全面認(rèn)識(shí)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(shù)字硬件調(diào)試、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)和嵌入式軟件調(diào)試。然而，許多工程師本應(yīng)在使用邏輯分析儀時(shí)卻使用了數(shù)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(zhǎng)足進(jìn)展，對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它們可以比其它儀器在更短的時(shí)間內(nèi)找到造成麻煩的根本原因。

數(shù)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(dāng)然它們也有許多重大差異。為了更好地了解這兩臺(tái)儀器可以怎樣滿足您的特定需求，我們首先要比較一下各自的功能。

數(shù)字示波器是基本的通用信號(hào)觀察工具。其高采樣率和高帶寬，使其能夠在某個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)捕獲許多數(shù)據(jù)點(diǎn)，測(cè)量信號(hào)跳變(邊沿)、瞬態(tài)事件及小的時(shí)間增量。當(dāng)然，示波器也能像邏輯分析儀一樣查看相同的數(shù)字信號(hào)，但其一般用于模擬測(cè)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(cè)量5個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)，或者處理同時(shí)擁有一條32位數(shù)據(jù)總線和一條64位地址總線的數(shù)字系統(tǒng)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(shù)字信號(hào)。某些復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求數(shù)千條輸入通道。業(yè)內(nèi)也為這些任務(wù)提供了相應(yīng)標(biāo)度的邏輯分析儀。

與示波器不同，邏輯分析儀不測(cè)量模擬細(xì)節(jié)，而是檢測(cè)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)，我們把電平稱為“高”或“1”。相反，我們把低于Vth的電平稱為“低”或“0”。在邏輯分析儀對(duì)輸入采樣時(shí)，它存儲(chǔ)一個(gè)“1”或一個(gè)“0”，具體視相對(duì)于電壓門(mén)限的信號(hào)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(hào)都時(shí)間相關(guān)，因此可以觀察建立時(shí)間和保持時(shí)間、脈寬、外來(lái)數(shù)據(jù)或漏掉數(shù)據(jù)。除高通道數(shù)外，邏輯分析儀提供了多種重要功能，支持?jǐn)?shù)字設(shè)計(jì)檢驗(yàn)和調(diào)試。

• 完善的觸發(fā)功能，可以指定邏輯分析儀采集數(shù)據(jù)的條件。

• 高密度探頭和適配器，簡(jiǎn)化與被測(cè)系統(tǒng)(SUT)的連接。

• 分析功能，把捕獲的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)部比較器上，輸入電壓與Vth進(jìn)行對(duì)比，做出與信號(hào)邏輯狀態(tài)(1或0)有關(guān)的判斷。用戶設(shè)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“飛線束”的通用探頭處理逐點(diǎn)調(diào)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(hào)，而對(duì)SUT的影響達(dá)到最小。此外，對(duì)要求更高信號(hào)密度或無(wú)連接器探頭連接機(jī)制的應(yīng)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(cè)電路上整體負(fù)載的一部分。所有探頭都表現(xiàn)出負(fù)載特點(diǎn)。邏輯分析儀探頭應(yīng)給SUT引入的負(fù)載最小，同時(shí)為邏輯分析儀提供準(zhǔn)確的信號(hào)。

探頭電容一般會(huì)“滾降”信號(hào)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(yán)重。

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

[圖示內(nèi)容：]

Actual risetime: 實(shí)際上升時(shí)間

Observed risetime (with large capacitive loading): 觀察到的上升時(shí)間(有大的電容負(fù)載)

在高速系統(tǒng)中，探頭電容過(guò)高可能會(huì)阻礙SUT工作。應(yīng)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，探頭夾和線束會(huì)提高其連接到的電路上的電容負(fù)載。應(yīng)盡可能使用正確補(bǔ)償?shù)倪m配器。

設(shè)置邏輯分析儀

邏輯分析儀是為從多引腳器件和總線中捕獲數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)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(hào)定時(shí)信息。在這種模式下，邏輯分析儀內(nèi)部的時(shí)鐘用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)采樣。數(shù)據(jù)采樣速度越快，測(cè)量的分辨率越高。目標(biāo)設(shè)備和邏輯分析儀采集的數(shù)據(jù)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(hào)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(hào)確定樣點(diǎn)(什么時(shí)候及以什么樣的頻次采集數(shù)據(jù))。用來(lái)為采集輸入時(shí)鐘的信號(hào)既可以是系統(tǒng)時(shí)鐘，也可以是總線上的控制信號(hào)，還可以是導(dǎo)致SUT改變狀態(tài)的信號(hào)。在活動(dòng)邊沿上采樣的數(shù)據(jù)表示邏輯信號(hào)穩(wěn)定時(shí)的SUT條件。在、且只在選擇的信號(hào)有效時(shí)，邏輯分析儀才會(huì)采樣。

如果要捕獲鄰近的長(zhǎng)定時(shí)細(xì)節(jié)記錄，那么定時(shí)采集及內(nèi)部(或異步)時(shí)鐘是適當(dāng)?shù)倪x擇。您可能想像SUT看到的那樣采集數(shù)據(jù)。在這種情況下，您應(yīng)選擇狀態(tài)(同步)采集。在狀態(tài)采集中，SUT的每種連續(xù)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(hào)。

觸發(fā)是使邏輯分析儀與示波器區(qū)分開(kāi)來(lái)的另一種功能。示波器有觸發(fā)，但對(duì)二進(jìn)制條件響應(yīng)的能力相對(duì)有限。相比之下，它可以評(píng)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(shù)據(jù)。邏輯分析儀可以追蹤SUT邏輯狀態(tài)，在SUT中發(fā)生用戶自定義事件時(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(hào)線上的簡(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)總線中多個(gè)信號(hào)跳變組合。但注意在所有情況下，事件都是信號(hào)從一個(gè)周期變到下一個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)的某件事情。

采集狀態(tài)數(shù)據(jù)和定時(shí)數(shù)據(jù)

在硬件和軟件調(diào)試(系統(tǒng)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(cè)到的問(wèn)題可能會(huì)表現(xiàn)為總線上無(wú)效的狀態(tài)。這可能是由建立時(shí)間和保持時(shí)間違規(guī)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(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，那么隔離問(wèn)題會(huì)變得非常困難，耗時(shí)非常長(zhǎng)。

某些邏輯分析儀要求連接單獨(dú)的定時(shí)探頭，以采集定時(shí)信息，使用單獨(dú)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(cè)試點(diǎn)連接到狀態(tài)模塊上，這稱為“雙重探測(cè)”。這種方式會(huì)損害信號(hào)的阻抗環(huán)境。一次使用兩只探頭會(huì)使信號(hào)負(fù)擔(dān)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。