- 邏輯分析儀的工作原理
- 邏輯分析儀的分類和作用
- 邏輯分析儀主要技術(shù)指標(biāo)
- 邏輯分析儀的使用
- 配合使用邏輯分析儀與示波器
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邏輯分析儀是數(shù)字設(shè)計(jì)驗(yàn)證與調(diào)試過程中公認(rèn)最出色的工具，它利用時(shí)鐘脈沖從測(cè)試設(shè)備上采集和顯示數(shù)位信號(hào)，能夠檢驗(yàn)數(shù)字電路是否正常工作，幫助查找并排除故障，加快產(chǎn)品面市周期。本講介紹邏輯分析儀的原理、適用范圍和分類，深入解析邏輯分析儀的技術(shù)指標(biāo)與使用步驟，并綜合討論如何將邏輯分析儀與示波器一起使用，以更快和更有效地找出系統(tǒng)中的故障。
一臺(tái)邏輯分析儀就好像一臺(tái)數(shù)位示波器，不過邏輯分析儀只顯示兩個(gè)電壓等級(jí)(邏輯狀態(tài)1和邏輯狀態(tài)0)而不像示波器的許多電壓等級(jí)。設(shè)定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測(cè)信號(hào)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。一般的示波器只有2個(gè)通道或4個(gè)通道，而邏輯分析儀可以擁有從16個(gè)通道、32個(gè)通道、64個(gè)通道和上百個(gè)通道數(shù)不等，因此邏輯分析儀具備同時(shí)進(jìn)行多通道測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。
邏輯分析儀的工作原理
邏輯分析儀首先保存使用者設(shè)置的觸發(fā)條件，然后就利用設(shè)置的觸發(fā)條件在測(cè)試的設(shè)備上進(jìn)行取樣信號(hào)值，并且把擷取到的信號(hào)值保存到它內(nèi)部的內(nèi)存中，最后邏輯分析儀的軟件在從內(nèi)存中把擷取到的值讀出來，處理成波形或者狀態(tài)量進(jìn)行顯示。簡單說，邏輯分析儀的工作過程就是數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、觸發(fā)、顯示的過程。下面以分類的方式介紹邏輯分析儀的組成。
邏輯分析儀的分類
邏輯分析儀分為兩大類：邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀，大多數(shù)邏輯分析儀是兩種分析儀組合在一起的儀器。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(shí)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(cè)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(cuò)碼，便于進(jìn)行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)分析，檢查在系統(tǒng)時(shí)鐘作用下總線上的信息狀態(tài)。它的內(nèi)部沒有時(shí)鐘發(fā)生器，用被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘來控制記錄，與被測(cè)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。
邏輯定時(shí)分析儀用來考察兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘之間的數(shù)字信號(hào)的傳輸情況和時(shí)間關(guān)系，它的內(nèi)部裝有時(shí)鐘發(fā)生器。在內(nèi)時(shí)鐘控制下記錄數(shù)據(jù)，與被測(cè)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。
總結(jié)一條經(jīng)驗(yàn)法則：用狀態(tài)分析儀檢查總線上發(fā)生了“什么”，而用定時(shí)分析儀查看“什么時(shí)候”發(fā)生。因此，狀態(tài)分析儀通常用列表方式顯示數(shù)據(jù)，而定時(shí)分析儀用波形圖顯示數(shù)據(jù)。在邏輯分析儀用波形圖顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)，或以列表顯示定時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)非常小心，以避免錯(cuò)誤地解釋數(shù)據(jù)。
而根據(jù)硬件設(shè)備設(shè)計(jì)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。
關(guān)于邏輯分析儀的詳細(xì)分類以及深入原理介紹，請(qǐng)查看
什么是邏輯分析儀——定時(shí)分析儀基礎(chǔ)和狀態(tài)分析儀基礎(chǔ)
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什么時(shí)候應(yīng)使用邏輯分析儀
邏輯分析儀能同時(shí)捕獲和顯示數(shù)百個(gè)信號(hào)，分析這些信號(hào)的時(shí)間關(guān)系和邏輯關(guān)系；對(duì)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(cè)低頻瞬態(tài)干擾，以及是否違反建立、保持時(shí)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)最后的優(yōu)化。另外，某些邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計(jì)中的特定硬件活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)。邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計(jì)中的特定硬件活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)。
一般來說，當(dāng)需要觀察多于示波器通道數(shù)的信號(hào)線，并且不需要精密的時(shí)間間隔信息時(shí)，就應(yīng)使用邏輯分析儀。邏輯分析儀特別適合考察總線上的時(shí)間關(guān)系或數(shù)據(jù)，如微處理器地址總線、數(shù)據(jù)總線或控制總線。它們可以解碼微處理器總線上的信息，以有意義的方式表示這些信息。當(dāng)完成了參數(shù)設(shè)計(jì)階段，開始關(guān)注許多信號(hào)間的定時(shí)關(guān)系和需要在邏輯高和低電平碼型上觸發(fā)時(shí)，邏輯分析儀就是正確的工具。
下述情況應(yīng)使用邏輯分析儀：
①調(diào)試并檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行；
②同時(shí)跟蹤多個(gè)數(shù)字信號(hào)并使之相關(guān)聯(lián)；
③檢驗(yàn)并分析總線中違反時(shí)限的操作以及瞬變狀態(tài)；
④跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況；
⑤需要以與硬件相同的方式查看系統(tǒng)中的信號(hào)時(shí)；
⑥需要觸發(fā)多條線路上的邏輯高和低碼型、查看結(jié)果。
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邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)
邏輯分析儀主要的技術(shù)指標(biāo)有：
- 最高采樣頻率：最高采樣頻率越高，捕獲帶寬越高。
- 通道數(shù)：通道數(shù)越多，能同時(shí)捕獲的信號(hào)數(shù)也就越多。
- 存儲(chǔ)深度：存儲(chǔ)深度越大，能夠記錄的數(shù)據(jù)就越多。
- 輸入阻抗：輸入阻抗越高，對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響越小。
- 觸發(fā)方式：觸發(fā)方式越多，使用起來越靈活。
其它技術(shù)指標(biāo)還有：觸發(fā)門限電平范圍、是否有協(xié)議分析工具等等，這些都決定了邏輯分析儀的性能。邏輯分析儀的技術(shù)指標(biāo)與其使用是緊緊相關(guān)的。
邏輯分析儀的使用
使用邏輯分析儀與數(shù)字信號(hào)相連、捕獲數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行分析，一般有以下4個(gè)步驟：
①用邏輯探頭與被測(cè)系統(tǒng)（DUT）相連；
②設(shè)置時(shí)鐘模式和觸發(fā)條件；
③捕獲被測(cè)信號(hào)；
④分析與顯示捕獲的數(shù)據(jù)。
邏輯分析儀中可以對(duì)各種邏輯條件進(jìn)行觸發(fā)。觸發(fā)的目的在于為邏輯分析儀設(shè)定什么時(shí)候開始捕獲數(shù)據(jù)、捕獲哪些數(shù)據(jù)，使邏輯分析儀跟蹤被測(cè)電路的邏輯狀態(tài)，并在被測(cè)系統(tǒng)中用戶定義的事件處觸發(fā)。
存儲(chǔ)于實(shí)時(shí)捕獲存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可用于各種顯示和分析模式。一旦數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中存儲(chǔ)，它就能夠以各種不同的格式查看，如時(shí)間波形，與二進(jìn)制代碼等。對(duì)于大多數(shù)的測(cè)試需要，用戶都比較習(xí)慣于使用總線形式顯示捕獲的數(shù)據(jù)，而且，一般的邏輯分析儀可以同時(shí)觀察幾組并行總線，并觀察他們之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，了解邏輯代碼的真正用意。在使用邏輯分析儀觀察并行總線時(shí)，一般都會(huì)先觀察同步狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果狀態(tài)數(shù)據(jù)存在問題，在觀察異步時(shí)鐘數(shù)據(jù)，尋找問題所在。
關(guān)于邏輯分析儀的使用的詳細(xì)步驟指導(dǎo)，請(qǐng)查看：
邏輯分析儀的使用
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關(guān)于邏輯分析儀的應(yīng)用指導(dǎo)，請(qǐng)查看：
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從事數(shù)字硬件電路的設(shè)計(jì)和維修，不僅會(huì)接觸到邏輯分析儀，也會(huì)接觸到示波器。以下討論如何將這些工具一起使用，以更快和更有效地找出系統(tǒng)中的故障。
有效使用數(shù)字工具
現(xiàn)象和成因
在查找數(shù)字電路故障時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生疑問：“產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是什么? ”也許能很容易確定故障現(xiàn)象，但排除故障還需找到產(chǎn)生這些問題的原因。在許多情況下，現(xiàn)象和成因處在不同的域。例如，存儲(chǔ)器控制線上的毛刺造成存儲(chǔ)器的不正確讀寫。這一現(xiàn)象(錯(cuò)誤數(shù)據(jù))可以在數(shù)據(jù)域用狀態(tài)分析儀和在可疑存儲(chǔ)器地址上進(jìn)行觸發(fā)找到。但其成因卻不能在數(shù)據(jù)域確定。也可能現(xiàn)象是出現(xiàn)在時(shí)域(例如I/O 線上的不良握手信號(hào))，而成因卻是在數(shù)據(jù)域(例如錯(cuò)誤的軟件I/O 例程)
圖1. 不同測(cè)量域的現(xiàn)象和成因例子
模塊間測(cè)量
使用多種儀器進(jìn)行的測(cè)量稱為“模塊間測(cè)量”。模塊間測(cè)量要求把所有的工具集成到一臺(tái)儀器中，使其能同時(shí)捕獲數(shù)據(jù)。圖2 示出帶有集成示波器顯示的邏輯分析儀系統(tǒng)配置菜單。這一設(shè)置提供從狀態(tài)分析中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)到示波器域毛刺的跟蹤能力。
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交叉域觸發(fā)
我們的例子中已談到針對(duì)問題現(xiàn)象的模塊觸發(fā)(狀態(tài)分析儀，定時(shí)分析儀或示波器)。在現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)分析儀適當(dāng)?shù)挠|發(fā)方式立即觸發(fā)，監(jiān)視問題產(chǎn)生原因的模塊開始捕獲數(shù)據(jù)。這可通過在其它模塊觸發(fā)時(shí)授權(quán)一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)。作為對(duì)完全功能性的要求，每一個(gè)模塊都應(yīng)能接收和發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。傳輸這些觸發(fā)信號(hào)的總線被稱為“模塊間總線”，或IMB(圖2)。
圖2. 系統(tǒng)配置菜單和模塊間總線
圖3. 設(shè)置模塊間測(cè)量
交叉域時(shí)相關(guān)
當(dāng)成功觸發(fā)所有測(cè)量模塊并結(jié)束了數(shù)據(jù)捕獲后，就需要查看捕獲的數(shù)據(jù)。為建立不同測(cè)量域間的相關(guān)關(guān)系，在同一屏幕上顯示兩個(gè)測(cè)量域的數(shù)據(jù)將是很方便的。但如何建立不同于跟蹤點(diǎn)的狀態(tài)和定時(shí)間的相關(guān)呢? 應(yīng)記住定時(shí)分析儀使用與系統(tǒng)異步的內(nèi)部采樣時(shí)鐘，而狀態(tài)分析儀則對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)作同步采樣。如果我們對(duì)外部狀態(tài)樣本間的時(shí)間計(jì)數(shù)，就能得到從定時(shí)分析儀波形任意點(diǎn)關(guān)聯(lián)到狀態(tài)分析儀列表相應(yīng)位置的足夠時(shí)間信息。
應(yīng)用例子
可在圖4中看到用狀態(tài)分析儀在特定存儲(chǔ)器入口上的觸發(fā)。定時(shí)分析儀和示波器都由狀態(tài)分析儀觸發(fā)，以提供多個(gè)通道的定時(shí)信息及少數(shù)幾個(gè)通道的參數(shù)信息。應(yīng)注意可使用光標(biāo)建立時(shí)域(示波器和定時(shí)分析儀)和數(shù)據(jù)域(狀態(tài)分析儀)間的相關(guān)關(guān)系。
圖4. 交叉域測(cè)量
