數(shù)字示波器和邏輯分析儀的原理及應(yīng)用

　　簡(jiǎn)介

　　當(dāng)前電子產(chǎn)品的復(fù)雜性正隨著數(shù)字電路和串行總線越來(lái)越多而提高，確定最優(yōu)測(cè)試設(shè)備的邊界正變得模糊。工程師正在處理“混合信號(hào)”設(shè)計(jì)，其中包含模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的重要組合。

　　設(shè)計(jì)人員日益希望可以在一臺(tái)儀器中實(shí)現(xiàn)模擬域和數(shù)字域時(shí)間相關(guān)的設(shè)備。傳統(tǒng)上，混合信號(hào)分析使用獨(dú)立式示波器和邏輯分析儀完成，這種解決方案需要兩臺(tái)設(shè)備，因此并不實(shí)用，很難獲得最佳效果。模擬波形和數(shù)字波形相關(guān)的需求導(dǎo)致了混合信號(hào)示波器的研制。

　　示波器、混合信號(hào)示波器和邏輯分析儀之間有許多類似之處和差別。為了更好地了解這些儀器怎樣滿足各自的應(yīng)用需求，我們有必要更詳細(xì)地考察一下其各自的功能。

　　數(shù)字示波器

　　數(shù)字示波器是世界各地電子工程師使用的首選工具。設(shè)計(jì)人員對(duì)其操作方式滿懷信心，并信任其測(cè)量結(jié)果。示波器的高采樣速率和帶寬使其能夠捕獲感興趣信號(hào)的高分辨率視圖。示波器為顯示和測(cè)量各類電信號(hào)的模擬特點(diǎn)提供了理想的解決方案。示波器一般有兩條或四條輸入通道，可以對(duì)少量的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)和串行信號(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)。

　　數(shù)字示波器應(yīng)用

　　數(shù)字示波器應(yīng)用廣泛，包括：測(cè)量信號(hào)幅度和時(shí)序參數(shù)；測(cè)量信號(hào)邊沿和電壓，評(píng)估時(shí)序余量；測(cè)量電流；檢測(cè)瞬態(tài)問(wèn)題，如毛刺、欠幅脈沖、亞穩(wěn)定跳變信號(hào)；檢定信號(hào)完整性。

　　邏輯分析儀

　　邏輯分析儀為檢驗(yàn)和調(diào)試復(fù)雜的數(shù)字電路提供了理想的工具。邏輯分析儀和示波器之間最明顯的差異是通道數(shù)量。邏輯分析儀的通道數(shù)量在34條到幾百條、甚至幾千條之間，而典型示波器只有2～4條通道。

　　一個(gè)更本質(zhì)的差別是邏輯分析儀采集信號(hào)的方式不同于示波器。示波器一般使用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對(duì)信號(hào)采樣，在示波器顯示屏上真實(shí)地復(fù)現(xiàn)信號(hào)及其所有細(xì)微的模擬特點(diǎn)。邏輯分析儀則只是把輸入信號(hào)與用戶自定義門限進(jìn)行比較。如果信號(hào)大于門限，那么把它視為邏輯1；如果信號(hào)低于門限，那么把它視為邏輯0。由于采集方法具有本質(zhì)差別，因此同一個(gè)脈沖會(huì)以不同的方式顯示，如圖3所示。

　　示波器和邏輯分析儀之間的另一個(gè)差別是觸發(fā)。示波器提供了以分離異常模擬特點(diǎn)（毛刺、欠幅脈沖、轉(zhuǎn)換速率等）為重點(diǎn)的基本觸發(fā)模式以及基本數(shù)字條件，如建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)或在兩條或四條輸入通道上定義的一個(gè)邏輯碼型。邏輯分析儀則提供了廣泛的邏輯資源，如各種字比較器、計(jì)數(shù)器和定時(shí)器，用戶可以定義復(fù)雜的多狀態(tài)IF-THEN-ELSE型觸發(fā)，在復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境中分離問(wèn)題。邏輯分析儀還擁有全面的一系列微處理器支持套件。這些套件一般會(huì)提供硬件單元和軟件單元。硬件與前端的微處理器總線建立物理連接，軟件則把采集反匯編成可讀的軟件執(zhí)行。

　　邏輯分析儀的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它能夠在一臺(tái)儀器上監(jiān)測(cè)與時(shí)間相關(guān)多條系統(tǒng)總線。例如，設(shè)計(jì)人員可能想追蹤前端總線的軟件執(zhí)行情況，同時(shí)讀寫存儲(chǔ)器。邏輯分析儀的擴(kuò)展能力使其成為要求廣泛的查看能力、高級(jí)觸發(fā)和軟件分析的復(fù)雜應(yīng)用的理想選擇。

　　邏輯分析儀應(yīng)用

　　邏輯分析儀應(yīng)用的應(yīng)用包括：廣泛的多通道檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)操作；需要高級(jí)多狀態(tài)觸發(fā)，分離問(wèn)題；追蹤軟件執(zhí)行；系統(tǒng)時(shí)序驗(yàn)證；系統(tǒng)余量測(cè)試；高速存儲(chǔ)器應(yīng)用。

　　帶有示波器模塊的邏輯分析儀

　　為提供真正的混合信號(hào)解決方案，業(yè)內(nèi)率先進(jìn)行的嘗試是為邏輯分析儀創(chuàng)建數(shù)字示波器模塊。這些模塊直接插入邏輯分析儀中，提供示波器功能。示波器的采集與邏輯分析儀顯示屏上的數(shù)字通道實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)。

　　但是，這些示波器模塊有自己的局限性。由于它們是邏輯分析儀的一部分，因此其主要是單次采集設(shè)備，而不同于實(shí)時(shí)操作的獨(dú)立式示波器。它們的成本很高，缺少獨(dú)立式示波器的性能，沒(méi)有提供熟悉的示波器用戶界面。最后，由于它們集成到邏輯分析儀中，因此不適合示波器完成日常調(diào)試任務(wù)的一般用途。

　　帶有示波器模塊的邏輯分析儀應(yīng)用

　　應(yīng)用領(lǐng)域包括：模擬和數(shù)字混合設(shè)計(jì)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器；測(cè)量數(shù)字信號(hào)質(zhì)量；模擬事件和數(shù)字事件時(shí)間相關(guān)；系統(tǒng)開機(jī)特點(diǎn)。

　　邏輯分析儀與臺(tái)式示波器一起使用

　　幾乎在每個(gè)工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中都能找到示波器，它們特別適合要求以高分辨率查看信號(hào)模擬特點(diǎn)的應(yīng)用。在要求廣泛觀測(cè)系統(tǒng)總線活動(dòng)的應(yīng)用中，示波器通常未能提供足夠的通道數(shù)量，在這種情況下通常會(huì)使用邏輯分析儀。

　　在需要同時(shí)采集多條數(shù)字通道、獲得高分辨率模擬信號(hào)時(shí)，工程師該怎么做呢？當(dāng)前復(fù)雜問(wèn)題的混合信號(hào)特點(diǎn)通常要求設(shè)計(jì)人員同時(shí)查看模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，這要求同時(shí)使用示波器和邏輯分析儀。

　　使用兩臺(tái)儀器的這種解決方案的優(yōu)勢(shì)之一是性能。隨著設(shè)計(jì)余量下降，信號(hào)的模擬特點(diǎn)正日益影響著設(shè)計(jì)的完整性。設(shè)計(jì)人員必需同時(shí)測(cè)量設(shè)計(jì)中高速數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的特點(diǎn)。PCI Express、HyperTransport和DDR等技術(shù)都帶來(lái)了測(cè)量挑戰(zhàn)。總線速度對(duì)集成示波器模塊的邏輯分析儀來(lái)說(shuō)太快了。

　　但是，高性能臺(tái)式示波器為這些應(yīng)用提供了理想選擇。在認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)人員需要把臺(tái)式示波器上采集的數(shù)據(jù)與邏輯分析儀上捕獲的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)后，泰克研制出iView （集成式視圖）。

　　iView集成、并對(duì)臺(tái)式泰克示波器和邏輯分析儀的數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)。示波器上采集的數(shù)據(jù)傳送到邏輯分析儀上，提供了時(shí)間相關(guān)顯示畫面。與前面討論的集成示波器的解決方案不同，iView可以結(jié)合使用任何泰克示波器與邏輯分析儀。這種兩臺(tái)儀器集成在一起的解決方案提供了邏輯分析儀和示波器的全部處理能力，其工作方式就像一臺(tái)儀器一樣。iView的優(yōu)勢(shì)在于把儀器的性能和價(jià)格與相應(yīng)的應(yīng)用對(duì)應(yīng)起來(lái)。