如何正確的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法滿足8位字節(jié)的觀察。微處理器和存儲(chǔ)器的測試需要不同于時(shí)域和頻域儀器。數(shù)域測試儀器應(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（兩者最初很不相同）之后不久，用戶開始接受這種數(shù)域測試儀器作為最終解決數(shù)字電路測試的手段，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。

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，但是最好的辦法的是設(shè)計(jì)一種廉價(jià)的測試夾具，邏輯分析儀直接連接到夾具上，形成可靠和緊湊的接觸。

今天的發(fā)展趨勢

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，最好能同時(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。

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：第一點(diǎn)如何觀察測試系統(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設(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、以及最終的系統(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：

第一個(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，以便最好地利用系統(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。

對(duì)以上的幾個(gè)層次的要求，我們可以看出，他們并不都需要很高檔的邏輯分析儀，對(duì)于第一層次的使用者，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高級(jí)觸發(fā)模塊），利用它的一些高級(jí)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，可以說這種方式是最節(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：被測系統(tǒng)的字長（數(shù)字總線數(shù)）＋被測系統(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。現(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。

表一：典型的數(shù)字設(shè)備

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)鐘的最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)最快的工作頻率?，F(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時(shí)分析速率在100MHz，最高可高達(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“大于我們即將觀測的系統(tǒng)可以進(jìn)行最大分割后的最大塊的長度。

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M(fèi)Hz，保證各路探頭的相對(duì)延時(shí)最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公司的有源探頭最具代表性，屬于邏輯分析儀的高檔探頭。

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?，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，這種偏差能減小到最小，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HP16600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的腳間距最小的已達(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)也由過去的專用系統(tǒng)發(fā)展到使用Windows介面，這樣我們在使用時(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。

從另一方面說，如果需要用最快速度的和最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)。

確實(shí)能捕獲到信號(hào)才是第一重要的事。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。