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测试难题一网打尽 逻辑分析仪不可或缺
针对多接脚装置而生

【作者: 王岫晨】2019年07月17日 星期三

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像许多电子测试与量测工具一样,逻辑分析仪为特定类型问题提供了一套解决方案。逻辑分析仪是一套多用途的工具,可协助工程师进行数位硬体除错、设计验证和嵌入式软体除错,是设计数位电路的工程师不可或缺的工具。逻辑分析仪可用於数位量测,包括各种讯号或困难的触发需求。



图一 : 逻辑分析仪可协助工程师进行数位硬体除错、设计验证和嵌入式软体除错,并可用於数位量测,包括各种讯号触发,是设计数位电路不可或缺的工具。触发功能则是逻辑分析仪与示波器最大的不同之处。
图一 : 逻辑分析仪可协助工程师进行数位硬体除错、设计验证和嵌入式软体除错,并可用於数位量测,包括各种讯号触发,是设计数位电路不可或缺的工具。触发功能则是逻辑分析仪与示波器最大的不同之处。

逻辑分析仪是针对撷取多接脚装置及汇流排资料所设计的。「撷取率」系指对输入讯号进行取样的频率,这与示波器中时基的功能相同。有两种资料撷取或时脉模式:


时序撷取

捕捉讯号时序资讯。在这种模式中,逻辑分析仪内部的时脉会拿来当作取样资料,亦即资料取样愈快,所测量的解析度就愈高。由於目标装置与逻辑分析仪所取得的资料之间没有固定的时序关系,因此这种撷取模式主要用於SUT待测讯号间的时序关系是主要的观察重点时。


状态撷取

可用於撷取SUT的「状态」。SUT的讯号定义了取样点(撷取资讯的时间及频率)。用来当作撷取时脉的讯号可能是系统时脉、汇流排上的控制讯号,或造成SUT改变状态的讯号。在有效边缘取样资料,并於逻辑讯号稳定时,显示出SUT的情况。逻辑分析仪仅会在所选讯号为有效值时开始取样。


至於如何决定要使用哪种撷取类型?想要检视资料的方法!如果想要捕捉长时、连续的时序细节记录,选用时序撷取、内部(或非同步)时脉准没错。另一种情况是,想要撷取SUT所看到的实际资料。在这种情况下,可以选择状态(同步)撷取。透过状态撷取,每个SUT的连续状态都会循序地显示在「清单」视窗中。用於状态撷取的外部时脉讯号则可能是其他相关的讯号。


设定触发

触发功能是一项逻辑分析仪与示波器不同的功能。示波器有触发器,但是这些触发器仅有相当有限的功能,只能在二位元条件下响应;而逻辑分析仪则可评估多种逻辑条件,以决定何时要进行触发。触发的目的是为了选择逻辑分析仪要撷取那种资料,逻辑分析仪可以追踪待测系统的逻辑状态,并在SUT发生使用者定义的事件时启动触发器。


讨论逻辑分析仪时,很重要的是必须了解「事件」一词。这个词汇有许多意义,可以是有意或无意出现在单一讯号线路中的简单转态。如果使用者正在寻找突波,则这可能是感兴趣的「事件」。一个事件可能是特定讯号发生的时刻。或者,一个事件也可以是定义的逻辑情况,可能来自整个汇流排的讯号转态组合。必须注意在所有情况下,事件就是指从这个周期到下个周期期间,讯号发生变化时所出现的状态。


有许多情况都可以用来触发逻辑分析仪。例如,逻辑分析仪可以辨识出汇流排或计数器输出的特定二位元。其他触发选择包括:


● 字元:以二进位、十六进位等定义的特定逻辑码型。


● 范围:事件所发生的低及高值。


● 计数器:使用者编程的事件数,可由计数器来追踪。


● 讯号:外部讯号(例如系统重设)


● 突波:撷取期间所出现的脉冲


● 计时器:两个事件之间的时间距离,或单一事件的发生期间,可由计时器追踪。


● 类比:利用示波器触发类比特性或交互触发逻辑分析仪


当所有这些触发器条件出现时,则可能利用广泛的搜寻状态失效的功能向下追踪系统错误,然後利用逐渐明显的触发条件,进一步改善搜寻结果。


撷取状态和时序资料

在硬体与软体除错(系统整合)期间,如能找出状态及时序资讯的关联性,将会非常有帮助。一开始被侦测为是汇流排上无效状态的问题,有可能是因为设定/违反时间保持所造成的。如果逻辑分析仪无法同时取得时序及状态资料,则问题的辨认将会变得很困难,并很耗时。


某些逻辑分析仪要求连接个别的时序探棒,以撷取时序资讯,并使用个别的撷取硬体。这些仪器会要求将两种探棒同时连接至待测系统。一组探棒将SUT连接至时序模组,另一组探棒则由相同的测试点连接至状态模组,称之为「双探测」,这是一种向讯号阻抗环境妥协的安排。


同时使用两组探棒会降低讯号的负载,并使SUT的上升与下降时间、振幅、杂讯效能降级。在实际量测中,可能会连接四组、八组或更多连接多导体的缆线。


简化连结

最好的方式,是透过相同的探棒同时撷取时序及状态资料。一组接线、一次设定、一次撷取,同时提供时序及状态资料。这可以简化探棒的机械连接,并减少问题。有了同步时序及状态撷取功能,逻辑分析仪便可撷取所有支援时序及状态分析所需的资讯。不需采取下个步骤,因此,可以降低双探棒方法中所可能发生之错误及机械故障的机会。单一探棒对电路的影响较低,可以确保更准确的量测,并对电路运作有较少的干扰。时序解析度愈高,设计上可见到、可触发的细节就愈多,这可增加找出问题的机会。



图二 : 「双探测」需要在每个测试点使用两组探棒,因而降低了量测品质。可透过同一组探棒的状态与时序撷取功能进行同步探测,以提供一个较简单、较乾净的量测环境。~The End
图二 : 「双探测」需要在每个测试点使用两组探棒,因而降低了量测品质。可透过同一组探棒的状态与时序撷取功能进行同步探测,以提供一个较简单、较乾净的量测环境。~The End

时脉模式设定秘诀


以下为设定逻辑分析仪撷取资料须遵守的一些通则:


时序(非同步)撷取:取样时脉率扮演决定撷取解析度的重要角色。任何量测的时序准确度会是一个取样周期加上其他制造商所指定的错误。例如,当取样时脉率为2ns时,每2ns就会将新取样资料存到撷取记忆体中。在取样时脉後所改变的资料不会被撷取,直到下一个取样时脉为止,这是因为在这2ns期间资料发生变化的准确时间是未知的,所以净解析度为2ns。


状态(同步)撷取:当撷取状态资讯时,逻辑分析仪就像所有同步装置一样,必须在取样时脉输入前後出现稳定的资料,才能确保撷取到正确的资料。


解决方案

罗德史瓦兹RTB2000/RTM3000/RTA4000数位示波器


图三 : 罗德史瓦兹RTB2000数位示波器
图三 : 罗德史瓦兹RTB2000数位示波器图片来源:rohde-schwarz.com

台湾罗德史瓦兹:「这是物超所值的数位示波器!」


R&S RTB2000/RTM3000/RTA4000 此三款是R&S新一代示波器系列,以「Power of Ten」10位元垂直解析度、10.1寸显示萤幕、10倍数的撷取记忆体等为设计概念。频宽选择从70MHz到1GHz ,提供灵活的选择;同时亦提供多种升级选项,包括16个数位通道的整合逻辑分析仪(MSO) 、多种协议解码和触发选项、任意波形及讯号产生器。R&S RTC1000 除了示波器标准功能外,更整合了数位电表、元件测试仪、函数产生器等多种功能;精简的机构设计同时拥有九种功能於一体,让使用者在占用最少空间的情况下进行各种测试,是一款物超所值的数位示波器。


太克科技TLA7000逻辑分析仪


图四 : 太克科技TLA7000逻辑分析仪
图四 : 太克科技TLA7000逻辑分析仪图片来源:tektronix.com

太克科技:「我们的仪器拥有业界最快的撷取速度!」


使用太克的逻辑分析仪,工程师可以透过业界的最高撷取速度来撷取快速边缘。依指定应用程式来调整的支援套件,可更轻松地使用探棒、撷取、解码、分析及确认微处理器、FPGA或记忆体设计的效能。


经济型的TLA6400系列逻辑分析仪提供侦错、验证和最隹化数位系统功能所需效能。使用完整的讯号完整性侦错工具组合,可快速隔离、找出及辨识捉摸不定和难以找到的问题。至於模组式TLA7000系列逻辑分析仪,则提供撷取最快速微处理器和记忆体设计上,逻辑详细资讯所需的速度和弹性。透过相同的探棒找出捉摸不定错误的来源并使用易於阅读的大型显示器、快速资料输送量以及类比和数位讯号时序关联的检视,来掌握所有可视性。


是德科技逻辑分析仪


图五 : 是德科技逻辑分析仪
图五 : 是德科技逻辑分析仪图片来源:keysight.com

是德科技:「这一系列逻辑分析仪可满足最严格的数位除错需求。」


是德科技逻辑分析仪提供最准确可靠的量测结果,让您能清楚观察系统特性,以大幅减轻开发专案的风险。


● U41XX系列模组化逻辑分析仪(安装在AXIe机箱中)具备高达4Gb/s的状态撷取速率、136 个通道/模组和高达200M的记忆体深度,提供同类产品中最高的效能和最隹的长期价值


● 16860系列可携式逻辑分析仪提供业界最快的时序分析功能与深度记忆体,可快速对数位系统进行除错。充分利用 2.5 GHz 时序撷取和高达 128 M 的取样记忆体;高达 1.4 GHz 的触发定序器(可进行状态和时序撷取);单端和差动探量选项


● 16900系列模组化逻辑分析仪能够灵活地配置系统。使用者可以先购买目前需要的功能与● 16800系列可携式逻辑分析仪以经济实惠的价格,提供结合高效能逻辑分析仪和码型产生器於一机的固定配置机型。您可在采购产品时或是将来需求增加後,将状态速率和记忆体深度升级


NI PXI架构逻辑分析器/数位波型产生器


图六 : NI PXI架构仪器
图六 : NI PXI架构仪器图片来源:ni.com

国家仪器:「我们的仪器提供弹性强大的软硬体功能!。」


NI逻辑分析器与数位波形产生器组合,可针对数位IC与电子的设计、测试、除错作业,满足相关的分析与产生需求。此组合并具备 NI LabVIEW SignalExpress 互动式软体,不需程式设计即可建立应用;另包含NI 6542或NI 6552数位波型产生器/分析器。


且多种组合均提供PCI、PXI,或PXIe规格。NI 6542组合具备32个通道,且可相容於5.0V、3.3V、2.5V,与1.8V逻辑,可从电路或系统中驱动输入或撷取输出。若需要弹性的电压准位(以10mV为调整间隔,-2.0 V ~ 5.5 V);针对激发响应应用,於各个周期控制通道方向;并以低负载被动探测电路的功能,均可使用 NI 6552 组合。这些组合提供弹性且强大的软硬体功能,可让工程师透过短版仪器,进行复杂的波型产生、时脉/状态行为分析,与报表产生作业。


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