統運行中的任意程序段,對硬件而言可以檢測并顯示系統中存在的毛刺幹擾)。

具有記憶功能,可以觀測單次及非周期性數據信息,并可診斷随機性故障。

具有延遲能力,用以分析故障産生的原因。

具有限定功能,實現對欲獲取的數據進行挑選,并删除無關數據。

具有多種顯示方式,可用字符、助記符、彙變語言顯示程序,用二進制、八進制、十進制、十六進制等顯示數據,用定時圖顯示信息之間的時序關系。

具有驅動時域儀器的能力,以便複顯待測信号的真實波形及有利于故障定位。

具有可靠的毛刺檢測能力。邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數字信号的儀器,最主要作用在于時序判定高效率的數據域測試通用儀器,又稱數據域示波器,用于數字系統邏輯電路的分析和檢修。邏輯分析儀可以擁有從16個通道、32個通道、64個通道和上百個通道數不等,因此邏輯分析儀具備同時進行多通道測試的優勢。

分類

邏輯分析儀分為兩大類:邏輯狀态分析儀(LogicStateAnalyzer,簡稱LSA)和邏輯定時分析儀(LogicTimingAnalyzer)。這兩類分析儀的基本結構是相似的,主要區别表現在顯示方式和定時方式上。邏輯狀态分析儀用字符0、1或助記符顯示被檢測的邏輯狀态,顯示直觀,可以從大量數碼中迅速發現錯碼,便于進行功能分析。邏輯狀态分析儀用來對系統進行實時狀态分析,檢查在系統時鐘作用下總線上的信息狀态。它的内部沒有時鐘發生器,用被測系統時鐘來控制記錄,與被測系統同步工作,主要用來分析數字析統的軟件,是跟蹤、調試程序、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時鐘之間的數字信号的傳輸情況和時間關系,它的内部裝有時鐘發生器。在内時鐘控制下記錄數據,與被測系統異步工作,主要用于數字設備硬件的分析、調試和維修。

顯示方式

邏輯分析儀有多種顯示方式。

①定點顯示方式:邏輯分析儀對被測信息采用比較、采樣和存儲等電路進行整形,顯示十分方正的脈沖波形。采用這種顯示方式的邏輯分析儀,稱為定時關系分析儀。它可以并排顯示多路僞波形圖,從而方便地檢查各路之間的相對定時關系。

②狀态顯示方式:通過圖1嘳的電路,将每一個時鐘周期内以定點方式顯示的低電平L顯示成數字0,高電平H顯示成數字1(二進制顯示)。這種顯示方式适于觀測軟件程序邏輯的執行情況。、b中還表示了兩種顯示方式相應的時間關系。采用狀态顯示方式的邏輯分析儀,稱為邏輯狀态分析儀。

③映像顯示方式:存入存儲器中的全部二進制信息在顯示器上均有相應的坐标位置,均用光點及其流向(光尾指向)來表示。這種顯示方式的特點是:在顯示器上可一次顯示存儲器中的全部信息,在需要觀測軟件程序全貌時,或要大概分析全部程序執行情況時最為方便。

④數據比較顯示方式:較新型的邏輯分析儀設置有參考存儲器,可以先測一個正常電路,把它的邏輯狀态存入參考存儲器中,然後再測一個可能有故障的電路,把它的邏輯狀态序列與參考序列并排顯示在顯示器的左右兩半邊進行比對,或隻顯示有誤之處。

⑤自動比對清單顯示方式:新型邏輯分析儀采用微處理器和總線結構,這樣,就可以自動比對、自動觸發、自動顯示并自動地在出錯狀态加亮位。各種觸發限定條件、觸發時間、顯示方式等信息,也可用文字列表以清單形式顯示。為了方便用戶還可設計成自動譯碼,譯成8、10、16進制顯示,甚至以各種計算機機器語言或計算機語言進行顯示。這種新型自動比對清單顯示方式的邏輯分析儀稱為智能邏輯分析儀。

功能

1、定時分析

定時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,然後使用用戶定義的電壓阈值,确定信号的高低電平。定時分析隻能确定波形是高還是低,不存在中間電平。所以定時分析就像一台隻有1位垂直分辨率的數字示波器。

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号的上升時間,那你就用錯了儀器。如果你要檢驗幾條線上的信号的定時關系,定時分析就是合理的選擇。如果定時分析前一次采樣的信号是一種狀态,這一次采樣的信号是另一種狀态,那麼它就知道在兩次采樣之間的某個時刻輸入信号發生了跳變,但是,定時分析卻不知道精确的時刻。最壞的情況下,不确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據,跳變定時能有效地利用存儲器。使用跳變定時,定時分析隻保存信号跳變後采集的樣本,以及與上次跳變的時間。

3、毛刺捕獲

數字系統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能力,可以很容易的跟蹤難以預料的毛刺。定時分析可以對輸入數據進行有效地采樣,跟蹤采樣間産生的任何跳變,從而容易識别毛刺。在定時分析中,毛刺的定義是:采樣間穿越邏輯阈值多次的任何跳變。顯示毛刺是一種很有用的功能,有助于對毛刺觸發和顯示毛刺産生前的數據,從而幫助我們确定毛刺産生的原因。

4、狀态分析

邏輯電路的狀态是:數據有效時,對總線或信号線采樣的樣本。定時分析與狀态分析的主要區别是:定時分析由内部時鐘控制采樣,采樣與被測系統是異步的;狀态分析由被測系統時鐘控制采樣,采樣與被測系統是同步的。用定時分析查看事件“什麼時候”發生,用狀态分析檢查發生了“什麼”事件。定時分析通常用波形顯示數據,狀态分析通常用列表顯示數據。

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