《電子測(cè)量技術(shù)》課件第8章

第8章數(shù)據(jù)域測(cè)試8.1概述8.2數(shù)據(jù)域測(cè)試系統(tǒng)8.3邏輯分析儀8.4數(shù)據(jù)域測(cè)試的應(yīng)用思考與練習(xí)8.1概述隨著大規(guī)模集成電路和微處理器的問(wèn)世，特別是超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展，電子世界正在興起一場(chǎng)深刻的革命,這場(chǎng)革命使許多傳統(tǒng)的測(cè)試?yán)碚摗⒎椒ê图夹g(shù)正在為之改觀。在現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)中相應(yīng)地開(kāi)拓出一個(gè)新的測(cè)試領(lǐng)域，即數(shù)據(jù)域測(cè)試。目前，數(shù)據(jù)域測(cè)試與傳統(tǒng)的時(shí)域測(cè)試和頻域測(cè)試已鼎足而立。8.1.1數(shù)據(jù)域測(cè)試的特點(diǎn)時(shí)域測(cè)試和頻域測(cè)試方法是電路和系統(tǒng)的傳統(tǒng)分析和測(cè)試方法，對(duì)于模擬電路和系統(tǒng)是久經(jīng)考驗(yàn)而行之有效的，但對(duì)于復(fù)雜的數(shù)字電路和系統(tǒng)卻未必能奏效，甚至?xí)耆珶o(wú)能為力。這是因?yàn)閿?shù)字電路和系統(tǒng)所處理的信息是用離散的二進(jìn)制信息來(lái)表示的。這種二進(jìn)制信息常用高電平表示“1”，用低電平表示“0”，由多位0、1數(shù)字的不同組合表示具有一定意義的信息。在每一特定時(shí)刻，多位0、1數(shù)字的組合稱為一個(gè)數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)字隨時(shí)間的變化按一定的時(shí)序關(guān)系形成了數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流。這說(shuō)明，數(shù)字系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)或字作為時(shí)間或時(shí)序的函數(shù)。運(yùn)行正常的數(shù)字系統(tǒng)或設(shè)備，其數(shù)據(jù)流是正確的；若系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流發(fā)生錯(cuò)誤，則說(shuō)明該系統(tǒng)發(fā)生了故障。在現(xiàn)代的數(shù)字電路和系統(tǒng)中，針對(duì)怎樣對(duì)系統(tǒng)中的“數(shù)據(jù)流”進(jìn)行測(cè)試，如何判斷系統(tǒng)有無(wú)故障并確定故障范圍的問(wèn)題，出現(xiàn)了一門(mén)新的面向數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)即數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)域測(cè)試。數(shù)據(jù)流測(cè)試是研究數(shù)據(jù)處理過(guò)程中數(shù)據(jù)流的關(guān)系，僅當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流不對(duì)時(shí)，才需要了解這個(gè)數(shù)據(jù)字的電壓情況，而數(shù)字電路輸入輸出引腳多，內(nèi)部控制電路復(fù)雜，發(fā)生錯(cuò)誤區(qū)域附近的信號(hào)節(jié)點(diǎn)數(shù)目大，使采用傳統(tǒng)的示波器分析變得復(fù)雜且難以勝任。傳統(tǒng)的以頻域或時(shí)域概念為基礎(chǔ)的測(cè)試方法和儀器已難以完滿地分析今天復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，故數(shù)字域測(cè)量工程需要一種新的測(cè)量?jī)x器。這種新的測(cè)量?jī)x器專門(mén)用來(lái)檢測(cè)、處理和分析數(shù)據(jù)流，這種儀器稱為數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器。數(shù)據(jù)域測(cè)試設(shè)備目前主要有：邏輯分析儀、特征分析和激勵(lì)儀器、微機(jī)及數(shù)字系統(tǒng)故障診斷儀、在線仿真器、數(shù)據(jù)圖形產(chǎn)生器、微型計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、印制電路板測(cè)試系統(tǒng)等。目前數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試費(fèi)用約占研制生產(chǎn)總費(fèi)用的30%～40%，隨著數(shù)字系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，這一比例還在提高?，F(xiàn)代各種先進(jìn)裝備中幾乎都帶有微處理器或微計(jì)算機(jī)的數(shù)字系統(tǒng)，數(shù)字電路越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)越來(lái)越大，隨之帶來(lái)的維護(hù)和檢修問(wèn)題也日益嚴(yán)重，特別是在一些實(shí)時(shí)控制的聯(lián)機(jī)應(yīng)用中，諸如航天、航空的飛行控制，武器系統(tǒng)的管理和控制，化學(xué)過(guò)程和核反應(yīng)堆的管理和控制等。如果在電路設(shè)計(jì)中不考慮測(cè)試問(wèn)題，則會(huì)使測(cè)試費(fèi)用急劇增長(zhǎng)，甚至采用當(dāng)前最先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)也可能無(wú)法進(jìn)行測(cè)試，為此，近幾年迅速發(fā)展了“數(shù)字電路的可測(cè)性設(shè)計(jì)和內(nèi)建自測(cè)試技術(shù)”，前者使數(shù)字電路的測(cè)試變得可能和容易，后者使電路具有自測(cè)試能力，從而比較徹底地解決了數(shù)字電路的測(cè)試問(wèn)題。數(shù)據(jù)測(cè)試技術(shù)的最新發(fā)展之一是無(wú)接觸測(cè)試，即在測(cè)試器與被測(cè)板之間沒(méi)有接觸，省去了各種測(cè)試夾具及連接器。目前已被采用的有自動(dòng)視覺(jué)測(cè)試(AVT)和熱圖像處理等技術(shù)。AVT技術(shù)利用攝像機(jī)采集被測(cè)試板的圖像信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理來(lái)發(fā)現(xiàn)故障。熱圖像技術(shù)利用紅外線掃描，獲取并分析被測(cè)板的熱圖像信息，找出異常的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)以確定故障。不少系統(tǒng)還引入人工智能和專家系統(tǒng)，不僅可進(jìn)行故障診斷，還可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則提出一些改進(jìn)意見(jiàn)和建議，如同開(kāi)藥方一樣。本章重點(diǎn)介紹數(shù)字域測(cè)試的內(nèi)容、數(shù)字域測(cè)試系統(tǒng)的組成、邏輯分析儀器以及數(shù)字域測(cè)試的應(yīng)用等。8.1.2數(shù)據(jù)域測(cè)試的重要性如果一個(gè)系統(tǒng)共有n種故障模式，為分析簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)n種故障模式的出現(xiàn)是等概率的，并設(shè)為p，即不出現(xiàn)故障的概率為(1-p)，則整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)故障概率或成品率為：y0=(1-p)n(8-1)定義測(cè)試質(zhì)量d為單個(gè)故障的偵出率，即通過(guò)測(cè)試而被偵查出來(lái)的概率。則經(jīng)測(cè)試偵查出故障并排除故障后系統(tǒng)的無(wú)故障概率或成品率變?yōu)椋?8-2)即經(jīng)測(cè)試并排除故障之后，系統(tǒng)的無(wú)故障概率由原來(lái)的y0提高到y(tǒng)。如果一個(gè)系統(tǒng)原來(lái)的無(wú)故障概率為y0=0.85，測(cè)試質(zhì)量為d=0.98，根據(jù)公式(8-2)有：y=0.85(1-0.98)=0.850.02=0.9967549也就是經(jīng)過(guò)測(cè)試并排除故障后，使系統(tǒng)的無(wú)故障概率由原來(lái)的85%提高到99.7%。表8-1列出了系統(tǒng)故障出現(xiàn)概率為p=1%而經(jīng)測(cè)試質(zhì)量d=95%的測(cè)試后，成品率變化的情況。從表中可以看出，隨著故障模式n的增加，系統(tǒng)無(wú)故障概率y急劇下降，而經(jīng)測(cè)試后，系統(tǒng)的無(wú)故障概率又急劇上升。可見(jiàn)，數(shù)據(jù)域測(cè)試在提高系統(tǒng)可靠性中的重要性。表8-1測(cè)試質(zhì)量與系統(tǒng)無(wú)故障概率的關(guān)系8.1.3數(shù)據(jù)域測(cè)試的基本理論及方法

1.窮舉測(cè)試法要對(duì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)作出完備測(cè)試，最簡(jiǎn)單的方法無(wú)疑是窮舉測(cè)試法，它將可能的全部輸入組合加于被測(cè)系統(tǒng)，看是否得到應(yīng)有的輸出結(jié)果。如果對(duì)所有的輸入信號(hào)，輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系都正確，則這個(gè)數(shù)字電路就是正確的；如果輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系不正確，則這個(gè)數(shù)字電路就是錯(cuò)誤的。這種測(cè)試方法就是窮舉測(cè)試法。對(duì)于復(fù)雜的被測(cè)電路，以一個(gè)正確的電路作為參考電路，兩電路加上同樣的測(cè)試數(shù)據(jù)流，對(duì)它們的輸出進(jìn)行比較，如果兩電路輸出數(shù)據(jù)流始終相同，則被測(cè)電路是正確的，否則被測(cè)電路是錯(cuò)誤的，根據(jù)這個(gè)比較結(jié)果，給出“合格/失敗”的指示。窮舉測(cè)試法原理框圖如圖8-1所示，圖中的“窮舉測(cè)試矢量產(chǎn)生”即為窮舉測(cè)試數(shù)據(jù)流產(chǎn)生”的意思。圖8-1窮舉測(cè)試法原理框圖窮舉測(cè)試法的優(yōu)點(diǎn)是能夠測(cè)出100%的故障，也就是能夠揭示復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的全部故障。窮舉測(cè)試法的缺點(diǎn)是，測(cè)試時(shí)間隨輸入端數(shù)n的增加呈指數(shù)增加。例如，n=4時(shí)，2n=16，即輸入端數(shù)為4時(shí)，輸入信號(hào)有16種可能的組合情況；n=8時(shí)，2n=256；n=16時(shí)，2n=65536。以此類推，當(dāng)n很大時(shí)，窮舉測(cè)試所需的時(shí)間太長(zhǎng)以致無(wú)法使用，因此又提出了偽窮舉測(cè)試技術(shù)。

2.偽窮舉測(cè)試法偽窮舉測(cè)試的基本思想是，把一個(gè)大電路劃分成數(shù)個(gè)子電路，對(duì)每個(gè)子電路進(jìn)行窮舉測(cè)試，總起來(lái)說(shuō)，對(duì)每個(gè)子電路測(cè)試的輸入組合數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)一個(gè)大電路進(jìn)行窮舉測(cè)試所需的輸入組合數(shù)，因此，可大大節(jié)省測(cè)試時(shí)間。例如，當(dāng)輸入端數(shù)n=16時(shí)，如果可將該電路劃分成兩個(gè)n=8的數(shù)字電路，則測(cè)試輸入組合信號(hào)數(shù)可由216=65536減少為28+28=256+256=512，測(cè)試時(shí)間可降低(216/29-1)倍，即降低127倍，也即降為原測(cè)試時(shí)間的1/128。偽窮舉測(cè)試法的子電路劃分可以采用兩種方法。一種是多路開(kāi)關(guān)硬件劃分法，一種是敏化劃分法。多路開(kāi)關(guān)硬件劃分法是在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，加入多路開(kāi)關(guān)，從硬件上將一個(gè)復(fù)雜的電路劃分為若干個(gè)相關(guān)的子電路。多路開(kāi)關(guān)的作用是便于在測(cè)試時(shí)，斷開(kāi)其他子電路，而將被測(cè)試的子電路與輸入端和輸出端相連接，再連接到外邊的測(cè)試電路中。用多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行劃分的缺點(diǎn)是增加了硬件，此外，插入多路開(kāi)關(guān)在電路正常工作時(shí)增加了電路延遲，降低了工作速度。采用敏化劃分技術(shù)可以克服這些缺點(diǎn)。敏化劃分技術(shù)是采用通路敏化方法，對(duì)被測(cè)試的子電路進(jìn)行分析，確定出在輸入端的2n個(gè)組合數(shù)據(jù)流中，選取m個(gè)組合，m＜2n，只輸入這m種組合情況，即可完全測(cè)試子電路的性能，這種組合稱為“最小完全測(cè)試集”。例如，n=2時(shí),輸入可能的組合是00，01，10，11。如果經(jīng)分析，只需m=(00，01，11)種輸入組合，就可完全測(cè)試子電路的性能，則m稱為該子電路的最小完全測(cè)試集。也相當(dāng)于從輸入找到了一條到達(dá)子電路的敏化通路，這就是敏化劃分法。敏化劃分測(cè)試與硬件劃分測(cè)試結(jié)果是一樣的，但敏化劃分不需要插入多路開(kāi)關(guān)，因而不增加硬件設(shè)備，也不降低電路速度。但敏化通路的最小完全測(cè)試集的確定，又成為一個(gè)較為困難的問(wèn)題。

3.隨機(jī)測(cè)試法將圖8-1中的“窮舉測(cè)試矢量產(chǎn)生”電路改換成“隨機(jī)測(cè)試矢量產(chǎn)生”電路，該圖即為隨機(jī)測(cè)試法的原理框圖。“隨機(jī)測(cè)試矢量產(chǎn)生”電路隨機(jī)地產(chǎn)生輸入可能的2n種組合數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流，由它產(chǎn)生的隨機(jī)或偽隨機(jī)測(cè)試矢量序列(數(shù)據(jù)流序列)同時(shí)加到被測(cè)電路和已知功能完好的參考電路中，對(duì)他們的輸出響應(yīng)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，給出“合格/失敗”的指示。隨機(jī)測(cè)試矢量產(chǎn)生器可以由軟件產(chǎn)生也可以由硬件產(chǎn)生。如果由軟件產(chǎn)生，一般首先確定一種算法，算法確定之后，產(chǎn)生的測(cè)試矢量序列通常具有重復(fù)性的特點(diǎn)，它稱為偽隨機(jī)序列。由硬件產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)列常用線性反饋移位寄存器的方法，該電路產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)列也是偽隨機(jī)序列。為區(qū)別于真正的隨機(jī)測(cè)試，對(duì)于施加偽隨機(jī)序列所進(jìn)行的測(cè)試稱為偽隨機(jī)測(cè)試。我們知道，窮舉測(cè)試的故障覆蓋率是100%，而隨機(jī)測(cè)試的一個(gè)重要問(wèn)題，就是確定為達(dá)到給定的故障覆蓋率，輸入測(cè)試隨機(jī)矢量序列的長(zhǎng)度?；蛘叻催^(guò)來(lái)說(shuō)，對(duì)于給定的測(cè)試序列長(zhǎng)度，計(jì)算出能得到多高的故障覆蓋率。

總之，隨機(jī)測(cè)試一般達(dá)不到100%的故障覆蓋率，根據(jù)給定的測(cè)試矢量長(zhǎng)度推算故障覆蓋率的計(jì)算是困難的，但在一般不嚴(yán)格要求置信度的場(chǎng)合，隨機(jī)測(cè)試仍是一種實(shí)用而有效的方法。數(shù)據(jù)域測(cè)試按數(shù)字系統(tǒng)可分為組合邏輯電路的測(cè)試、時(shí)序邏輯電路的測(cè)試及微機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試。不同類型的系統(tǒng)采用不同的測(cè)試方法。

4.組合邏輯電路的測(cè)試目前，組合邏輯電路的測(cè)試原理是以多路敏化為基礎(chǔ)，具體方法有：利用電路結(jié)構(gòu)的拓?fù)浞椒▽で鬁y(cè)試的敏化通路法以及其實(shí)施的D算法和擴(kuò)展(九)D算法；利用解析方法尋求敏化通路的布爾差分法。

1)D算法

D算法的關(guān)鍵在于從故障位置到電路的一切輸出端的全部通路同時(shí)進(jìn)行敏化。用D算法尋求測(cè)試的方法如下。

(1)簡(jiǎn)化表。簡(jiǎn)化表是由真值表通過(guò)求質(zhì)蘊(yùn)含項(xiàng)整理出來(lái)的一種形式更為緊湊的真值表，它更簡(jiǎn)明地描述了電路的特征，圖8-2所示列出了基本邏輯門(mén)電路的簡(jiǎn)化表。組合電路的簡(jiǎn)化表可由基本邏輯門(mén)電路的簡(jiǎn)化表組合而成。圖8-2基本邏輯門(mén)電路的簡(jiǎn)化表

(2)故障初始D矢量。故障初始D矢量描述了故障點(diǎn)的故障表現(xiàn)，它是由故障點(diǎn)的故障值與測(cè)試所加正常值所產(chǎn)生的D矢量，可用測(cè)試值與故障值作Roth交運(yùn)算來(lái)求出。Roth交運(yùn)算的定義如表8-2所示，圖8-3列出了與門(mén)和或門(mén)輸出端有s-a-1(呆滯于1)故障時(shí)的初始D矢量。表8-2Roth交運(yùn)算的定義圖8-3故障初始D矢量

(3)傳遞D矢量。傳遞D矢量是迫使門(mén)電路的輸出唯一地取決于門(mén)的一個(gè)輸入。傳遞D矢量用來(lái)描述正常功能塊對(duì)D矢量的傳遞特性，即表明了敏化通路的敏化條件。同時(shí)傳遞D矢量也是對(duì)被測(cè)電路的一種電路結(jié)構(gòu)描述。傳遞D矢量可用表8-2所列的Roth交運(yùn)算規(guī)則，由簡(jiǎn)化表中具有不同輸出值的兩個(gè)矢量相交而得到。圖8-4所示列出了幾種基本邏輯門(mén)電路的傳遞D矢量。圖8-4基本邏輯門(mén)電路的傳遞D矢量

(4)RothD交運(yùn)算。

RothD交運(yùn)算是建立敏化通路的數(shù)學(xué)工具，表8-3列出了RothD交運(yùn)算的定義，并用算符D表示。在表8-3中，表示D交為空，ψ表示D交無(wú)意義，μ表示D與D不變，

λ表示D交前D應(yīng)反相。(表8-3RothD交運(yùn)算的定義作為一個(gè)例子，利用RothD交運(yùn)算求出如圖8-5所示電路的敏化通路。圖8-5敏化通路舉例從圖中可以看出，與門(mén)G4的傳遞D矢量為：G4=D1×D×與門(mén)G5的傳遞D矢量為：G5=××0DD

用RothD交運(yùn)算求出敏化通路：

G4=D1×D×

G5=××0DD

…

G4∩G5=D10DD可見(jiàn)，輸入端的D矢量傳遞到了輸出端5，其敏化條件是：

2端=13端=0求出敏化通路后，再進(jìn)行相容性檢查，就可求出電路的故障測(cè)試。這里順便提一下，D算法求解敏化通路的條件是比較苛刻的，為此，引入了擴(kuò)展(九值)D算法，并利用求輸出原像的方法，可以更方便地求出敏化通路。

2)布爾差分法布爾差分法是利用分析的方法來(lái)尋求故障的傳播，從而求出電路故障的測(cè)試。布爾差分法的優(yōu)點(diǎn)在于其測(cè)試的普遍性和完備性。布爾差分法是基于布爾差分的定義。布爾差分的定義如下：已知布爾函數(shù)為：y=y(x1,x2,…,xi,…,xn)(8-3)對(duì)自變量xi的差分定義為：

(8-4)求解布爾差分方程：

(8-5)該布爾方程的解就是xi的敏化通路條件，從而可方便地求出電路的測(cè)試。

5.時(shí)序邏輯電路的測(cè)試時(shí)序邏輯電路的測(cè)試比組合邏輯電路的測(cè)試要復(fù)雜且困難得多，目前常采用的有疊接電路法和狀態(tài)變遷檢查法。疊接電路法是將被測(cè)時(shí)序電路中的時(shí)間序列事件變換為空間序列來(lái)進(jìn)行研究的一種方法。它將時(shí)序電路的空間疊代，變成時(shí)間序列疊代的組合電路，然后利用組合電路的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。狀態(tài)變遷檢查法是以有限自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)識(shí)別為基礎(chǔ)進(jìn)行的測(cè)試，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需知道被測(cè)電路的具體實(shí)現(xiàn)，即不必?fù)碛性撾娐返倪壿嬰娐穲D，而只需知道它的狀態(tài)變遷表即可。因此，狀態(tài)變遷檢查法屬于功能性測(cè)試方法，這對(duì)于大規(guī)模電路的測(cè)試是十分有效的。

6.微機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試微機(jī)系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜、規(guī)模相當(dāng)大的數(shù)字系統(tǒng)，要進(jìn)行全面的測(cè)試是十分困難的。一般只能進(jìn)行功能性測(cè)試或運(yùn)行性能測(cè)試，這類測(cè)試是遠(yuǎn)非完備的。鑒于微機(jī)系統(tǒng)測(cè)試的困難，一般都將微機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試分解為若干子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行分別測(cè)試。例如，分解為裸微處理器(CPU)測(cè)試、ROM測(cè)試、RAM測(cè)試和I/O測(cè)試等。8.2數(shù)據(jù)域測(cè)試系統(tǒng)8.2.1系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)域測(cè)試系統(tǒng)的組成原理框圖如圖8-6所示。一個(gè)被測(cè)的數(shù)字系統(tǒng)可以用它的輸入和輸出特性及時(shí)序關(guān)系來(lái)描述，它的輸入特性可用數(shù)字信號(hào)源產(chǎn)生的多通道時(shí)序信號(hào)來(lái)激勵(lì)，而它的輸出特性可用邏輯分析儀來(lái)測(cè)試，獲得對(duì)應(yīng)通道的時(shí)序響應(yīng)，從而得到被測(cè)數(shù)字系統(tǒng)的特性。圖8-6數(shù)據(jù)域測(cè)試系統(tǒng)的組成原理框圖依測(cè)試的內(nèi)容不同，可采用不同的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備。如果還需要進(jìn)一步測(cè)試被測(cè)系統(tǒng)信號(hào)的時(shí)域參數(shù)，如數(shù)字信號(hào)(脈沖)的上升時(shí)間、下降時(shí)間及信號(hào)電平等，則可在被測(cè)系統(tǒng)的輸出端接上一臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器。這樣既可以測(cè)試數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)序特性，又可以測(cè)試時(shí)域參數(shù)。為了測(cè)試的方便，出現(xiàn)了邏輯示波器，它同時(shí)具有邏輯分析和數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能。若要測(cè)試系統(tǒng)中是否存在故障(功能性測(cè)試)，或?qū)Ρ粶y(cè)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，采用特征分析是一有效方法。根據(jù)不同的測(cè)試原理和方法，數(shù)字信號(hào)源既可提供確定性的也可提供偽隨機(jī)的測(cè)試激勵(lì)，將被測(cè)系統(tǒng)測(cè)試響應(yīng)的實(shí)際特征和在同樣測(cè)試激勵(lì)下的無(wú)故障特征作比較，來(lái)判斷被測(cè)系統(tǒng)是否有故障以及定位故障的位置。

1.數(shù)字信號(hào)源數(shù)字信號(hào)源又稱為數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，是數(shù)據(jù)域測(cè)試中的一種很重要的儀器，它可產(chǎn)生圖形寬度可編程的并行和串行數(shù)據(jù)圖形，也可產(chǎn)生輸出電平和數(shù)據(jù)速率可編程的任意波形，以及一個(gè)可由選通信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制的預(yù)先規(guī)定的數(shù)據(jù)流。數(shù)字信號(hào)源可為數(shù)字系統(tǒng)的功能測(cè)試和參數(shù)測(cè)試提供輸入激勵(lì)信號(hào)。功能測(cè)試是測(cè)出被測(cè)器件在規(guī)定電平和正確定時(shí)激勵(lì)下的輸出，就可以知道被測(cè)系統(tǒng)的功能是否正常；參數(shù)測(cè)試可用來(lái)測(cè)試諸如電平值、脈沖的邊沿特性等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

2.特征分析為了識(shí)別一個(gè)電路或系統(tǒng)是否有故障，可以把電路各節(jié)點(diǎn)的正常響應(yīng)記錄下來(lái)，在進(jìn)行故障診斷時(shí)，把實(shí)測(cè)的響應(yīng)與正常電路的響應(yīng)作比較。如果兩者一致，則認(rèn)為電路沒(méi)有故障；如果各節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)中只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)不同，則可斷定電路有故障。然后再根據(jù)不正常響應(yīng)的情況來(lái)分析故障的位置和種類。這樣對(duì)各節(jié)點(diǎn)逐一地測(cè)試與分析顯然會(huì)使測(cè)試成本巨增。隨著集成電路集成度的提高，并受封裝的限制，上述從多節(jié)點(diǎn)觀察測(cè)試響應(yīng)的方法往往受到限制，而且相應(yīng)測(cè)試集也太過(guò)龐大。由于內(nèi)測(cè)試的廣泛應(yīng)用，對(duì)每一測(cè)試激勵(lì)下的響應(yīng)逐一分析不僅是不必要的，有時(shí)甚至是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，出現(xiàn)了特征分析技術(shù)，它是從被測(cè)電路的測(cè)試響應(yīng)中提取出特征(Signature),通過(guò)對(duì)無(wú)故障特征和實(shí)際特征的比較進(jìn)行故障的偵查和定位。特征分析可由特征分析器來(lái)實(shí)現(xiàn)，線性反饋移位寄存器便可構(gòu)成一個(gè)常用的單輸入的特征分析器，如圖8-7所示。圖中，若hi=0(1≤i≤n)表示連線斷開(kāi)；若hi=1，表示連線接通。圖8-7用線性反饋移位寄存器組成的特征分析器特征分析的基本原理是用一個(gè)已知的二進(jìn)制數(shù)(序列)去除被檢驗(yàn)的二進(jìn)制數(shù)(序列)M，所得到的余數(shù)即為特征。由于二進(jìn)制序列可用二元域上的多項(xiàng)式表示，故特征分析過(guò)程對(duì)應(yīng)為二元域上的多項(xiàng)式除法。在基于線性反饋移位寄存器的特征分析中，被除數(shù)為輸入測(cè)試響應(yīng)位流對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式，除數(shù)為該線性反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式。相除后，商對(duì)應(yīng)線性反饋移位寄存器的輸出位流，余數(shù)(該線性反饋移位寄存器中的留數(shù))即為測(cè)試響應(yīng)的特征。理論分析表明，特征分析技術(shù)具有很高的檢錯(cuò)率。當(dāng)測(cè)試序列足夠長(zhǎng)時(shí)，特征分析研究的故障偵出率不低于，m為用作特征分析的LFSR的長(zhǎng)度。當(dāng)m=16時(shí)，故障偵出率高達(dá)99.998%，偵查失誤率是一個(gè)很小的概率。特征分析器，如LFSR，除了圖8-7所示的單輸入外，還有多輸入特征寄存器(Multiple

InputSignatureRegister,MISR)。在MISR中，每位線性反饋移位寄存器單元皆接收被測(cè)電路的一個(gè)輸出位流，如圖8-8所示。圖8-8多輸入特征寄存器(MISR)基于特征分析方法的數(shù)字系統(tǒng)故障診斷的原理如圖8-9所示。被測(cè)電路的無(wú)故障特征或某種故障下的特征可通過(guò)電路的邏輯模擬或故障模擬獲得。通過(guò)事前的模擬建立好特征-故障字典，便可用于故障診斷。圖8-9基于特征分析的數(shù)字系統(tǒng)故障診斷的原理框圖

3.邏輯分析在數(shù)字系統(tǒng)測(cè)試中，關(guān)心的是多個(gè)信號(hào)之間的邏輯關(guān)系及時(shí)間關(guān)系，傳統(tǒng)的通用測(cè)試設(shè)備如示波器等由于受通道數(shù)較少等因素的限制，已無(wú)法滿足數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試要求，邏輯分析和邏輯分析儀有效地解決了復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的檢測(cè)和故障診斷。邏輯分析儀具有通道數(shù)多、存儲(chǔ)容量大、可以多通道信號(hào)邏輯組合觸發(fā)以及數(shù)據(jù)處理顯示功能強(qiáng)等特點(diǎn)，所以，在數(shù)據(jù)測(cè)試中發(fā)揮著很重要的作用。8.2.2數(shù)字信號(hào)源

1.數(shù)字信號(hào)源的結(jié)構(gòu)目前的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器常采用模塊式儀器結(jié)構(gòu)，即由主機(jī)和多個(gè)模塊組成，如圖8-10所示。圖8-10數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的原理框圖主機(jī)包括機(jī)箱、中央處理單元、電源、信號(hào)處理單元(時(shí)鐘產(chǎn)生及啟動(dòng)/停止控制)和人機(jī)接口等。模塊包含序列和數(shù)據(jù)產(chǎn)生部件以及通道放大器。一臺(tái)儀器由多個(gè)數(shù)據(jù)模塊組成，而每個(gè)模塊又具有多個(gè)數(shù)據(jù)通道。用戶可根據(jù)實(shí)際需要的通道數(shù)目來(lái)購(gòu)買，若需增加通道數(shù)還可進(jìn)行擴(kuò)充。數(shù)字信號(hào)源具有一個(gè)由壓控振蕩器(VCO)控制的中央時(shí)鐘發(fā)生器來(lái)作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源，它通過(guò)可編程的二進(jìn)制分頻器產(chǎn)生低頻數(shù)字信號(hào)，在高性能的數(shù)字信號(hào)源中，還使用鎖相環(huán)來(lái)控制壓控振蕩器，以獲得穩(wěn)定性和精確度高的時(shí)鐘。許多數(shù)字信號(hào)源還提供一個(gè)外部時(shí)鐘輸入端，以便用被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘分離電路可提供多個(gè)不同的時(shí)鐘，分別送到各數(shù)據(jù)模塊的時(shí)鐘輸入端。為減小抖動(dòng)和降低噪聲，可用同軸電纜或微帶線來(lái)傳輸時(shí)鐘信號(hào)。信號(hào)處理單元為各時(shí)鐘同時(shí)提供一個(gè)啟動(dòng)/停止信號(hào)。該信號(hào)使數(shù)字信號(hào)源各模塊的工作同步地啟動(dòng)或同步地停止。通常，簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器就用時(shí)鐘的開(kāi)和關(guān)來(lái)啟動(dòng)和停止各數(shù)據(jù)通道。

2.數(shù)據(jù)的產(chǎn)生圖8-10中的序列存儲(chǔ)器在初始化期間寫(xiě)入了每個(gè)通道的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址由地址計(jì)數(shù)器提供。在測(cè)試過(guò)程中，在每一個(gè)作用時(shí)鐘沿上，計(jì)數(shù)器將地址加1。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸出的數(shù)據(jù)與地址是一一對(duì)應(yīng)的，這是產(chǎn)生線性數(shù)據(jù)流的一種簡(jiǎn)單方法，這種方法提供的最大數(shù)據(jù)率每秒大于100Mbit。一個(gè)8∶1的多路器可將運(yùn)行頻率為F/8的8個(gè)并行輸入位轉(zhuǎn)換成頻率為F的串行數(shù)據(jù)流。對(duì)于低速的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，多路器可以不要，從數(shù)據(jù)的每個(gè)數(shù)輸出可直接產(chǎn)生一個(gè)串行數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流加到格式化器的輸入端，通過(guò)格式化器將數(shù)據(jù)流與時(shí)鐘同步。在簡(jiǎn)單情況下，格式化器就是一個(gè)D觸發(fā)器。數(shù)據(jù)的邏輯電平加在D輸入端，在時(shí)鐘信號(hào)沿的作用下輸出。格式化器的輸出直接驅(qū)動(dòng)輸出放大器，放大器的輸出電平是可編程的。在某些數(shù)字信號(hào)源中，通過(guò)在每個(gè)數(shù)據(jù)模塊上提供外部時(shí)鐘和啟動(dòng)/停止輸入，以便產(chǎn)生不同的異步數(shù)據(jù)流。8.3邏輯分析儀對(duì)復(fù)雜的大規(guī)模集成電路的測(cè)試以及對(duì)微處理器和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試主要使用邏輯分析儀。自1973年美國(guó)首先推出邏輯分析儀以來(lái)，這種儀器迅速發(fā)展，正如示波器是調(diào)試模擬電路的重要工具一樣，邏輯分析儀是研究測(cè)試數(shù)字電路的重要工具。由于它仍然以熒光屏顯示的方式給出測(cè)試結(jié)果，所以也稱為邏輯示波器。邏輯分析儀是多線示波器與數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它能對(duì)邏輯電路，甚至包括軟件的邏輯狀態(tài)進(jìn)行記錄和顯示，通過(guò)各種控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯系統(tǒng)的分析。邏輯分析儀能夠用表格形式、波形形式或圖形形式顯示具有多個(gè)變量的數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數(shù)字系統(tǒng)的軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)硬件和軟件的測(cè)試。

所以，它對(duì)包含大量軟硬設(shè)備的系統(tǒng)調(diào)試是很適用的，可以大大提高系統(tǒng)的調(diào)試效率。隨著微處理器的發(fā)展，出現(xiàn)了面向微處理器的邏輯分析儀，對(duì)微處理器和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)水平的提高起到了很大的作用。邏輯分析儀可分為兩大類：邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀。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)分析儀用狀態(tài)表方式顯示被檢測(cè)的邏輯狀態(tài)，且由被測(cè)系統(tǒng)提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘，而邏輯定時(shí)分析儀用定時(shí)圖形方式顯示被測(cè)信號(hào)，且由邏輯分析儀自己提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘。8.3.1邏輯分析儀的組成邏輯分析儀的類型繁多，盡管在通道數(shù)量、取樣頻率、內(nèi)存容量、顯示方式及觸發(fā)方式等方面有較大區(qū)別，但其基本組成結(jié)構(gòu)是相同的。邏輯分析儀的基本組成如圖8-11所示。圖8-11邏輯分析儀的基本組成框圖被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)多通道邏輯測(cè)試探極形成并行數(shù)據(jù)，送至比較器，輸入信號(hào)在比較器中與外部設(shè)定的門(mén)限電平進(jìn)行比較，大于門(mén)限電平值的信號(hào)在相應(yīng)的線上輸出高電平，反之輸出低電平，對(duì)輸入波形進(jìn)行整形。經(jīng)比較整形后的信號(hào)送至采樣器，在時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行采樣。被采樣的信號(hào)按順序記憶在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，假設(shè)存儲(chǔ)器容量為1K，則可認(rèn)為能夠記錄所有輸入通道在1024次采樣中所得到的信息。采樣信息以“先進(jìn)先出”的原則組織在存儲(chǔ)器中，假設(shè)存儲(chǔ)器已存滿數(shù)據(jù)，但尚未得到顯示命令，存儲(chǔ)器將自動(dòng)地舍棄舊數(shù)據(jù)，裝入新數(shù)據(jù)。得到顯示命令，則按照先后順序逐一讀出信息，在顯示器中形成X、Y、Z三個(gè)軸向的模擬信號(hào)，由CRT或LCD屏幕按設(shè)定的顯示方式進(jìn)行被測(cè)量的顯示。8.3.2邏輯分析儀的觸發(fā)方式邏輯分析儀可以同時(shí)采集多路信號(hào)，便于對(duì)被測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)流的邏輯狀態(tài)和各信號(hào)間的相互關(guān)系進(jìn)行觀測(cè)和分析。為了能在較小的存儲(chǔ)容量范圍內(nèi)，采集和存儲(chǔ)所需觀測(cè)點(diǎn)前后變化的波形，邏輯分析儀設(shè)有多種觸發(fā)方式。在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)觀測(cè)時(shí)，必須正確選擇觸發(fā)方式。

1.組合觸發(fā)邏輯分析儀具有“字識(shí)別”觸發(fā)功能，操作者可以通過(guò)儀器面板上的“觸發(fā)字選擇”開(kāi)關(guān)，預(yù)置特定的觸發(fā)字，被測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字與此預(yù)置的觸發(fā)字相比較，當(dāng)二者符合時(shí)產(chǎn)生一次觸發(fā)。設(shè)置觸發(fā)字時(shí)，每一個(gè)通道可取三種觸發(fā)條件：0，1，X?！?”表示該通道為高電平時(shí)才產(chǎn)生觸發(fā)，“0”表示該通道為低電平時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)，“X”表示通道狀態(tài)“任意”，即通道狀態(tài)不影響觸發(fā)條件。各通道狀態(tài)設(shè)置好后，當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)各通道數(shù)據(jù)同時(shí)滿足上述條件時(shí)，才能產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。圖8-12給出四通道組合觸發(fā)的例子，CH.0(1)和CH.3(1)表示通道0與通道3組合觸發(fā)條件為高電平，CH.1(0)表示通道1組合條件為低電平，CH.2(X)表示通道2組合條件“任意”，它不影響觸發(fā)條件，即在CH.0、CH.1、CH.3相與條件下產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。那么，觸發(fā)數(shù)據(jù)字為1001或1101。在數(shù)據(jù)字中，CH.0位于數(shù)據(jù)字最右邊一位，CH.3位于數(shù)據(jù)字最左邊一位。圖8-12四通道組合觸發(fā)組合觸發(fā)方式也稱為內(nèi)部觸發(fā)方式，幾乎所有的邏輯分析儀都采用這種觸發(fā)脈沖產(chǎn)生方式，因此也稱為基本觸發(fā)方式。如上例，采集數(shù)據(jù)流中，出現(xiàn)1001或1101時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，停止數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)器中存入的數(shù)據(jù)是產(chǎn)生觸發(fā)字之前各通道的狀態(tài)變化情況，對(duì)觸發(fā)字而言是已經(jīng)“過(guò)去了”的數(shù)據(jù)。顯示時(shí)，觸發(fā)字顯示于所有數(shù)據(jù)字之后，故也稱為基本的終端觸發(fā)方式。如果觸發(fā)字選擇的是某一出錯(cuò)的數(shù)據(jù)字，那么邏輯分析儀就可捕獲并顯示被測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)這一出錯(cuò)數(shù)據(jù)字之前一段時(shí)間各通道狀態(tài)的變化情況，即被測(cè)系統(tǒng)故障發(fā)生前的工作狀況，顯然，這對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷提供了相當(dāng)方便的手段。

2.延遲觸發(fā)在故障診斷中，常常希望既能看到觸發(fā)點(diǎn)前的情況，又能看到觸發(fā)點(diǎn)后的情況，這時(shí)則可設(shè)置一個(gè)延遲門(mén)，當(dāng)捕獲到觸發(fā)字，延遲一段時(shí)間后再停止數(shù)據(jù)的采集，則存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就包括了觸發(fā)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)。延遲觸發(fā)常用于分析循環(huán)、嵌套循環(huán)這一類程序(配合序列觸發(fā)方式)，也常用于觀察跳動(dòng)性的偶然故障，因?yàn)樗苡^察到跳動(dòng)前后的有關(guān)信息。延遲觸發(fā)的一個(gè)極端情況是：當(dāng)延遲門(mén)關(guān)閉數(shù)據(jù)采集時(shí)，存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的第一個(gè)字剛好是原設(shè)定的觸發(fā)字，則存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)全部是捕獲觸發(fā)字后的數(shù)據(jù)，這種觸發(fā)稱為始端觸發(fā)。一般可控制延遲數(shù)剛好等于存儲(chǔ)容量的一半，可使觸發(fā)字位于中間，這種特殊情況稱為中心觸發(fā)。

3.限定觸發(fā)限定觸發(fā)是對(duì)設(shè)置的觸發(fā)字加限定條件的觸發(fā)方式。有時(shí)設(shè)定的觸發(fā)字在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)較為頻繁，為了有選擇地存儲(chǔ)和顯示特定的數(shù)據(jù)流，邏輯分析儀中增加一些附加通道作為約束或選擇所設(shè)置的觸發(fā)條件。例如，對(duì)前述四通道觸發(fā)字的選擇再加入第五個(gè)通道Q，設(shè)定當(dāng)Q=0時(shí)，觸發(fā)字有效，Q=1時(shí)，觸發(fā)字無(wú)效，第5個(gè)通道Q只作為觸發(fā)字的約束條件，并不對(duì)它進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示，僅僅用它篩選去掉一部分觸發(fā)字，這就是限定觸發(fā)方式。

4.序列觸發(fā)序列觸發(fā)是為檢測(cè)復(fù)雜分支程序而設(shè)計(jì)的一種重要觸發(fā)方式。當(dāng)采樣數(shù)據(jù)與某一預(yù)先設(shè)定的字序列(而不是一個(gè)字)相符合才觸發(fā)跟蹤數(shù)據(jù)流。序列觸發(fā)實(shí)例如圖8-13所示，假設(shè)規(guī)定執(zhí)行通路2的程序后，分析儀才觸發(fā)跟蹤，則分析儀必須在捕獲2849，284A，284C和284E狀態(tài)序列后，才從286F狀態(tài)開(kāi)始跟蹤數(shù)據(jù)流。這個(gè)例子是多級(jí)序列觸發(fā)的例子。圖8-13序列觸發(fā)實(shí)例

5.計(jì)數(shù)觸發(fā)較復(fù)雜的軟件系統(tǒng)中常常有嵌套循環(huán)的情況存在，在邏輯分析儀的觸發(fā)邏輯中設(shè)立一個(gè)“遍數(shù)計(jì)數(shù)器”，那么就能針對(duì)某次需觀察的循環(huán)進(jìn)行跟蹤，而對(duì)其他各次循環(huán)不進(jìn)行跟蹤。例如在圖8-14的嵌套循環(huán)中，若要求檢查第9次I循環(huán)和第8次J循環(huán)后的第7次K循環(huán)時(shí)在狀態(tài)2841后的情況，則分析儀應(yīng)先在獲得如下序列時(shí)開(kāi)始跟蹤數(shù)據(jù)流，即在2840狀態(tài)出現(xiàn)1398次(=9×11×13+8×13+7)后跟蹤數(shù)據(jù)流。28301次28AE

9次28A5

8次2841

7次圖8-14計(jì)數(shù)觸發(fā)實(shí)例

6.“毛刺”觸發(fā)利用濾波器從輸入信號(hào)中取出一定寬度的脈沖作為觸發(fā)信號(hào)，可以在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)毛刺出現(xiàn)前后的數(shù)據(jù)流，有利于觀察和尋找由于外界干擾而引起的數(shù)字電路誤動(dòng)作的現(xiàn)象和原因。除了上述介紹的6種觸發(fā)方式外，有的邏輯分析儀還有一些其他觸發(fā)方式，如：①當(dāng)事件1或事件2出現(xiàn)n次后產(chǎn)生觸發(fā)；②事件1出現(xiàn)n次后出現(xiàn)事件2產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；③事件1出現(xiàn)n次后出現(xiàn)非事件2產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。在使用邏輯分析儀時(shí)，必須正確選用觸發(fā)方式。8.3.3邏輯分析儀的顯示方式邏輯分析儀將被測(cè)信號(hào)用數(shù)字形式寫(xiě)入存儲(chǔ)器以后，測(cè)量者可以根據(jù)需要通過(guò)控制電路將內(nèi)存中的全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定地顯示在屏幕上。邏輯分析儀提供了多種顯示數(shù)據(jù)的方式，以滿足對(duì)數(shù)字系統(tǒng)硬件與軟件的測(cè)量和維修功能。主要的顯示方式有以下幾種。

1.定時(shí)式顯示方式定時(shí)顯示方式，是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲(chǔ)器中的內(nèi)容顯示在CRT或LCD屏幕上，這種方式顯示的是一連串經(jīng)過(guò)整形后的類似方波的波形，高電平代表“1”，低電平代表“0”，顯示邏輯電平與時(shí)間的關(guān)系。由于顯示的不是被測(cè)點(diǎn)信號(hào)的實(shí)際波形，所以也稱為“偽波形”或“偽時(shí)域波形”。這種方式可以將存儲(chǔ)器的全部?jī)?nèi)容按通道順序顯示出來(lái)，也可以改變通道順序顯示，以便于進(jìn)行分析和比較。顯示波形的實(shí)例如圖8-15所示。圖8-15定時(shí)式顯示方式

2.狀態(tài)表顯示方式狀態(tài)表顯示方式可以各種數(shù)制進(jìn)行，如二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制或十六進(jìn)制形式。它是將存儲(chǔ)器內(nèi)容顯示在CRT或LCD屏幕上，顯示情況如圖8-16所示。圖(a)中表示的是幾種數(shù)制混合顯示的情況。有的邏輯狀態(tài)分析儀還能進(jìn)行反匯編，把總線上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)翻譯成助記符，在顯示器上顯示程序表，如圖8-16(b)所示。圖8-16狀態(tài)表顯示方式

3.圖解顯示方式圖解顯示是將顯示屏幕上的X方向作為時(shí)間軸，將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進(jìn)行顯示的一種方式。將欲顯示的數(shù)據(jù)量通過(guò)D/A變換器轉(zhuǎn)變成模擬量，將此模擬量按照存儲(chǔ)器中取出數(shù)字量的先后順序顯示在屏幕上，形成一個(gè)圖像的點(diǎn)陣。圖8-17顯示的是一個(gè)簡(jiǎn)單的BCD計(jì)數(shù)器的工作圖形，BCD計(jì)數(shù)器的工作由全零狀態(tài)(0000B)開(kāi)始，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖使計(jì)數(shù)值增1，計(jì)數(shù)狀態(tài)變化的數(shù)字序列為：0000→0001→0010→0011→0100→0101→0110→0111→1000→1001→0000,周而復(fù)始地循環(huán)。經(jīng)D/A變換后的亮點(diǎn)每次增加1，就形成由左下方開(kāi)始向右上方移動(dòng)的10個(gè)亮點(diǎn)，當(dāng)由1001→0000時(shí)，亮點(diǎn)回到顯示器底部，如此循環(huán)往復(fù)。圖8-17圖解顯示方式這種顯示方式在數(shù)字信號(hào)處理中很有用處。將一個(gè)模擬量經(jīng)過(guò)A/D變換后進(jìn)行處理，如數(shù)字濾波，然后將數(shù)字濾波后的數(shù)字量進(jìn)行D/A變換又變成模擬量，將數(shù)字濾波前后的模擬量分別送到熒光屏上顯示，就可對(duì)數(shù)字濾波前后的模擬量進(jìn)行比較。圖解顯示亦可用于觀察程序的運(yùn)行情況。將地址總線上的信息引入邏輯分析儀，經(jīng)D/A變換后進(jìn)行圖解顯示。在屏幕上呈現(xiàn)周而復(fù)始的地址量表示運(yùn)行循環(huán)程序，對(duì)故障分析有意義的是那些不連續(xù)的地方，因?yàn)樗硎境绦蛱D(zhuǎn)或偏離正常順序狀態(tài)(即出錯(cuò))。這比狀態(tài)表顯示要直觀得多。

4.映像顯示方式映像顯示是把邏輯分析儀存儲(chǔ)器的全部?jī)?nèi)容以點(diǎn)圖形式一次顯示出來(lái)。與圖解顯示不同，這種顯示方式是將每個(gè)存儲(chǔ)器字分為高位和低位兩部分，分別經(jīng)由X、Y方向D/A變換器變換成模擬量，送入CRT的X與Y通道，則每個(gè)存儲(chǔ)器字點(diǎn)亮屏幕上的一個(gè)點(diǎn)。圖8-18為十進(jìn)制1位的BCD計(jì)數(shù)器映像圖，該數(shù)據(jù)字的4位二進(jìn)制代碼分別以b3、b2、b1、b0表示，b3b2位經(jīng)過(guò)D/A變換器送入Y方向，b1b0經(jīng)過(guò)D/A變換后送入X方向，CRT上顯示的第一行四個(gè)點(diǎn)的代碼分別為0000～0011，第二行四個(gè)點(diǎn)的代碼分別為0100～0111，第三行為1000～1001，由1001狀態(tài)返回0000狀態(tài)。圖8-18映像顯示方式若計(jì)數(shù)器有故障，則點(diǎn)圖形將發(fā)生變化，即使是無(wú)經(jīng)驗(yàn)的操作員，也能對(duì)照正確的映像圖，發(fā)現(xiàn)CRT顯示的圖形是否正確，若圖形與正確的映像圖不同，則表示被測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，這種方法比逐行檢查狀態(tài)表要方便得多。用映像顯示方式也可觀察程序的運(yùn)行情況。與圖解顯示方式相同，用分析儀觀察微機(jī)的地址總線，CRT上的每個(gè)亮點(diǎn)是程序運(yùn)行中一個(gè)地址的映像，圖8-19給出了某程序存儲(chǔ)與運(yùn)行映像圖的對(duì)照。圖中以三個(gè)“+”符號(hào)標(biāo)示了地址單元的坐標(biāo)位置。圖8-19程序運(yùn)行的映像圖(a)程序存儲(chǔ);(b)映像圖上述四種顯示方式各具特點(diǎn)，可以相互補(bǔ)充使用。映像圖方式適宜對(duì)系統(tǒng)工作進(jìn)行“全景”檢查，圖解顯示方式適宜對(duì)可疑區(qū)進(jìn)行較仔細(xì)的檢查，狀態(tài)表可對(duì)故障區(qū)進(jìn)行最仔細(xì)的研究。8.3.4邏輯分析儀的應(yīng)用邏輯分析儀的應(yīng)用是將被測(cè)系統(tǒng)接入邏輯分析儀，使用邏輯分析儀的探頭檢測(cè)被測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，邏輯分析儀的探頭是將若干個(gè)探極集中起來(lái)，其觸針細(xì)小，以便于探測(cè)高密度集成電路。邏輯分析儀首先對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。使用被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖作為采樣脈沖的采樣方式稱為同步采樣；使用儀器內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的方式稱為異步采樣。由于分析儀內(nèi)部時(shí)鐘頻率一般較被測(cè)系統(tǒng)高得多，這樣使單位時(shí)間內(nèi)得到的信息量增多，提高了分辨力，從而顯示的數(shù)據(jù)更精確。圖8-20給出了同步采樣和異步采樣工作波形的比較，同步采樣無(wú)法檢測(cè)兩相鄰時(shí)鐘間的干擾波形，而異步采樣可以檢測(cè)出波形中的“毛刺”干擾，并將它存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中記錄下來(lái)。圖8-20同步采樣和異步采樣工作波形的比較邏輯分析儀的存儲(chǔ)器通常采用RAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而方便地觀察瞬變過(guò)程，采用異步采樣方式時(shí)，存儲(chǔ)器的容量相對(duì)要求大些。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中，應(yīng)注意選擇合適的觸發(fā)方式，以便存入適當(dāng)?shù)乃璧臋z測(cè)數(shù)據(jù)流。邏輯分析儀也可不采用觸發(fā)方式工作，使被測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)不斷存入存儲(chǔ)器，待存儲(chǔ)器存滿之后，自動(dòng)進(jìn)入顯示過(guò)程。顯示過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象，選擇合適的顯示方式。邏輯分析儀的工作過(guò)程就是數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、觸發(fā)及顯示的過(guò)程，由于它采用了數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，可將數(shù)據(jù)采集工作和顯示工作分開(kāi)進(jìn)行，也可同時(shí)進(jìn)行，必要時(shí)，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以反復(fù)進(jìn)行顯示，以利于對(duì)問(wèn)題的分析和研究。邏輯分析儀可廣泛地應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試中，如數(shù)字集成電路測(cè)試，印制板系統(tǒng)測(cè)試，微處理器系統(tǒng)測(cè)試，下面介紹邏輯分析儀在數(shù)據(jù)域測(cè)試中的幾種應(yīng)用。

1.硬件測(cè)試及故障診斷邏輯定時(shí)分析儀和狀態(tài)分析儀均可用于硬件電路的測(cè)試及故障診斷。給一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)加入激勵(lì)信號(hào)，用邏輯分析儀檢測(cè)其輸出或內(nèi)部各部分電路的狀態(tài)，即可測(cè)試其功能。通過(guò)分析各部分信號(hào)的狀態(tài)，信號(hào)間的時(shí)序關(guān)系就可以進(jìn)行故障診斷。下面以一些例子說(shuō)明邏輯分析儀在硬件測(cè)試中的具體應(yīng)用。

1)

ROM的指標(biāo)測(cè)試邏輯分析儀可以通過(guò)測(cè)試器件在不同條件下的工作狀態(tài)來(lái)測(cè)試它的極限參數(shù)，下面給出了用邏輯分析儀對(duì)ROM的最高工作頻率和工作壽命進(jìn)行測(cè)試的方法。

(1)ROM最高工作頻率的測(cè)試。圖8-21中給出了ROM最高工作頻率的測(cè)試方案。由數(shù)據(jù)發(fā)生器以計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生ROM的地址，邏輯分析儀工作在狀態(tài)分析方式下，將數(shù)據(jù)發(fā)生器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘送入邏輯分析儀作為數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘，ROM的數(shù)據(jù)輸出送入邏輯分析儀探頭，同時(shí)用頻率計(jì)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率。圖8-21ROM的指標(biāo)參數(shù)測(cè)試首先讓數(shù)據(jù)發(fā)生器低速工作，邏輯分析儀進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，并將采集到的ROM各單元數(shù)據(jù)存入?yún)⒖即鎯?chǔ)器作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后逐步提高數(shù)據(jù)發(fā)生器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率，同時(shí)邏輯分析儀將每次采集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，直到出現(xiàn)不一致為止，此時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)生器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘即為ROM的最高工作頻率。

(2)ROM的壽命測(cè)試。

ROM的壽命可以通過(guò)改變其工作電壓和溫度的方法來(lái)間接測(cè)試，測(cè)試方案與圖8-21類似。此時(shí)改變的是電壓和溫度而不是頻率，首先在正常溫度和工作電壓情況下由邏輯分析儀采集數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后改變工作電壓和溫度，邏輯分析儀采集數(shù)據(jù)并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，直到出現(xiàn)兩者不一致時(shí)，停止并記錄當(dāng)時(shí)的工作電壓及溫度等測(cè)試條件，根據(jù)這些數(shù)據(jù)即可計(jì)算出ROM的工作壽命。

2)譯碼器輸出信號(hào)及毛刺的觀察在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中要用到大量的譯碼電路，譯碼器輸出的片選信號(hào)的正確與否直接影響到系統(tǒng)的正常工作。對(duì)譯碼器的測(cè)試可用如圖8-22(a)來(lái)表示，圖中的分頻電路由3個(gè)D觸發(fā)器組成，在時(shí)鐘fC作用下在輸出端得到0～7(000B～111B)狀態(tài)信號(hào)并送入74LS138的A、B、C三個(gè)輸入端，用邏輯分析儀檢測(cè)74LS138的輸出～。邏輯分析儀工作在定時(shí)分析方式，選擇適當(dāng)?shù)姆治鰰r(shí)鐘頻率，當(dāng)74LS138的G、、滿足要求時(shí)，即可在邏輯分析儀的波形顯示窗口看到如圖8-22(b)所示的譯碼輸出信號(hào)時(shí)序圖。圖8-22邏輯定時(shí)分析儀測(cè)試譯碼電路(a)譯碼電路的測(cè)試;(b)譯碼電路輸出定時(shí)圖當(dāng)分頻電路中的D觸發(fā)器速度較慢(如采用74LS74)時(shí)，74LS138的A、B、C三個(gè)輸入信號(hào)間延時(shí)不一致，有可能在輸出端出現(xiàn)引起錯(cuò)誤動(dòng)作的窄脈沖，而邏輯分析儀的正常采樣方式觀察不到該窄脈沖，這時(shí)要使用毛刺檢測(cè)功能來(lái)觀察毛刺。調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)生器的輸出信號(hào)延時(shí)，同時(shí)邏輯分析儀工作在毛刺鎖定方式下，在波形窗口中開(kāi)啟毛刺顯示，即可觀察到譯碼器輸出端上的毛刺，如圖8-23所示圖8-23毛刺信號(hào)的觀察由圖可見(jiàn)，譯碼器的輸出波形與圖8-22(b)完全相同，只是在檢測(cè)出毛刺的地方給出了毛刺的標(biāo)記，表示此時(shí)該信號(hào)上出現(xiàn)了窄脈沖，可能會(huì)引起電路工作不正常。2.軟件測(cè)試及故障診斷邏輯分析儀也可用于軟件的跟蹤調(diào)試，發(fā)現(xiàn)軟件故障，而且通過(guò)對(duì)軟件各模塊的監(jiān)測(cè)與效率分析還有助于軟件的改進(jìn)。在軟件測(cè)試中必須正確地跟蹤指令流，邏輯分析儀一般采用狀態(tài)分析方式來(lái)跟蹤軟件運(yùn)行。圖8-24是8051單片機(jī)系統(tǒng)取指周期的定時(shí)圖。邏輯分析儀的探頭連接到8051的地址線、數(shù)據(jù)線以及控制線上。圖8-248051取指周期信號(hào)時(shí)序關(guān)系以ALE下降沿作為地址采集時(shí)鐘，的上升沿作為數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘，設(shè)置觸發(fā)條件為復(fù)位結(jié)束或某數(shù)據(jù)字，即可將8051總線上傳輸?shù)闹噶顢?shù)據(jù)正確捕獲。將捕獲的指令數(shù)據(jù)按其指令系統(tǒng)反匯編即可進(jìn)行軟件跟蹤分析。如果程序比較復(fù)雜，如程序中包含了許多子程序及分支程序，可以將分支條件或子程序入口作為觸發(fā)字，采用多級(jí)序列觸發(fā)的方式，跟蹤不同條件下程序的運(yùn)行情況。圖8-25是一個(gè)具有兩個(gè)分支的程序。圖8-25分支程序的跟蹤測(cè)試如果要監(jiān)測(cè)程序沿通路B的運(yùn)行狀況，可以采用兩級(jí)序列觸發(fā)，第一級(jí)觸發(fā)字設(shè)置為042D，第二級(jí)觸發(fā)字設(shè)置為03F2，則042D為導(dǎo)引條件，保證在觸發(fā)時(shí)采集的數(shù)據(jù)是程序沿通路B運(yùn)行的狀態(tài)。如果要監(jiān)測(cè)程序沿通路A運(yùn)行的狀態(tài)，只需將導(dǎo)引條件設(shè)置為03CF即可。當(dāng)程序更為復(fù)雜，有多個(gè)分支時(shí)，采用更多級(jí)的序列觸發(fā)即可，有的邏輯分析儀序列觸發(fā)可達(dá)16級(jí)以上，保證了對(duì)程序靈活準(zhǔn)確地跟蹤分析。

3.測(cè)試時(shí)序關(guān)系及干擾信號(hào)利用邏輯定時(shí)分析儀，可以檢測(cè)數(shù)字系統(tǒng)中各種信號(hào)間的時(shí)序關(guān)系、信號(hào)的延遲時(shí)間以及各種干擾脈沖等。例如，測(cè)定計(jì)算機(jī)通道電路之間的延遲時(shí)間時(shí)，可將通道電路的輸入信號(hào)接至邏輯分析儀的一組輸入端，而將通道電路的輸出信號(hào)接至邏輯分析儀的另一組輸入端，然后利用脈沖間隔的變化，在熒光屏上顯示出輸出與輸入波形間的延遲時(shí)間。計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，如磁帶機(jī)或磁盤(pán)機(jī)，在使用中常常會(huì)出現(xiàn)“毛刺”型干擾脈沖，對(duì)于這種偶發(fā)的窄脈沖信號(hào)，用示波器很難捕捉到，而邏輯分析儀卻可以使用“毛刺”觸發(fā)工作方式，迅速而準(zhǔn)確地捕捉并顯示出來(lái)。

4.檢測(cè)微處理器系統(tǒng)的運(yùn)行情況微處理器系統(tǒng)工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生硬件故障和軟件故障，圖8-26提供了用邏輯分析儀檢測(cè)微處理器系統(tǒng)運(yùn)行情況的連接示意圖。圖中CP是提供CPU工作和邏輯分析儀工作的時(shí)鐘脈沖，微處理器系統(tǒng)的多路并行地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)分別接到邏輯分析儀的輸入探頭，用讀寫(xiě)控制線作為邏輯分析儀的觸發(fā)信號(hào)。這樣，正在運(yùn)行的微處理器系統(tǒng)的地址線和數(shù)據(jù)線上的內(nèi)容，就可通過(guò)邏輯分析儀顯示出來(lái)。顯示方式可以選用狀態(tài)表方式，也可使用圖解顯示和映像圖顯示法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，還可以利用不同的顯示方式，顯示出故障前后的信息情況，從而可以迅速排除故障，提高測(cè)試效率。圖8-26檢測(cè)微處理器系統(tǒng)除了故障檢測(cè)外，還可監(jiān)視微處理器的一些特定事件。

(1)監(jiān)視微處理器的加電功能。各種微處理器系統(tǒng)加電后，復(fù)位電路將特定的地址送到地址總線上，如FFFEH和FFFFH，這兩個(gè)地址單元的內(nèi)容進(jìn)入程序計(jì)數(shù)器PC，總控程序就從這里開(kāi)始。為了監(jiān)視微處理器的加電功能，應(yīng)設(shè)置地址總線上的信息FFFEH為觸發(fā)字，由該觸發(fā)字開(kāi)始采集并顯示地址信息，如果地址信息正確，說(shuō)明微處理器加電功能正常。

(2)監(jiān)視中斷功能。中斷事件在微處理器系統(tǒng)中是隨機(jī)的偶發(fā)事件，微處理器唯一能知道的地址是中斷矢量地址。在監(jiān)視中斷功能時(shí)，將某一中斷源的中斷矢量地址作為觸發(fā)字，觸發(fā)方式采用中心觸發(fā)方式，以便存儲(chǔ)和顯示中斷前后堆棧的內(nèi)容及中斷服務(wù)程序的執(zhí)行情況。

(3)監(jiān)視數(shù)據(jù)傳送。微處理器可以通過(guò)異步通信接口與其他數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。為了監(jiān)視數(shù)據(jù)傳送功能，可將存儲(chǔ)器緩沖區(qū)的首地址作為觸發(fā)字進(jìn)行跟蹤觸發(fā)，檢測(cè)發(fā)出或接收到的數(shù)據(jù)的正確性，以便監(jiān)視異步通信功能的正確性

5.數(shù)字電路的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)(帶GPIB總線控制功能)、邏輯分析儀和邏輯發(fā)生器以及相應(yīng)的軟件可組成數(shù)字電路的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。使用不同的應(yīng)用程序，該系統(tǒng)能夠完成中小規(guī)模數(shù)字集成芯片的功能測(cè)試、某些大規(guī)模數(shù)字集成電路邏輯功能的測(cè)試、程序自動(dòng)跟蹤、在線仿真以及數(shù)字系統(tǒng)的自動(dòng)分析功能，測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成如圖8-27所示。圖中LG是邏輯發(fā)生器，它是可編程的比特圖形發(fā)生器，可用微處理機(jī)對(duì)它編程，發(fā)出測(cè)試中所需的激勵(lì)信號(hào)。

這樣一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，要求使用者了解微型計(jì)算機(jī)工作原理，GPIB總線工作原理及控、聽(tīng)、講功能，并且能夠針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象編制不同的應(yīng)用程序。有條件的使用者，可選擇一種數(shù)字系統(tǒng)，做出一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。圖8-27自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)8.3.5邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)及發(fā)展趨勢(shì)

1.邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)邏輯分析儀的功能特點(diǎn)，衡量邏輯分析儀性能的技術(shù)指標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面。

(1)通道數(shù)。邏輯分析儀信號(hào)輸入通道數(shù)量，它包括數(shù)據(jù)通道和時(shí)鐘通道。通道越多，可以同時(shí)觀測(cè)的信號(hào)就越多。

(2)觸發(fā)方式。邏輯分析儀的觸發(fā)方式越多，其數(shù)據(jù)窗口定位就越靈活。一般有隨機(jī)觸發(fā)、通道觸發(fā)、毛刺觸發(fā)、字觸發(fā)等基本方式，有的還有一些觸發(fā)附加功能，如延遲觸發(fā)、限定觸發(fā)、組合觸發(fā)、序列觸發(fā)等。

(3)定時(shí)分析最大速率。邏輯分析儀工作在定時(shí)分析方式時(shí)的最大數(shù)據(jù)采集速率，可以是實(shí)際的采樣時(shí)鐘最高頻率，也可以是等效采樣速率。

(4)狀態(tài)分析最大速率。工作在狀態(tài)分析方式時(shí)，外部時(shí)鐘可以輸入的最大頻率。

(5)存儲(chǔ)深度。每個(gè)通道可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位數(shù)，單位為比特(bit)/通道，一般為幾kbit到幾十kbit。

(6)毛刺捕捉能力。邏輯分析儀所能檢測(cè)到的最小毛刺脈沖的寬度。

(7)輸入信號(hào)最小幅度。邏輯分析儀探頭能檢測(cè)到的輸入信號(hào)最小幅度。

(8)輸入門(mén)限變化范圍。探頭門(mén)限的可變范圍，一般為-2～＋5V，其可變范圍越大，則可測(cè)試的數(shù)字系統(tǒng)邏輯電平種類越多。除了以上的主要技術(shù)指標(biāo)，還有存儲(chǔ)方式、采樣方式、顯示方式、延遲數(shù)、建立保持時(shí)間等，根據(jù)這些指標(biāo)，再結(jié)合自己測(cè)試的需要，就可以選擇到適用的邏輯分析儀。

2.邏輯分析儀的發(fā)展趨勢(shì)隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)邏輯分析儀也提出了更高的要求，從而使邏輯分析儀不斷提高其性能以適應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)測(cè)試的需要。早期的邏輯分析儀測(cè)試速度慢，功能簡(jiǎn)單，而且定時(shí)分析儀與狀態(tài)分析儀分屬兩種儀器，由于計(jì)算機(jī)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，人們把定時(shí)分析與狀態(tài)分析結(jié)合在一起，以便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件分析。而且邏輯分析儀的分析速率、通道數(shù)、存儲(chǔ)深度等技術(shù)指標(biāo)也在不斷提高。目前數(shù)字系統(tǒng)的速度越來(lái)越快，微機(jī)的CPU內(nèi)部時(shí)鐘已達(dá)GHz級(jí)別，外部總線速度也已達(dá)150MHz以上，要對(duì)這些器件及總線進(jìn)行測(cè)試，邏輯分析儀的分析速率必須更快。集成電路內(nèi)部電路及數(shù)字系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，分析時(shí)間要求更長(zhǎng)，因此要求邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度更大，例如有的邏輯分析儀存儲(chǔ)深度達(dá)2Mbit/通道，甚至幾十Mbit/通道。邏輯分析儀除了不斷提高主要技術(shù)指標(biāo)外，其功能也在不斷發(fā)展，如加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理分析功能，不僅能進(jìn)行反匯編源代碼顯示，有的還可以進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源程序顯示；采用時(shí)間直方圖監(jiān)測(cè)程序各模塊的執(zhí)行時(shí)間，分析程序效率；用地址直方圖監(jiān)測(cè)程序模塊活動(dòng)情況，分析系統(tǒng)資源利用率。邏輯分析儀的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是與時(shí)域測(cè)試儀器示波器的結(jié)合，隨著數(shù)字系統(tǒng)的速度加快及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，單純的邏輯分析已難于找出故障原因，此時(shí)要通過(guò)信號(hào)的混合分析才能完成故障診斷?；旌闲盘?hào)分析要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行邏輯分析的同時(shí)對(duì)信號(hào)的波形細(xì)節(jié)進(jìn)行觀察，邏輯分析儀只能進(jìn)行邏輯時(shí)序分析，示波器一般只能夠觀察波形，單獨(dú)的邏輯分析儀或示波器都不能完成混合信號(hào)分析。這時(shí)可以將兩者集成在一起，構(gòu)成混合信號(hào)分析儀，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的測(cè)試分析能力。同時(shí)邏輯分析儀也在向邏輯分析系統(tǒng)(LogicAnalyzeSystem)方向發(fā)展，邏輯分析系統(tǒng)包含測(cè)量部分和控制部分，其中測(cè)量部分包括：邏輯定時(shí)分析儀、邏輯狀態(tài)分析儀、數(shù)據(jù)發(fā)生器、模擬記錄器(示波器)；而控制部分包括顯示、接口、數(shù)據(jù)處理等，實(shí)際上控制部分是由微機(jī)系統(tǒng)完成。由于當(dāng)前的邏輯分析儀的結(jié)構(gòu)一般采用嵌入式PC為硬件平臺(tái)，軟件以Windows為平臺(tái)，因此可非常方便地實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展和儀器的多樣化，配以數(shù)字發(fā)生器模塊和數(shù)字存儲(chǔ)示波器模塊，即可構(gòu)成集激勵(lì)源與測(cè)量?jī)x器于一體的邏輯分析系統(tǒng)。同時(shí)邏輯分析儀也在向多用途方向發(fā)展，例如給邏輯分析儀配以專用的探頭夾具及分析軟件，可以成為總線分析儀，對(duì)某一總線進(jìn)行協(xié)議測(cè)試分析。8.4數(shù)據(jù)域測(cè)試的應(yīng)用數(shù)據(jù)域測(cè)試在數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸性能的測(cè)試，各種微處理器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各模塊功能測(cè)試等方面有著廣泛的應(yīng)用。8.4.1誤碼率測(cè)試在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字傳輸、數(shù)字復(fù)接、數(shù)字交換及其他數(shù)字處理中都可能使傳輸?shù)臄?shù)字產(chǎn)生誤碼，在傳輸系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為突出。在傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸速率、傳輸波形、信噪比以及外界的電磁干擾都可能產(chǎn)生誤碼。誤碼率是衡量信息傳輸質(zhì)量的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，數(shù)字通信系統(tǒng)必須滿足誤碼率的最低要求，因此誤碼率的測(cè)試和分析在電子測(cè)量技術(shù)中有著很重要的價(jià)值。

1.誤碼率概念誤碼率定義為二進(jìn)制比特流經(jīng)過(guò)系統(tǒng)傳輸后發(fā)生差錯(cuò)的概率，其測(cè)量方法是給系統(tǒng)輸入某種形式的碼流，接收其輸出的碼流，并將輸出與輸入的碼流比較，檢測(cè)出發(fā)生差錯(cuò)的位數(shù)m，位數(shù)m和已傳輸?shù)目偽粩?shù)n之比為誤碼率，即Pm=m/n。而實(shí)際上測(cè)得的誤碼率是理論誤碼率的估計(jì)值，又稱為比特誤碼率(BER)，測(cè)量精度取決于測(cè)試時(shí)間或傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。要使測(cè)量結(jié)果足夠精確，必須持續(xù)足夠長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間或傳輸足夠多的比特?cái)?shù)。衡量誤碼的性能常用以下三個(gè)參數(shù)來(lái)說(shuō)明：

(1)誤碼秒：統(tǒng)計(jì)時(shí)間為1s，若1s內(nèi)有誤碼出現(xiàn)，則該秒為1誤碼秒。

(2)嚴(yán)重誤碼秒：統(tǒng)計(jì)時(shí)間為1s，若1s內(nèi)比特誤碼率BER≥10-3，即對(duì)于64kb/s速率而言，誤碼數(shù)大于64bit，則該秒為1嚴(yán)重誤碼秒。

(3)劣化分：統(tǒng)計(jì)時(shí)間為1分，若1分內(nèi)比特誤碼率BER≥10-6，即對(duì)于64kb/s速率而言，誤碼數(shù)大于4bit，則該分鐘為1劣化分。

2.誤碼測(cè)試原理誤碼的測(cè)試原理可用如圖8-28誤碼儀的原理框圖來(lái)表示。誤碼儀由發(fā)送和接收兩部分組成，發(fā)送部分的測(cè)試圖形發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)已知的測(cè)試數(shù)字序列，編碼后送入被測(cè)系統(tǒng)的輸入端，經(jīng)過(guò)被測(cè)系統(tǒng)傳輸后輸出，進(jìn)入誤碼儀的接收部分解碼并從接收信號(hào)中得到同步時(shí)鐘。接收部分的測(cè)試圖形發(fā)生器產(chǎn)生與發(fā)送部分相同的并且同步的數(shù)字序列，與接收到的信號(hào)進(jìn)行比較，如果不一致，便是誤碼，用計(jì)數(shù)器對(duì)誤碼的位數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后記錄存儲(chǔ)，分析后顯示測(cè)試結(jié)果。發(fā)生差錯(cuò)的位數(shù)和傳輸?shù)目偽粩?shù)之比即是誤碼率。圖8-28誤碼測(cè)試原理框圖下面介紹誤碼儀中的幾個(gè)重要組成部分。

(1)測(cè)試圖形發(fā)生器。在誤碼率測(cè)試時(shí)，測(cè)試圖形的產(chǎn)生是非常關(guān)鍵的。一般測(cè)試圖形選用偽隨機(jī)二進(jìn)制序列來(lái)模擬數(shù)據(jù)的傳輸，或用特殊的字符圖形來(lái)檢查圖形的相關(guān)性。在測(cè)試數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的誤碼率時(shí)，可采用不同序列長(zhǎng)度的偽隨機(jī)測(cè)試信號(hào)，如序列長(zhǎng)度為29-1=511，特征多項(xiàng)式為x9+x5+1；或序列長(zhǎng)度為215-1=32767，特征多項(xiàng)式為x15+x14+1；或序列長(zhǎng)度為223-1=838607，特征多項(xiàng)式為x23+x18+1等。根據(jù)特征多項(xiàng)式，使用異或門(mén)和移位寄存器可產(chǎn)生偽隨機(jī)序列信號(hào)，產(chǎn)生方法如圖8-29所示。圖中初始值為任意9位非全零的二進(jìn)制數(shù)，取位a9和a5異或后作為下一位的輸入值，如此循環(huán)，可得511個(gè)除全零以外的狀態(tài)，則序列的周期(即序列的長(zhǎng)度)為511。圖8-29x9+x5+1碼生成示意圖

(2)誤碼檢測(cè)?；镜恼`碼檢測(cè)電路是異或門(mén)，使用異或門(mén)將被測(cè)數(shù)據(jù)流與參考圖形進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)圖形完全相同且同步時(shí)，異或門(mén)輸出為0；當(dāng)兩個(gè)圖形存在差異時(shí)，即在接收的數(shù)據(jù)流中某位出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，異或門(mén)輸出為1，如圖8-30所示。圖8-30使用異或門(mén)的誤碼檢測(cè)

(3)誤碼分析。在實(shí)際系統(tǒng)工作時(shí)，由于無(wú)線電和衛(wèi)星系統(tǒng)傳播、電磁干擾和隨機(jī)傳輸圖形的影響，誤碼率會(huì)隨時(shí)間而變化。如果一個(gè)系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都具有比要求還低的誤碼率，則可認(rèn)為該系統(tǒng)能長(zhǎng)期正常工作；如果系統(tǒng)在數(shù)秒周期以內(nèi)具有高的誤碼率，則認(rèn)為此系統(tǒng)不符合使用要求。因此，誤碼儀除檢測(cè)出誤碼，并計(jì)算出誤碼率外，還應(yīng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如根據(jù)不同誤碼率占總測(cè)量時(shí)間的百分比，從而確定被測(cè)系統(tǒng)的工作狀況。

(4)數(shù)據(jù)記錄。由于誤碼性能的測(cè)量可能需要運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)或者幾天，以積累有意義的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，測(cè)試儀在絕大多數(shù)時(shí)間是無(wú)人看管而自動(dòng)工作的。為了進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的分析，誤碼檢測(cè)儀必須記錄大量的測(cè)量數(shù)據(jù)和誤碼事件。但是長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試常常會(huì)受電源中斷的影響，當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，儀器應(yīng)能自動(dòng)從中斷處恢復(fù)并繼續(xù)測(cè)試。所以數(shù)據(jù)記錄常采用非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，或能夠輸出打印結(jié)果。以上介紹的誤碼檢測(cè)方法是離線方式，即測(cè)試時(shí)需中斷被測(cè)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的正常工作。而有些實(shí)際應(yīng)用不能停止傳輸，則應(yīng)該采取在線的測(cè)試方法。從誤碼的檢測(cè)原理得知，測(cè)試時(shí)必須在接收端接收到一個(gè)已知的信號(hào)，才能檢測(cè)出是否發(fā)生了差錯(cuò)。但是正常傳輸?shù)氖请S機(jī)數(shù)據(jù)碼，解決的方法是在傳輸?shù)碾S機(jī)數(shù)據(jù)碼中，間隔插入少量的固定幀結(jié)構(gòu)碼，利用這些幀結(jié)構(gòu)碼，發(fā)送測(cè)試誤碼率所需的數(shù)據(jù)序列，接收端從收到的數(shù)據(jù)流中分離出這些測(cè)試序列，然后檢測(cè)出誤碼率。目前已有一些用于不同數(shù)字傳輸系統(tǒng)的在線誤碼測(cè)試儀和分析儀投入使用。8.4.2嵌入式系統(tǒng)測(cè)試嵌入式系統(tǒng)是嵌入宿主設(shè)備之中的微處理器，其軟硬件配置根據(jù)宿主設(shè)備的要求進(jìn)行設(shè)置，以適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性的要求。嵌入式微處理器要求體積和功耗盡量小，所以它的硬件和軟件都應(yīng)進(jìn)行高效率設(shè)計(jì)，并且需要對(duì)它進(jìn)行可測(cè)性設(shè)計(jì)?？蓽y(cè)性設(shè)計(jì)應(yīng)盡量達(dá)到故障覆蓋率高，測(cè)試速度快，硬件開(kāi)銷少等要求。下面以一個(gè)嵌入式微處理器為例，介紹CPU核、存儲(chǔ)器、內(nèi)部總線、I/O控制器等的可測(cè)性設(shè)計(jì)方法。

1.嵌入式微處理器的可測(cè)性總體設(shè)計(jì)嵌入式微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及可測(cè)性設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)可用圖8-31來(lái)表示，它主要包括CPU核、數(shù)據(jù)及指令緩存(各4KB)、ROM(512B)、DMA控制器、I/O控制器、存儲(chǔ)控制器等部件。圖8-31嵌入式微處理器的可測(cè)性設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)圖

CPU核主要是一個(gè)4級(jí)的流水線結(jié)構(gòu)，每?jī)烧局g有站寄存器，用來(lái)存儲(chǔ)從上一站傳到下一站的數(shù)據(jù)，與BILBO(BuiltInLogicBlockObservation——內(nèi)建邏輯塊觀察)的測(cè)試結(jié)構(gòu)相似。將CPU核中每?jī)烧局g的站寄存器改造成BILBO元件，僅需要為每一位寄存器增加一個(gè)與門(mén)，一個(gè)或非門(mén)，一個(gè)異或門(mén)，即可自行產(chǎn)生測(cè)試碼，并且具有面積消耗少，速度快等特點(diǎn)。指令和數(shù)據(jù)緩存分別用4KB的RAM實(shí)現(xiàn)，另外還有512B的啟動(dòng)ROM，都是普通的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，因此采用通用的BIST測(cè)試方法。

DMA控制器、內(nèi)部總線、I/O控制器、存儲(chǔ)控制器和CPU核中流水線以外的邏輯是普通的邏輯電路，采用部分掃描測(cè)試方法。嵌入式微處理器符合邊界掃描測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEEE1149.1，芯片的每一個(gè)I/O口都附加有一個(gè)掃描單元，用來(lái)對(duì)芯片加載測(cè)試激勵(lì)和收集測(cè)試響應(yīng)。這里對(duì)測(cè)試存取端口(TAP)控制器進(jìn)行擴(kuò)展，將芯片測(cè)試的控制信號(hào)、數(shù)據(jù)寄存器等作為T(mén)AP控制器的數(shù)據(jù)寄存器，使TAP控制器成為整個(gè)芯片的測(cè)試控制中心。

2.RAM和ROM的內(nèi)建自測(cè)試