- 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)計驗證與調(diào)試過程中公認(rèn)最出色的工具，它利用時鐘脈沖從測試設(shè)備上采集和顯示數(shù)位信號，能夠檢驗數(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。
一臺邏輯分析儀就好像一臺數(shù)位示波器，不過邏輯分析儀只顯示兩個電壓等級(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。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。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。
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)條件在測試的設(shè)備上進(jìn)行取樣信號值，并且把擷取到的信號值保存到它內(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、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。
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。
總結(jié)一條經(jīng)驗法則：用狀態(tài)分析儀檢查總線上發(fā)生了“什么”，而用定時分析儀查看“什么時候”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)，或以列表顯示定時數(shù)據(jù)時，應(yīng)非常小心，以避免錯誤地解釋數(shù)據(jù)。
而根據(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，請查看
什么是邏輯分析儀——定時分析儀基礎(chǔ)和狀態(tài)分析儀基礎(chǔ)
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什么時候應(yīng)使用邏輯分析儀
邏輯分析儀能同時捕獲和顯示數(shù)百個信號，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)最后的優(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)。
一般來說，當(dāng)需要觀察多于示波器通道數(shù)的信號線，并且不需要精密的時間間隔信息時，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)計階段，開始關(guān)注許多信號間的定時關(guān)系和需要在邏輯高和低電平碼型上觸發(fā)時，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)試并檢驗數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行；
②同時跟蹤多個數(shù)字信號并使之相關(guān)聯(lián)；
③檢驗并分析總線中違反時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)中的信號時；
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，能同時捕獲的信號數(shù)也就越多。
- 存儲深度：存儲深度越大，能夠記錄的數(shù)據(jù)就越多。
- 輸入阻抗：輸入阻抗越高，對被測信號的影響越小。
- 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)字信號相連、捕獲數(shù)字信號并進(jìn)行分析，一般有以下4個步驟：
①用邏輯探頭與被測系統(tǒng)（DUT）相連；
②設(shè)置時鐘模式和觸發(fā)條件；
③捕獲被測信號；
④分析與顯示捕獲的數(shù)據(jù)。
邏輯分析儀中可以對各種邏輯條件進(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電路的邏輯狀態(tài)，并在被測系統(tǒng)中用戶定義的事件處觸發(fā)。
存儲于實時捕獲存儲器中的數(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，它就能夠以各種不同的格式查看，如時間波形，與二進(jìn)制代碼等。對于大多數(shù)的測試需要，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，一般都會先觀察同步狀態(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)，請查看：
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邏輯分析儀在嵌入式系統(tǒng)調(diào)試中的應(yīng)用
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實現(xiàn)邏輯分析儀成功探測的6項提示
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從事數(shù)字硬件電路的設(shè)計和維修，不僅會接觸到邏輯分析儀，也會接觸到示波器。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，常常會產(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，存儲器控制線上的毛刺造成存儲器的不正確讀寫。這一現(xiàn)象(錯誤數(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)在時域(例如I/O 線上的不良握手信號)，而成因卻是在數(shù)據(jù)域(例如錯誤的軟件I/O 例程)
圖1. 不同測量域的現(xiàn)象和成因例子
模塊間測量
使用多種儀器進(jìn)行的測量稱為“模塊間測量”。模塊間測量要求把所有的工具集成到一臺儀器中，使其能同時捕獲數(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問題現(xiàn)象的模塊觸發(fā)(狀態(tài)分析儀，定時分析儀或示波器)。在現(xiàn)象產(chǎn)生時分析儀適當(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)時授權(quán)一個模塊實現(xiàn)。作為對完全功能性的要求，每一個模塊都應(yīng)能接收和發(fā)送觸發(fā)信號。傳輸這些觸發(fā)信號的總線被稱為“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)置模塊間測量
交叉域時相關(guān)
當(dāng)成功觸發(fā)所有測量模塊并結(jié)束了數(shù)據(jù)捕獲后，就需要查看捕獲的數(shù)據(jù)。為建立不同測量域間的相關(guān)關(guān)系，在同一屏幕上顯示兩個測量域的數(shù)據(jù)將是很方便的。但如何建立不同于跟蹤點的狀態(tài)和定時間的相關(guān)呢? 應(yīng)記住定時分析儀使用與系統(tǒng)異步的內(nèi)部采樣時鐘，而狀態(tài)分析儀則對目標(biāo)系統(tǒng)作同步采樣。如果我們對外部狀態(tài)樣本間的時間計數(shù)，就能得到從定時分析儀波形任意點關(guān)聯(lián)到狀態(tài)分析儀列表相應(yīng)位置的足夠時間信息。
應(yīng)用例子
可在圖4中看到用狀態(tài)分析儀在特定存儲器入口上的觸發(fā)。定時分析儀和示波器都由狀態(tài)分析儀觸發(fā)，以提供多個通道的定時信息及少數(shù)幾個通道的參數(shù)信息。應(yīng)注意可使用光標(biāo)建立時域(示波器和定時分析儀)和數(shù)據(jù)域(狀態(tài)分析儀)間的相關(guān)關(guān)系。
圖4. 交叉域測量
