如何選擇和使用合適的邏輯分析儀

一、邏輯分析儀的發(fā)展
自20世紀70 年代初研制成微處理器，出現4位和8位總線(xiàn)，傳統示波器的雙通道輸入無(wú)法滿(mǎn)足8位字節的觀(guān)察。微處理器和存儲器的測試需要不同于時(shí)域和頻域儀器。數域測試儀器應運而生。HP公司推出狀態(tài)分析儀和Biomation公司推出定時(shí)分析儀（兩者最初很不相同）之后不久，用戶(hù)開(kāi)始接受這種數域測試儀器作為最終解決數字電路測試的手段，不久狀態(tài)分析儀與定時(shí)分析儀合并成邏輯分析儀。
　　20世紀80 年代后期，邏輯分析儀變得更加復雜，當然使用起來(lái)也就更加困難。例如，引入多電平樹(shù)形觸發(fā)，以應付條件語(yǔ)句如IF、THEN、ELSE等復雜事件。這類(lèi)組合觸發(fā)必然更加靈活，同時(shí)對大多數用戶(hù)來(lái)說(shuō)就不是那樣容易掌握了。
　　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(shí)，就出現探頭問(wèn)題。今天的邏輯分析儀提供幾百個(gè)工作在200MHz頻率上的通道信號連接就是個(gè)現實(shí)問(wèn)題。適配器、夾子和輔助爪鉤等多種多樣，但是最好的辦法的是設計一種廉價(jià)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(lái)在計算機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(zhù)重解決導向和發(fā)展能力，亦即儀器如何動(dòng)作和如何構建有特色的結構。導向采用微軟的Windows接口，它非常容易驅動(dòng)。改進(jìn)信號發(fā)現能力必然涉及到儀器結構的變動(dòng)。在所有要處理的數據中著(zhù)重處理與時(shí)間有關(guān)聯(lián)的數據，不同類(lèi)型的信息采用多窗口顯示。例如，對于微處理器來(lái)說(shuō)，最好能同時(shí)觀(guān)察定時(shí)和狀態(tài)以及反匯編源碼，而且各窗口上的光標彼此跟蹤相連。
　　關(guān)于觸發(fā)，總是傳統邏輯分析儀中的難題。TLA600系列邏輯分析儀為用戶(hù)提供觸發(fā)庫，使復雜觸發(fā)事件的設置簡(jiǎn)單化，保證你精力集中解決測試問(wèn)題上，而不必花時(shí)間去調整邏輯分析儀的觸發(fā)設置。該庫中包含有許多易于掌握的觸發(fā)設置，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(wèn)題的一部分。除了由錯誤事件直接觸發(fā)外，用戶(hù)還希望從過(guò)去的時(shí)段去觀(guān)察信號，找出造成錯誤的根源和它前后的關(guān)系。精細的觸發(fā)和深存儲器可提高超前觸發(fā)能力。
　　在PC機平臺上使用Windows，除了為廣大用戶(hù)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠程控制，從目標文件格式中提取源碼和符號，支持微軟公司的CMO/DCOM標準，而且處理器可運行各種控制操作。
二、邏輯分析儀的選擇
　　如果數字電路出現故障，我們一般優(yōu)先就考慮使用邏輯分析儀來(lái)檢查數字電路的完整性，不難發(fā)現存在的故障；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(shuō)：第一點(diǎn)如何觀(guān)察測試系統在執行我們事先編制好的程序時(shí)，是不是真正地在按照我們設計好的程序來(lái)執行呢？如果我們向系統寫(xiě)入的是（MOV A,B）而系統則是執行的（ADD A,B），那會(huì )造成什么樣的后果？第二點(diǎn)：怎么樣真正地監測軟件系統的實(shí)際工作狀態(tài)，而不是用DEBUG等方式進(jìn)行設置斷點(diǎn)后，查看預先設定的某些變量或內存中的數據是我們預先想得到的值。在這里我們有第三、第四等等很多問(wèn)題有待解決。
　　通常我們將數字系統分成硬件部分和軟件部分，在研發(fā)設計這些系統時(shí)，我們有很多事情要做，譬如硬件電路的初步設計、軟件的方案制定和初步編制、硬件電路的調試、 軟件的調試、以及最終的系統的定型等等工作，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(gè)單位的經(jīng)濟實(shí)力和人員狀況不同，并且在很多系統的使用中都不是要把以上的每個(gè)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(gè)層次：
　　第一個(gè)層次：只要查看硬件系統的一些常見(jiàn)的故障，例如時(shí)鐘信號和其他信號的波形、信號中是否存在嚴重影響系統的毛刺信號等故障；
　　第二個(gè)層次：要對硬件系統的各個(gè)信號的時(shí)序進(jìn)行很好的分析，以便最好地利用系統資源，消除由定時(shí)分析能夠分析出的一些故障；
　　第三個(gè)層次：要對硬件對軟件的執行情況的分析，以確保寫(xiě)入的程序被硬件系統完整地執行；
　　第四個(gè)層次：需要實(shí)時(shí)地監測軟件的執行情況，對軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)地調試。
　　第五個(gè)層次：需要進(jìn)行現有客戶(hù)系統的軟件和硬件系統性的解剖分析，達到我們對現有客戶(hù)系統的軟件和硬件系統全面透徹地了解和掌握的功能。
　　對以上的幾個(gè)層次的要求，我們可以看出，他們并不都需要很高檔的邏輯分析儀，對于第一層次的使用者，他們甚至用一臺功能比較好的示波器就可以解決問(wèn)題，針對以上的幾個(gè)使用層次，在選擇儀器時(shí)可以選用相應的儀器。實(shí)際上邏輯分析儀也有幾個(gè)層次，他們有：
　　1、 普通2～4通道的數字存儲器，例如TDS3000系列（加上TDS3TRG高級觸發(fā)模塊），利用它的一些高級觸發(fā)功能（例如脈沖寬度觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、各個(gè)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(guò)用了一臺示波器的附加功能，可以說(shuō)這種方式是最節省的方式。
　　2、當示波器的通道數不夠時(shí)，也可以選用一些帶有簡(jiǎn)單的定時(shí)分析功能的多通道定時(shí)分析儀器，如早期的邏輯分析儀和現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(jiǎn)單，速度不是特別快的的計算機插卡 式，基于Windows、絕大部分功能都由軟件來(lái)完成的虛擬儀器，這類(lèi)產(chǎn)品在國內的很多廠(chǎng)家都有生產(chǎn)。
　　4、采樣速率、觸發(fā)功能、分析功能都很強大的不可擴展的固定式整機。例TLA600系列。
　　5、功能更強擴展性更好的模塊化插卡式整機；對不同的用戶(hù)，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：
　　1、邏輯分析儀的通道數 ：在需要邏輯分析儀的地方，要對一個(gè)系統進(jìn)行全面地分析，就應當把所有應當觀(guān)測的信號全部引入邏輯分析儀當中，這樣邏輯分析儀的通道數至少應當是：被測系統的字長(cháng)（數字總線(xiàn)數）＋被測系統的控制總線(xiàn)數＋時(shí)鐘線(xiàn)數。這樣對于一個(gè)16位機系統，就至少需要68個(gè)通道�，F在幾個(gè)廠(chǎng)家的主流產(chǎn)品的通道數多達340通道以上。例Tektronix等。
　　2、定時(shí)采樣速率 ：在定時(shí)采樣分析時(shí)，要有足夠的 定時(shí)分辨率，就應當足夠高的定時(shí)分析采樣速率，我們應當知道，并不是只有高速系統才需要高的采樣速率（見(jiàn)下表）現在的主流產(chǎn)品的采樣速率高達2Gs/S，在這個(gè)速率下，我們可以看到0.5ps時(shí)間上的細節。
　　以下是一些很常見(jiàn)的芯片的工作頻率和建立/保持時(shí)間的列表，我們可以看出，即使它們的工作頻率很低，但在時(shí)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(shí)，邏輯分析儀采樣基準時(shí)鐘就用被測試對象的工作時(shí)鐘（邏輯分析儀的外部時(shí)鐘）這個(gè)時(shí)鐘的最高速率就是邏輯分析儀的高狀態(tài)分析速率。也就是說(shuō)，該邏輯分析儀可以分析的系統最快的工作頻率�，F在的主流產(chǎn)品的定時(shí)分析速率在100MHz，最高可高達300MHz甚至更高。
　　4、邏輯分析儀的每通道的內存長(cháng)度：邏輯分析儀的內存是用于存儲它所采樣的數據，以用于對比、分析、轉換(譬如將其所捕捉到的信號轉換成非二進(jìn)制信號【匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言 、C++ 等】，等在選擇內存長(cháng)度時(shí)的基準是“大于我們即將觀(guān)測的系統可以進(jìn)行最大分割后的最大塊的長(cháng)度。
　　5、邏輯分析儀的探頭：邏輯分析儀通過(guò)探頭與被測器件連接，探頭起著(zhù)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(huì )轉換成定時(shí)誤差。邏輯分析儀具有幾十至幾百通道的 探頭其頻率響應從幾十至幾百MHz,保證各路探頭的相對延時(shí)最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。Agilent公司的無(wú)源探頭和Tektronix公司的有源探頭最具代表性，屬于邏輯分析儀的高檔探頭。
　　邏輯分析儀的強項在于能洞察許多信道中信號的定時(shí)關(guān)系�？上У氖�，如果各個(gè)通道之間略有差別便會(huì )產(chǎn)生通道的定時(shí)偏差，在某些型號的 邏輯分析儀里，這種偏差能減小到最小，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HP16600型，在所有通道中的時(shí)間偏差約為1ns。因而探頭非常重要，詳見(jiàn)本站“測試附件及連接探頭”。  
　　a）探頭的阻性負載，也就是探頭的接入系統中以后對系統電流的分流作用的大小，在數字系統中，系統的電流負載能力一般在幾個(gè)KΩ以上，分流效應對系統的影響一般可以忽略，現在流行的幾種長(cháng)邏輯分析儀探頭的阻抗一般在20～200KΩ之間。
　　b）探頭的容性負載：容性負載就是探頭接入系統時(shí)，探頭的等效電容，這個(gè)值一般在1～30PF之間，在現在的高速系統中，容性負載對電路的影響遠遠大于阻性負載，如果這個(gè)值太大，將會(huì )直接影響整個(gè)系統中的信號“沿”的形狀改變整個(gè)電路的性質(zhì)，改變邏輯分析儀對系統觀(guān)測的實(shí)時(shí)性，導致我們看到的并不是系統原有的特性。
　c）探頭的易用性：是指探頭接入系統時(shí)的難易程度，隨著(zhù)芯片封裝的密度越來(lái)越高，出現了BGA、QFP、TQFP、PLCC、SOP等各種各樣的封裝形式，IC的腳間距最小的已達到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(lái)越小，典型的已達到0.5mm×0.8mm。
　　d) 與現有電路板上的調試部分的兼容性。
　　6、系統的開(kāi)放性：隨著(zhù)數據共享的呼聲越來(lái)越高，我們所使用的系統的開(kāi)放性就越來(lái)越重要，現在的邏輯分析儀的操作系統也由過(guò)去的專(zhuān)用系統發(fā)展到使用Windows介面，這樣我們在使用時(shí)很方便。
小結
　　如果在你的工作中有數字邏輯信號，你就有機會(huì )使用邏輯分析儀。因此應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(hù)多半會(huì )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(lèi)也不多，而且不太復雜。
　　從另一方面說(shuō)，如果需要用最快速度的和最大型的分析能力很強的邏輯分析儀，已有現成的解決方案。這種新穎儀器幾乎不會(huì )出現通道對通道的延時(shí)以及探頭的負載影響。如果你稍有疏漏，則可能要花費幾萬(wàn)美元的學(xué)費才能取得經(jīng)驗。
　　確實(shí)能捕獲到信號才是第一重要的事。當你知道正在捕獲的 數據是有用的數據時(shí)就靠邏輯分析儀能力的發(fā)揮了。