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放大招!專(zhuān)家教你如何選擇邏輯分析儀

發(fā)布時(shí)間:2015-02-04 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】世界上第一臺(tái)邏輯分析儀始于1973年,為針對(duì)數(shù)字系統(tǒng)多個(gè)信號(hào)之間邏輯關(guān)系及時(shí)間關(guān)系測(cè)試而設(shè)計(jì)的。但是逐漸的在各類(lèi)測(cè)試儀中嶄露頭角。近年來(lái)更是成為解決數(shù)字電路測(cè)試的有效手段。但是邏輯分析儀也多種多樣,不同類(lèi)型功能也有所不同。。那么如何選擇邏輯分析儀呢?在本文中你會(huì)找到答案。

近年來(lái),邏輯分析儀的基本趨向在計(jì)算機(jī)與儀器的不斷融合中尋求發(fā)展方向,依托不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù),虛擬邏輯分析儀吸收融合了諸如邏輯筆、協(xié)議分析儀等眾多數(shù)字測(cè)量?jī)x器的功能,使用Windows系統(tǒng)平臺(tái),配以簡(jiǎn)單易用的用戶界面,進(jìn)一步化簡(jiǎn)了觸發(fā)的難題,構(gòu)建了特色的數(shù)字分析測(cè)量平臺(tái)。

什么是邏輯分析儀?

邏輯分析儀是一種類(lèi)似于示波器的波形測(cè)試設(shè)備,它是用于監(jiān)測(cè)硬件電路工作時(shí)的邏輯電平,并加以存儲(chǔ),用圖形的方式直觀地表達(dá)出來(lái),便于用戶檢測(cè)、分析電路設(shè)計(jì)(硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì))中的錯(cuò)誤。邏輯分析儀是設(shè)計(jì)特別是數(shù)字設(shè)計(jì)中不可缺少的設(shè)備,通過(guò)它,可以迅速地定位錯(cuò)誤,解決問(wèn)題,達(dá)到事半功倍的效果。

相對(duì)于示波器,邏輯分析儀往往給人有以下的感覺(jué):

1、操作復(fù)雜,對(duì)使用者的要求高;
2、與示波器功能差不多;
3、價(jià)格昂貴。

其實(shí)不然,邏輯分析儀在最近的幾年中隨著數(shù)字電路的廣泛使用發(fā)展迅速,已經(jīng)成為很多電子開(kāi)發(fā)公司的必選設(shè)備之一。

邏輯分析儀的原理

邏輯分析儀的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要包括數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩大部分。邏輯分析儀一般采用先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析顯示方式。

數(shù)據(jù)捕獲部分包括信號(hào)輸入、比較采樣、觸發(fā)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和時(shí)鐘電路等。外部被測(cè)信號(hào)通過(guò)探頭送到信號(hào)輸入電路,在比較器中與設(shè)定的門(mén)限電壓進(jìn)行比較,大于門(mén)限電壓值的信號(hào)為高電平,反之為低電平。采樣電路在采樣時(shí)鐘(外時(shí)鐘或內(nèi)時(shí)鐘)控制下對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,并將數(shù)據(jù)流送到觸發(fā)模塊中,產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路在觸發(fā)信號(hào)的作用下進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制。數(shù)據(jù)捕獲完成后,由分析顯示電路將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)處理之后以適當(dāng)方式顯示出來(lái)。

放大招!專(zhuān)家教你如何選擇邏輯分析儀
圖1 邏輯分析儀的原理結(jié)構(gòu)

大多數(shù)邏輯分析儀實(shí)際是由定時(shí)分析儀和狀態(tài)分析儀組成的。

定時(shí)分析:也稱為異步時(shí)序分析。在邏輯分析儀內(nèi)部高速采樣時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行異步數(shù)據(jù)采樣,采樣的數(shù)據(jù)用方波的形式進(jìn)行顯示。邏輯分析儀在內(nèi)部高速時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下對(duì)信號(hào)輸入進(jìn)行異步采樣,其測(cè)量結(jié)果用于分辨相關(guān)信號(hào)間的時(shí)序關(guān)系,例如建立時(shí)間、保持時(shí)間、協(xié)議應(yīng)答等。根據(jù)采樣定理,內(nèi)部采樣時(shí)鐘要高于被測(cè)信號(hào)最高頻率的3倍以上到正確的采樣數(shù)據(jù),內(nèi)部采樣時(shí)鐘頻率越高,定時(shí)分辨率就越高,精確度也越高,時(shí)序關(guān)系就越精準(zhǔn)。邏輯分析儀最高采樣頻率為5GHz,定時(shí)分辨率可以高達(dá)200ps。定時(shí)分析模式一般用于硬件系統(tǒng)的測(cè)試。

狀態(tài)分析:也稱為同步時(shí)序分析。在外部同步時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下,邏輯分析儀對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采樣,顯示的時(shí)候,用二進(jìn)制碼或配合軟件用映射圖或反匯編成助記符,由于采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)與被測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)流狀態(tài)完全一致,因此可以用于直接觀測(cè)程序的源代碼。狀態(tài)分析模式一般用于對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行測(cè)試。

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臺(tái)式邏輯分析儀和基于PC的虛擬邏輯分析儀。臺(tái)式邏輯分析儀是將所有的測(cè)試軟件、運(yùn)算管理元件以及顯示部分整合在一臺(tái)儀器之中;虛擬邏輯分析儀則需要搭配PC機(jī)一起使用,通過(guò)PC機(jī)來(lái)顯示最后結(jié)果。相比動(dòng)輒上十?dāng)?shù)萬(wàn)元的臺(tái)式邏輯分析儀,虛擬邏輯分析儀具有價(jià)格便宜、性價(jià)比高、分析能力強(qiáng)、用戶界面友好、操作簡(jiǎn)單、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)。另外,邏輯分析儀還把其他的數(shù)字測(cè)試設(shè)備的功能融合在一起,典型的有邏輯筆、頻率計(jì)、總線分析、協(xié)議分析等,使得邏輯分析儀在數(shù)字測(cè)試方面的功能更加強(qiáng)大。

示波器VS邏輯分析儀

在電子測(cè)試領(lǐng)域,示波器主要用于信號(hào)波形的采集和再現(xiàn),主要用于對(duì)模擬信號(hào)和模擬電路的測(cè)試。隨著數(shù)字技術(shù)發(fā)展,對(duì)數(shù)字信號(hào)測(cè)試越來(lái)越重要,最早的數(shù)字信號(hào)測(cè)試,往往借助于示波器,后來(lái)出現(xiàn)了定時(shí)分析儀和狀態(tài)分析儀,從定時(shí)和狀態(tài)的角度分析和測(cè)試多路數(shù)字信號(hào)。由于當(dāng)時(shí)的定時(shí)分析儀和狀態(tài)分析儀價(jià)格昂貴,兩者在市場(chǎng)上的概念很好,但影響不大,測(cè)試范圍很窄。隨著數(shù)字測(cè)試技術(shù)發(fā)展,融合數(shù)字定時(shí)和狀態(tài)分析的邏輯分析儀應(yīng)用而生。

一般用戶在示波器與邏輯分析儀之間作選擇時(shí),多數(shù)的用戶都會(huì)選擇熟悉的示波器。然而,示波器在應(yīng)用層面上較偏向模擬信號(hào)的測(cè)量;邏輯分析儀在數(shù)字信號(hào)分析中能提供比示波器更多更強(qiáng)大的功能,更有助于用戶的開(kāi)發(fā),在數(shù)字信號(hào)充斥的時(shí)代,用戶們?cè)谶M(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)所面對(duì)的訊號(hào)種類(lèi)絕大部分也是以數(shù)字信號(hào)居多,在用戶開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中示波器或許是必不可缺的儀器,但若有邏輯分析儀的幫助,則更能夠大大提高工作效率,節(jié)約用戶寶貴的時(shí)間。

邏輯分析儀是利用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)從測(cè)試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號(hào)的儀器,最主要作用在于數(shù)字電路的分析。
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由于邏輯分析儀不像示波器具有許多電平等級(jí),通常只顯示兩個(gè)值(邏輯“1”和“0”)。如圖2所示設(shè)定了門(mén)限電壓后,邏輯分析儀將被測(cè)信號(hào)通過(guò)超高速比較器與門(mén)限電壓進(jìn)行比較,高于門(mén)限電壓為邏輯“1”,低于則為邏輯“0”。例如:一個(gè)待測(cè)信號(hào)使用500MHz采樣率的邏輯分析儀,當(dāng)參考電壓設(shè)定為1.7V時(shí),在測(cè)量時(shí)邏輯分析儀就會(huì)平均每隔2ns(500MHz)采樣一個(gè)點(diǎn),超過(guò)1.7V為“1”,低于則為“0”,把所有采樣得到的“1”和“0”按照時(shí)間關(guān)系連接成一個(gè)波形,用戶便可在此連續(xù)波形中找出異常之處。

放大招!專(zhuān)家教你如何選擇邏輯分析儀
圖2 邏輯分析儀采樣

整體而言,示波器主要用來(lái)觀察信號(hào)的模擬特性,如邊沿時(shí)間、電壓幅度、是否有寄生干擾等。而邏輯分析儀主要測(cè)量數(shù)字電路,因?yàn)閿?shù)字電路固有的特性,邏輯分析儀對(duì)電壓的具體值和被測(cè)信號(hào)的一些模擬特性都不進(jìn)行測(cè)量,而是專(zhuān)門(mén)針對(duì)信號(hào)的電平進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)邏輯分析儀相對(duì)示波器還有以下優(yōu)點(diǎn):

同時(shí)監(jiān)測(cè)多路輸入

一般邏輯分析儀都具有32或者更多的通道,可以同時(shí)檢測(cè)數(shù)十個(gè)輸入信號(hào)??梢暂p松的查看各輸入通道間的關(guān)系。

完善的觸發(fā)功能

邏輯分析儀并不像示波器只有上升沿和下降沿觸發(fā)。邏輯分析儀一般還具有針對(duì)總線范圍、總線間關(guān)系、事件次數(shù)等觸發(fā)。LAB6052、LA2532等邏輯分析儀同時(shí)還擁有可視觸發(fā)、協(xié)議觸發(fā)、插件觸發(fā)、用戶自定義觸發(fā)等多種功能強(qiáng)大的觸發(fā)模式。

強(qiáng)大的分析功能

示波器對(duì)波形顯示的手段只是進(jìn)行波形的描繪,邏輯分析儀就強(qiáng)大得多了。邏輯分析儀可以把多個(gè)測(cè)量通道組合成總線進(jìn)行顯示,可以對(duì)總線數(shù)據(jù)使用二進(jìn)制或模擬量的方式進(jìn)行顯示。同時(shí),LAB6000、LA2000系列邏輯分析儀還具有插件分析功能,直接對(duì)測(cè)量的信號(hào)按照用戶選擇的協(xié)議進(jìn)行協(xié)議分析,使得數(shù)據(jù)更加直觀明了,如圖2所示。免去用戶只看見(jiàn)數(shù)據(jù)波形不知數(shù)據(jù)含義的苦惱,在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信分析中特別有用。

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圖3 LAB6052邏輯分析儀I2C分析結(jié)果

正確選用邏輯分析

邏輯分析儀的重要指標(biāo)有輸入通道數(shù)、定時(shí)采樣率、狀態(tài)采樣率、存儲(chǔ)容量、觸發(fā)方式、分析功能、其他功能等。表1為廣州致遠(yuǎn)電子有限公司出品邏輯分析儀的主要選型參數(shù),也是邏輯分析儀的重要選型指標(biāo)。

采樣通道數(shù)

在需要邏輯分析儀的地方,要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面地分析,邏輯分析儀的通道數(shù)至少應(yīng)當(dāng)足以把所有需要觀測(cè)的信號(hào)全部引入邏輯分析儀當(dāng)中。

定時(shí)采樣率

在定時(shí)采樣分析時(shí),要有足夠的定時(shí)分辨率,就應(yīng)當(dāng)有足夠高的定時(shí)分析采樣速率,但并不是只有高速系統(tǒng)才需要高的采樣速率。如果采樣頻率高,則可以看見(jiàn)更加精細(xì)得結(jié)果。像LAB6503邏輯分析儀擁有5GHz的定時(shí)采樣率,對(duì)信號(hào)間的時(shí)間分辨率高達(dá)200ps,完全滿足現(xiàn)代器件ns級(jí)的測(cè)量。

狀態(tài)采樣率


在進(jìn)行狀態(tài)分析時(shí),邏輯分析儀采樣時(shí)鐘使用外部輸入時(shí)鐘,在外部時(shí)鐘得驅(qū)動(dòng)下進(jìn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。外部輸入時(shí)鐘得最高頻率決定了邏輯分析儀的最高狀態(tài)采樣率。LAB6000系列邏輯分析儀除了擁有標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)采樣模式外,還擁有帶時(shí)間戳的狀態(tài)采樣模式。帶時(shí)間戳的狀態(tài)采樣模式讓用戶不但可以觀察到不同的輸入狀態(tài),更加可以測(cè)每個(gè)輸入狀態(tài)與外部同步時(shí)鐘之間得關(guān)系。

存儲(chǔ)容量

存儲(chǔ)容量是指邏輯分析儀能夠連續(xù)保存采樣點(diǎn)的數(shù)量,直接一點(diǎn)說(shuō),就是邏輯分析儀能夠測(cè)量多長(zhǎng)時(shí)間的波形。存儲(chǔ)容量越大能夠觀察得時(shí)間就越長(zhǎng),但由于高速存儲(chǔ)器的價(jià)格都比較高,所以存儲(chǔ)容量越大相應(yīng)的邏輯分析儀價(jià)格就越高。LAB6000、LA2000系列邏輯分析儀特有的Timing-State模式可以很好的自動(dòng)平衡存儲(chǔ)容量、觀測(cè)時(shí)間和測(cè)量精度的三者關(guān)系,運(yùn)用Timing-State技術(shù)可以使邏輯分析儀在相同的存儲(chǔ)容量下同時(shí)具有很高測(cè)量精度和更長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間。

觸發(fā)方式

相比示波器,邏輯分析儀提供了豐富的觸發(fā)模式。除去邊緣觸發(fā)外,邏輯分析儀一般都具有針對(duì)總線范圍、總線間關(guān)系、事件次數(shù)等觸發(fā)方式。LAB6000、LA2000系列邏輯分析儀還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍、=、!=、>、<等比較。同時(shí),LAB6000、LA2000系列邏輯分析儀提供可視觸發(fā)、協(xié)議觸發(fā)、插件觸發(fā)、用戶自定義觸發(fā)、高速SPI觸發(fā)等多種觸發(fā)方式。

分析功能


分析功能是邏輯分析儀的最大亮點(diǎn),也是邏輯分析儀區(qū)別與其他儀器的重要指標(biāo)。邏輯分析儀對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)序和狀態(tài)的分析。邏輯分析儀可以更進(jìn)一步的提供針對(duì)I2C、SPI、UART、ModBus、1-Wire等的總線分析和SD卡、CF卡等高層協(xié)議的分析,針對(duì)處理器的反匯編分析等功能。

其他功能

邏輯分析儀提出了數(shù)字電路測(cè)量平臺(tái)的概念,在設(shè)計(jì)之初就融入了頻率計(jì)、邏輯筆、總線分析儀、協(xié)議分析儀等功能,用戶在一個(gè)軟件界面上實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多種測(cè)量的觀察,一機(jī)多用,省去用戶重復(fù)投資。

邏輯分析儀結(jié)合了狀態(tài)分析和定時(shí)分析的功能,是用戶在開(kāi)發(fā)中不可或缺的強(qiáng)大調(diào)試工具。了解了這些基礎(chǔ)知識(shí),用戶就可以滿懷信心地運(yùn)用邏輯分析儀來(lái)進(jìn)行數(shù)字輔助開(kāi)發(fā)和排錯(cuò),從而很好地縮短了研發(fā)周期,更快研發(fā)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

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