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邏輯分析儀技術(shù)探討

日期：2012-07-19瀏覽：4152次

邏輯分析儀技術(shù)探討

邏輯分析儀是利用時鐘從測試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器，zui主要作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級，通常只顯示兩個電壓（邏輯1和0），因此設(shè)定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過比較器進(jìn)行判定，高于參考電壓者為High,低于參考電壓者為Low，在High與 Low之間形成數(shù)字波形。

邏輯分析儀的定義

例如：一個待測信號使用200MHz采樣率的邏輯分析儀，當(dāng)參考電壓設(shè)定為1.5V時，在測量時邏輯分析儀就會平均每5ns采取一個點(diǎn)，超過1.5V者為High（邏輯1），低于1.5V者為Low（邏輯0），而后的邏輯1和0可連接成一個簡單波形，工程師便可在此連續(xù)波形中找出異常錯誤（bug）之處。整體而言，邏輯分析儀測量被測信號時，并不會顯示出電壓值，只是High跟Low的差別；如果要測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差別在于通道數(shù)量。一般的示波器只有2個通道或4個通道，而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(shù)不等，因此邏輯分析儀具備同時進(jìn)行多通道測試的優(yōu)勢?！　?/span>

根據(jù)硬件設(shè)備設(shè)計上的差異，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試軟件、運(yùn)算管理元件以及整合在一臺儀器之中；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。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個通道以上，存儲深度相對也高，獨(dú)立式邏輯分析儀以往價格昂貴，從幾萬到數(shù)十萬人民幣不等，一般用戶很少用得起。zui近中國臺灣ZEROPLUS科技有限公司推出的LAP-C系列邏輯分析儀，不超過3萬元人民幣經(jīng)濟(jì)性價格讓每個工程師都用得起。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、麻煩等問題，在同一個價格上，我們可以把臺式獨(dú)立邏輯分析儀很輕松地拎起來?；谟嬎銠C(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)字測試中，工程師往往會陷入一堆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），也稱混合信號測試儀器。

邏輯分析儀的協(xié)議分析

邏輯分析儀與示波器相同，是通過采集的信號，并通過圖形化的方式展示給開發(fā)人員，開發(fā)人員根據(jù)這些圖形化信號按照協(xié)議分析出是否出錯。盡管圖形化的顯示已經(jīng)給開發(fā)人員帶來不少的方便，但是人工將一串串信號分析出來不僅麻煩而且極易出錯?！　?/div>

在這個科技高速發(fā)展的社會，一切都在追求率。自動化、智能化已經(jīng)成為協(xié)議分析的發(fā)展方向。在這個思想的指引下各種測試儀器的協(xié)議分析功能出現(xiàn)并發(fā)展起來。目前大多數(shù)開發(fā)人員通過邏輯分析儀等測試工具的協(xié)議分析功能可以很輕松的發(fā)現(xiàn)錯誤、調(diào)試硬件、加快開發(fā)進(jìn)度，為高速度、高質(zhì)量完成工程提供保障。　　

關(guān)于這個問題廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的開發(fā)人員提出了一個全新的回答：協(xié)議分析是在某個應(yīng)用領(lǐng)域充分利用邏輯分析儀資源的統(tǒng)一體。邏輯分析儀無論采樣頻率，存儲空間，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)深度和存儲空間，同時提供更多更可靠的觸發(fā)，為快速發(fā)現(xiàn)和定位錯誤提供了一種的工具?！　?/div>

錯誤識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)大才能采集到錯誤，只有協(xié)議解碼正確才能發(fā)現(xiàn)錯誤?！　?/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，確保對被觀察的數(shù)據(jù)流準(zhǔn)確定位（對軟件而言可以跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行中的任意程序段，對硬件而言可以檢測并顯示系統(tǒng)中存在的毛刺干擾）?！　?/div>

具有記憶功能，可以觀測單次及非周期性數(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)對欲獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選，并刪除無關(guān)數(shù)據(jù)。　　

具有多種顯示方式，可用字符、助記符、匯變語言顯示程序，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)，用定時圖顯示信息之間的時序關(guān)系?！　?/div>

具有驅(qū)動時域儀器的能力，以便復(fù)顯待測信號的真實(shí)波形及有利于故障定位。　　

具有可靠的毛刺檢測能力。

邏輯分析儀分類

邏輯分析儀分為兩大類：邏輯狀態(tài)分析儀（Logic State Analyzer,簡稱LSA）和邏輯定時分析儀（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)錯碼，便于進(jìn)行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)分析，檢查在系統(tǒng)時鐘作用下總線上的信息狀態(tài)。它的內(nèi)部沒有時鐘發(fā)生器，用被測系統(tǒng)時鐘來控制記錄，與被測系統(tǒng)同步工作，主要用來分析數(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>

邏輯定時分析儀用來考察兩個系統(tǒng)時鐘之間的數(shù)字信號的傳輸情況和時間關(guān)系，它的內(nèi)部裝有時鐘發(fā)生器。在內(nèi)時鐘控制下記錄數(shù)據(jù)，與被測系統(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程就是數(shù)據(jù)采集、存儲、觸發(fā)、顯示的過程，邏輯分析儀由于它采用數(shù)字存儲技術(shù)，可將數(shù)據(jù)采集工作和顯示工作分開進(jìn)行，也可同時進(jìn)行，必要時，對存儲的數(shù)據(jù)可以反復(fù)進(jìn)行顯示，以利于對問題的分析和研究?！　?/span>

將被測系統(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探極集中起來，其觸針細(xì)小，以便于探測高密度集成電路）監(jiān)測被測系統(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在相應(yīng)的線上輸出高電平，反之輸出低電平時對輸入波形進(jìn)行整形。經(jīng)比較整形后的信號送至采樣器，在時鐘脈沖控制下進(jìn)行采樣。被采樣的信號按順序存儲在存儲器中。采樣信息以“先進(jìn)先出”的原則組織在存儲器中，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)行被測量的顯示。

邏輯分析儀的顯示形式

　　邏輯分析儀將被測數(shù)據(jù)信號用數(shù)字形式寫入存儲器后，可以根據(jù)需要通過控制電路將內(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、定時顯示

　　定時顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲器中的內(nèi)容顯示在屏幕上，顯示的是一串經(jīng)過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D/A變換器轉(zhuǎn)變成模擬量，將此模擬量按照存儲器中取出的數(shù)字量的先后順序顯示在屏幕上形成一個圖像的點(diǎn)陣。

4、映像顯示

　　映像顯示是將存儲器中的全部內(nèi)容以點(diǎn)圖形式一次顯示出來。它將每個存儲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，則每個存儲器字點(diǎn)亮屏幕上的一個點(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，*部分是定時分析儀，第二部分是狀態(tài)分析儀。

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，然后使用用戶定義的電壓邏輯分析儀閾值，確定信號的高低電平。定時分析只能確定波形是高還是低，不存在中間電平。所以定時分析就像一臺只有 1 位垂直分辨率的數(shù)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號的上升時間，那你就用錯了儀器。如果你要檢驗(yàn)幾條線上的信號的定時關(guān)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號是一種狀態(tài)，這一次采樣的信號是另一種狀態(tài)，那么它就知道在兩次采樣之間的某個時刻輸入信號發(fā)生了跳變，但是，定時分析卻不知道的時刻。zui壞的情況下，不確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(shù)據(jù)，跳變定時能有效地利用存儲器。使用跳變定時，定時分析只保存信號跳變后采集的樣本，以及與上次跳變的時間。

3. 毛刺捕獲

　　數(shù)字系統(tǒng)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(fā)能力，可以很容易的跟蹤難以預(yù)料的毛刺。定時分析可以對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地采樣，跟蹤采樣間產(chǎn)生的任何跳變，從而容易識別毛刺。在定時分析中，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，對總線或信號線采樣的樣本。定時分析與狀態(tài)分析的主要區(qū)別是：定時分析由內(nèi)部時鐘控制采樣，采樣與被測系統(tǒng)是異步的；狀態(tài)分析由被測系統(tǒng)時鐘控制采樣，采樣與被測系統(tǒng)是同步的。用定時分析查看事件 “ 什么時候 ” 發(fā)生，用狀態(tài)分析檢查發(fā)生了“ 什么 ”事件。定時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，要對一個系統(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)據(jù)總線數(shù)）+被測系統(tǒng)的控制總線數(shù)+時鐘線數(shù)。這樣對于一個 8 位機(jī)系統(tǒng)，就至少需要 34 個通道。現(xiàn)在幾個廠家的主流產(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，用它來分析zui常見的 8 位系統(tǒng)。

2、足夠的定時分辨率

　　定時采樣速率邏輯分析儀

在定時采樣分析時，要有足夠的定時分辨率，就應(yīng)當(dāng)有足夠高的定時分析采樣速率，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 ，在這個速率下，我們可以看到 0.5ns 時間上的細(xì)節(jié)。

3、狀態(tài)分析速率

　　在狀態(tài)分析時，邏輯分析儀采樣基準(zhǔn)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zui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)zui快的工作頻率。現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時分析速率在 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度

　　邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲它所采樣的數(shù)據(jù)，以用于對比、分析、轉(zhuǎn)換（譬如將其所捕捉到的信號轉(zhuǎn)換成非二進(jìn)制信號）。

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，測試夾具起著很重要的作用，測試夾具有很多種，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)行出錯時的特定波形數(shù)據(jù)，通過觀察該波形數(shù)據(jù)來推斷該系統(tǒng)出錯的原因，從而有針對性地找出解決該錯誤的方案?！　?/div>

運(yùn)用邏輯分析儀定位出錯波形數(shù)據(jù)的方法主要有兩種方式，一種是通過抓取運(yùn)行過程中大量的數(shù)據(jù)，然后在這些數(shù)據(jù)中通過其他方法來查找出錯誤點(diǎn)的位置，該方法費(fèi)時費(fèi)力，而且受制于邏輯分析儀存儲容量，并不一定每次都可以捕捉到目標(biāo)波形數(shù)據(jù)；另一種是通過觸發(fā)的方式在特定波形數(shù)據(jù)到來時開始捕捉數(shù)據(jù)，從而地定位目標(biāo)波形數(shù)據(jù)?！　?/div>

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到來時停止采集，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)時沿用了該概念?！　?/div>

數(shù)字系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，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的數(shù)據(jù)必需被存儲下來，而邏輯分析儀的儲存深度畢竟有限，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深度。通過觸發(fā)的方式，在特定波形數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生的條件下，觀測與其相關(guān)的信號在該條件產(chǎn)生的前或（和）后時刻的狀態(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)開始，則存儲器在觸發(fā)事件發(fā)生時開始儲存采集到的數(shù)據(jù)，直到存儲器滿；如果選擇跟蹤觸發(fā)結(jié)束，則觸發(fā)事件發(fā)生前存儲器一直存儲采集到的連續(xù)數(shù)據(jù)，直到觸發(fā)時停止存儲，當(dāng)存儲器滿而觸發(fā)事件尚未發(fā)生時新數(shù)據(jù)將自動覆蓋zui早存儲的數(shù)據(jù)

邏輯分析儀的存儲

邏輯分析儀結(jié)構(gòu)中，包含一個存儲控制單元，其中存儲器的大小就表示了邏輯分析儀的存儲深度?，F(xiàn)代邏輯分析儀存儲數(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邏輯分析儀的存儲帶寬為500MSps×32bit即16Gbps，而無論是數(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）過程，都無法實(shí)時完成，因此，邏輯分析儀只能將數(shù)據(jù)先暫存在存儲器中，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器以便記錄整個事件。存儲深度與采樣速度密切相關(guān)，您所需要的存儲深度取決于要測量的總時間跨度和所要求的時間分辨率，單次測量的時間越長、采樣頻率越高所需求的存儲深度就越大。　　

在傳統(tǒng)模式下，存儲深度×采樣分辨率=采樣時間，這意味著在保證采樣分辨率的前提下，大的存儲深度直接提高了單次采樣時間，即能觀察分析更多的波形數(shù)據(jù)；而在保證采樣時間的條件下，則可以提高采樣頻率，觀察到更真實(shí)的信號。

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法滿足8位字節(jié)的觀察。微處理器和存儲器的測試需要不同于時域和頻域儀器。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公司推出定時分析儀（兩者zui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zui終解決數(shù)字電路測試的手段，不久狀態(tài)分析儀與定時分析儀合并成邏輯分析儀?！　?/span>

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，同時對大多數(shù)用戶來說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，就出現(xiàn)探頭問題。今天的邏輯分析儀提供幾百個工作在200MHz頻率上的通道信號連接就是個現(xiàn)實(shí)問題。適配器、夾子和輔助爪鉤等多種多樣，但是的辦法的是設(shè)計一種廉價的測試夾具，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。改進(jìn)信號發(fā)現(xiàn)能力必然涉及到儀器結(jié)構(gòu)的變動。在所有要處理的數(shù)據(jù)中著重處理與時間有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，不同類型的信息采用多窗口顯示。例如，對于微處理器來說，能同時觀察定時和狀態(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，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。除了由錯誤事件直接觸發(fā)外，用戶還希望從過去的時段去觀察信號，找出造成錯誤的根源和它前后的關(guān)系。精細(xì)的觸發(fā)和深存儲器可提高超前觸發(fā)能力?！　?/span>

在PC機(jī)平臺上使用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，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：*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，是不是真正地在按照我們設(shè)計好的程序來執(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?！　?/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)計這些系統(tǒng)時，我們有很多事情要做，譬如硬件電路的初步設(shè)計、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層次：　　

*個層次：只要查看硬件系統(tǒng)的一些常見的故障，例如時鐘信號和其他信號的波形、信號中是否存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的毛刺信號等故障；　　

第二個層次：要對硬件系統(tǒng)的各個信號的時序進(jìn)行很好的分析，以便地利用系統(tǒng)資源，消除由定時分析能夠分析出的一些故障；　　

第三個層次：要對硬件對軟件的執(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；　　

第四個層次：需要實(shí)時地監(jiān)測軟件的執(zhí)行情況，對軟件進(jìn)行實(shí)時地調(diào)試。　　

第五個層次：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。　　

對以上的幾個層次的要求，我們可以看出，他們并不都需要很的邏輯分析儀，對于*層次的使用者，他們甚至用一臺功能比較好的示波器就可以解決問題，針對以上的幾個使用層次，在選擇儀器時可以選用相應(yīng)的儀器。實(shí)際上邏輯分析儀也有幾個層次，他們有：　　

1、普通2～4通道的數(shù)字存儲器，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，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示波器的附加功能，可以說這種方式是zui節(jié)省的方式?！　?/span>

2、當(dāng)示波器的通道數(shù)不夠時，也可以選用一些帶有簡單的定時分析功能的多通道定時分析儀器，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)；對不同的用戶，可以針對需要，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，要對一個系統(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)+時鐘線數(shù)。這樣對于一個16位機(jī)系統(tǒng)，就至少需要68個通道?，F(xiàn)在幾個廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)多達(dá)340通道以上。例Tektronix等。

2、定時采樣速率

在定時采樣分析時，要有足夠的定時分辨率，就應(yīng)當(dāng)足夠高的定時分析采樣速率，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，在這個速率下，我們可以看到0.5ps時間上的細(xì)節(jié)。　　

以下是一些很常見的芯片的工作頻率和建立/保持時間的列表，我們可以看出，即使它們的工作頻率很低，但在時間分析（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，邏輯分析儀采樣基準(zhǔn)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zui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)zui快的工作頻率。現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時分析速率在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)存長度

　　邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲它所采樣的數(shù)據(jù)，以用于對比、分析、轉(zhuǎn)換（譬如將其所捕捉到的信號轉(zhuǎn)換成非二進(jìn)制信號【匯編語言、C語言、C++ 等】，等在選擇內(nèi)存長度時的基準(zhǔn)是“大于我們即將觀測的系統(tǒng)可以進(jìn)行zui大分割后的zui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，探頭起著信號接口的作用，在保持信號完整性中占有重要位置。邏輯分析儀與數(shù)字示波器不同，雖然相對上下限值的幅度變化并不重要，但幅度失真一定會轉(zhuǎn)換成定時誤差。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延時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。　　

邏輯分析儀的強(qiáng)項(xiàng)在于能洞察許多信道中信號的定時關(guān)系?？上У氖?，如果各個通道之間略有差別便會產(chǎn)生通道的定時偏差，在某些型號的邏輯分析儀里，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KΩ以上，分流效應(yīng)對系統(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，探頭的等效電容，這個值一般在1～30PF之間，在現(xiàn)在的高速系統(tǒng)中，容性負(fù)載對電路的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻性負(fù)載，如果這個值太大，將會直接影響整個系統(tǒng)中的信號“沿”的形狀改變整個電路的性質(zhì)，改變邏輯分析儀對系統(tǒng)觀測的實(shí)時性，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zui小的已達(dá)到0.3mm以下，要很好的將信號引出，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?！　?/div>

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)也由過去的系統(tǒng)發(fā)展到使用Windows介面，這樣我們在使用時很方便。　　

小結(jié) 　　

如果在你的工作中有數(shù)字邏輯信號，你就有機(jī)會使用邏輯分析儀。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，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出現(xiàn)通道對通道的延時以及探頭的負(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)?！　?/div>

確實(shí)能捕獲到信號才是*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)時就靠邏輯分析儀能力的發(fā)揮了。

何時需要使用邏輯分析儀

邏輯分析儀是數(shù)字設(shè)計驗(yàn)證與調(diào)試過程中*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信號，分析這些信號的時間關(guān)系和邏輯關(guān)系；對于調(diào)試難以捕獲的、間斷性故障，某些邏輯分析儀可以檢測低頻瞬態(tài)干擾，以及是否違反建立、保持時間。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)計中的特定硬件活動相互關(guān)聯(lián)。邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計中的特定硬件活動相互關(guān)聯(lián)。　　

當(dāng)您需要完成下列工作時，請使用邏輯分析儀：　　

·調(diào)試并檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行；　　

·同時跟蹤并使多個數(shù)字信號相關(guān)聯(lián)；　　

·檢驗(yàn)并分析總線中違反時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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