數(shù)字電路測(cè)試中邏輯分析系統(tǒng)的應(yīng)用探討

1、數(shù)字電路測(cè)試中邏輯分析系統(tǒng)的應(yīng)用探討 【摘 要】邏輯分析系統(tǒng)通常運(yùn)用到對(duì)數(shù)字電路和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析。雖然該系統(tǒng)發(fā)展了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但是由于相關(guān)程序復(fù)雜難懂，操作繁瑣，成本較高，很難被工程師所認(rèn)可。本文針對(duì)以上問(wèn)題，分析邏輯分析系統(tǒng)的作用、發(fā)展?fàn)顩r、指標(biāo)概念、示波器等相關(guān)部件，以此來(lái)證明邏輯分析系統(tǒng)在數(shù)字電路測(cè)試中的重要性。 【關(guān)鍵詞】邏輯分析系統(tǒng)；示波器；數(shù)字電路 引言 當(dāng)無(wú)故障的電路系統(tǒng)所判斷的邏輯功能和數(shù)字電路所實(shí)現(xiàn)的邏輯系統(tǒng)不符時(shí)，則表明該系統(tǒng)出現(xiàn)了故障問(wèn)題。數(shù)字電路的故障問(wèn)題分為兩大類，分別為：物理故障、邏輯故障。物理故障是因?yàn)閮?nèi)部的連線發(fā)生短接、電路原件損壞等原因。邏輯故障是因?yàn)閿?shù)字電

2、路系統(tǒng)的控制邏輯系統(tǒng)出現(xiàn)異常。在以上的故障當(dāng)中，如果故障不隨著時(shí)間的變化而改變我們稱之為永久故障；如果故障時(shí)隱時(shí)現(xiàn)稱之為間歇故障。數(shù)字電路的故障大多是因?yàn)楣潭ㄐ缘倪壿嫻收?，為了能夠有效地檢測(cè)故障，以確保數(shù)字電路的正常平穩(wěn)工作，就需要對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行測(cè)試。要診斷以上問(wèn)題的所在需要根據(jù)相關(guān)儀器進(jìn)行確認(rèn)，這些儀器能夠精準(zhǔn)的判斷系統(tǒng)的問(wèn)題所在，進(jìn)而確定故障的準(zhǔn)確位置。 通常使用邏輯分析儀的場(chǎng)合主要有：1、需要觀察多個(gè)信號(hào)的問(wèn)題。2、需要同硬件設(shè)施相同的方法查看信號(hào)。3、需要高低電平模式進(jìn)行觸發(fā)。4、查看及時(shí)跟蹤軟件在系統(tǒng)當(dāng)中的作用與情況。 1 邏輯分析儀的相關(guān)概念 （1）通道數(shù)量：通道數(shù)量它是邏輯分析儀

3、中最簡(jiǎn)單的指標(biāo)。如果對(duì)數(shù)字電路系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查和分析，就必須將待測(cè)信號(hào)全部引入到邏輯分析儀當(dāng)中。邏輯分析儀的通道數(shù)為被測(cè)系統(tǒng)的總線路數(shù)+數(shù)據(jù)總線書(shū)+時(shí)鐘線數(shù)。針對(duì)8位系統(tǒng)而言，需要最少30個(gè)通道的邏輯分析儀，所以在一般情況下邏輯分析儀到多數(shù)通道數(shù)為34，到目前為止最高的通道數(shù)已經(jīng)高達(dá)340個(gè)。 （2）定時(shí)采樣速率：當(dāng)進(jìn)行定時(shí)采樣的分析，需要擁有較高的分析采樣速率。目前而言主流的邏輯分析儀采用的速率可達(dá)到2gs/s，在此速率下，能夠觀察到0.5ps時(shí)間的細(xì)節(jié)分布。 （3）狀態(tài)分析速率：當(dāng)進(jìn)行狀態(tài)分析時(shí)，邏輯分析儀外部的時(shí)鐘是邏輯分析儀在采樣時(shí)的基準(zhǔn)時(shí)鐘。該時(shí)鐘的最高分析速率就是邏輯分析儀最佳狀

4、態(tài)下的分析速率?，F(xiàn)在市面上的主流分析速率為100-500mhz。 （4）通道記錄長(zhǎng)度：邏輯分析儀當(dāng)中的內(nèi)存能夠?qū)ζ涫占臄?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析與轉(zhuǎn)化。 （5）測(cè)試夾具與探頭：探頭是連接邏輯分析儀和被測(cè)器件的紐帶。探頭的它能夠保持信號(hào)的完整。隨著科技的發(fā)展，芯片的封裝密度逐漸升高，如果想要將信號(hào)引出，非常的困難；與此同時(shí)現(xiàn)在的分立器的尺寸也逐漸變小。在此測(cè)試夾變得尤為的重要，它能夠使人脫手操作，防止芯片因?yàn)槎搪范鵁龎摹?2 邏輯分析儀與示波器的對(duì)比 邏輯分析儀的起步較晚，因?yàn)槭静ㄆ鞑荒軌蛲瑫r(shí)滿足多路的測(cè)試，所以邏輯分析儀被發(fā)明出來(lái)。在測(cè)試領(lǐng)域，示波器是相對(duì)最早的測(cè)試設(shè)備，它是基于雷達(dá)掃描原理，對(duì)信號(hào)

5、進(jìn)行收集和再現(xiàn)，源于傳統(tǒng)的模擬電路和模擬信號(hào)基礎(chǔ)。伴隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信號(hào)的測(cè)試尤為的重要，期初數(shù)字信號(hào)測(cè)試?yán)檬静ㄆ?，后?lái)發(fā)明了狀態(tài)分析儀和定時(shí)分析儀，由于二者的成本較高，所以市場(chǎng)的流通并不理想。 邏輯分析儀通常僅有倆個(gè)電壓等級(jí)：低電壓和高電壓。邏輯分析儀它是通過(guò)收集的信號(hào)進(jìn)行分析判定，低于參考電壓為0，高于參考電壓為1，形成0與1的數(shù)字波形。自邏輯分析儀誕生以后，它就被扣上操作繁瑣，價(jià)格昂貴，對(duì)于使用人員需要很高的要求，與示波器相比僅僅多了幾項(xiàng)功能的帽子。但是隨著科技水平的發(fā)展，邏輯分析器的成本逐漸的降低，它已經(jīng)逐步的成為基本的測(cè)試工具。 3 邏輯分析儀的應(yīng)用 在使用邏輯分析儀時(shí)我們

6、應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)，就能夠發(fā)揮其真正的作用。 （1）被測(cè)系統(tǒng)同邏輯分析儀的探頭連接。在使用該工具之前，第一要選擇適當(dāng)?shù)奶筋^和需要被測(cè)的系統(tǒng)相連接，探頭內(nèi)部有著比較器能夠?qū)⑤斎氲碾妷汉烷T限的電壓二者進(jìn)行比較，來(lái)確定邏輯狀態(tài)。該探頭的類型有很多，需要根據(jù)需要來(lái)選取對(duì)應(yīng)的探頭。最普遍的探頭一般是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的“夾子狀”。邏輯探頭能夠?qū)⒏哔|(zhì)量的信號(hào)捕獲，同時(shí)能夠?qū)⒂绊懴拗频阶畹汀＿壿嬏筋^還能夠?qū)⒏哔|(zhì)量的信號(hào)傳遞到邏輯分析儀器中，與電路板有著多種連接方式。 （2）觸發(fā)條件和時(shí)鐘模式。當(dāng)邏輯分析儀與需要被測(cè)的系統(tǒng)連接完畢后，就需要對(duì)觸發(fā)條件以及時(shí)鐘模式進(jìn)行設(shè)置。異步捕獲與同步捕獲是邏輯分析器的兩種特殊的捕獲方式

7、。 異步捕獲模式：邏輯分析儀采用內(nèi)部時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)分析采樣，采樣速度快，測(cè)試的分辨率非常高。采樣速率對(duì)于異步定時(shí)而言是非常的重要，異步捕獲模式通常沒(méi)有穩(wěn)定的時(shí)間關(guān)系，其主要的關(guān)系為被測(cè)系統(tǒng)與時(shí)間的關(guān)系。同步捕獲模式：該捕獲模式通過(guò)利用一個(gè)被測(cè)信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)。邏輯分析儀一般情況下在外部的時(shí)鐘邊緣進(jìn)行采樣，所收集的數(shù)據(jù)能夠代表邏輯信號(hào)被測(cè)電路的此時(shí)狀態(tài)。邏輯分析儀收集的時(shí)鐘信號(hào)一般被要求小于一定的頻率，該頻率為邏輯分析儀最大狀態(tài)速率。邏輯分析器的一大優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)θ魏蔚倪壿嫍l件進(jìn)行觸發(fā)。這樣能夠設(shè)定何時(shí)能夠捕獲數(shù)據(jù)，篩選捕獲的數(shù)據(jù)，并且能夠跟蹤被測(cè)電路的邏輯狀態(tài)，同時(shí)將被測(cè)系統(tǒng)中觸發(fā)用戶已經(jīng)定義的事

8、件。 （3）捕獲被測(cè)信號(hào)。在使用邏輯分析儀之前需要確定邏輯分析儀的通道數(shù)。數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中有著各不相同的寬度，通道數(shù)量通常情況下是總線寬的4倍。將捕獲信號(hào)確定后，需要考慮邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度。邏輯分析儀會(huì)將捕獲到的數(shù)據(jù)立刻傳遞給存儲(chǔ)器當(dāng)中。存儲(chǔ)器它是邏輯分析儀的“心臟”，它不僅是被采樣數(shù)據(jù)的目的地，而且還是邏輯分析儀分析數(shù)據(jù)的中心。 （4）分析與顯示捕獲數(shù)據(jù)。邏輯分析儀能夠?qū)⒉东@到的信號(hào)以不同的形式進(jìn)行查看，例如二進(jìn)制代碼以及時(shí)間波形等形式。在一般情況下，相關(guān)人員使用總線形式來(lái)顯示捕獲數(shù)據(jù)。通常的邏輯分析儀能夠觀察多組平行的總線和相互管量的數(shù)據(jù)，這樣能夠了解邏輯代碼的內(nèi)涵。使用邏輯分析儀觀察平行的總線時(shí)，首先需要先觀察同步狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果同步狀態(tài)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題，就需要去了解異步時(shí)鐘數(shù)去解決問(wèn)題所在。 4 結(jié)束語(yǔ) 邏輯分析儀的優(yōu)點(diǎn)就是能夠捕獲并且顯示許多信號(hào)，同時(shí)能夠準(zhǔn)確的分析這些被捕獲的信號(hào)的邏輯關(guān)系和時(shí)間關(guān)系，邏輯分析儀是數(shù)字設(shè)計(jì)調(diào)試和判斷過(guò)程中公認(rèn)的最優(yōu)秀的工具，它能夠檢驗(yàn)數(shù)字電路是否工作正常，幫助相關(guān)人員快速的排查電路系統(tǒng)問(wèn)題。在當(dāng)前邏輯分析儀的發(fā)展正在逐漸起步，隨著時(shí)間的推進(jìn)，在未來(lái)每一位工程師都能夠輕松的使用邏輯分析儀。 參考文獻(xiàn)： 1林玉池.測(cè)量控制與儀器儀表前沿技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)m.天津：天