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电子产品开发过程中最常用的是示波器,但是随着微处理器如ARM、GPU、深度学习处理器等芯片的发展,以及智能硬件如雨后春笋般的成长,硬件出现的各种逻辑类bug是经常遇到的,当SOC(片上系统)的各种接口如USB、I2C、UART等出现问题的时候示波器还能勉强应付,当测量一些总线信号如AXI或者需要同时测量芯片或者板卡上很多引脚信号的时候,示波器望着那么多的引脚只能道一声:“臣妾做不到”。这时候就需要一种专业的设备,那就是逻辑分析仪!
关于逻辑分析仪? 逻辑分析仪是一种类似于示波器的波形测试设备,它是用于监测硬件电路工作时的逻辑电平,并加以存储,用图形的方式直观地表达出来,便于用户检测、分析电路设计(硬件设计和软件设计) 中的错误。逻辑分析仪是设计特别是数字设计中不可缺少的设备,通过它可以迅速地定位错误和解决问题,达到事半功倍的效果。 工作原理? 逻辑分析仪主要包括数据捕获和数据显示两大部分。逻辑分析仪一般采用先进行数据采集并存储,然后进行数据分析显示方式。数据捕获部分包括信号输入、比较采样、触发控制、数据存储和时钟电路等。外部被测信号通过探头送到信号输入电路,在比较器中与设定的门限电压进行比较,大于门限电压值的信号为高电平,反之为低电平。采样电路在采样时钟(外时钟或内时钟)控制下对信号进行采样,并将数据流送到触发模块中,产生触发信号。数据存储电路在触发信号的作用下进行相应的数据存储控制。数据捕获完成后,由分析显示电路将存储的数据处理之后以适当方式显示出来。 大多数逻辑分析仪实际是由定时分析仪和状态分析仪组成的。 定时分析:也称为异步时序分析。在逻辑分析仪内部高速采样时钟的驱动下,对输入信号进行异步数据采样,采样的数据用方波的形式进行显示。逻辑分析仪在内部高速时钟的驱动下对信号输入进行异步采样,其测量结果用于分辨相关信号间的时序关系,例如建立时间、保持时间、协议应答等。根据采样定理,内部采样时钟要高于被测信号最高频率的3倍以上到正确的采样数据,内部采样时钟频率越高,定时分辨率就越高,精确度也越高,时序关系就越精准。 状态分析:也称为同步时序分析。在外部同步时钟的驱动下,逻辑分析仪对输入信号进行同步数据采样,显示的时候,用二进制码或配合软件用映射图或反汇编成助记符,由于采集到的状态数据与被测信号数据流状态完全一致,因此可以用于直接观测程序的源代码。状态分析模式一般用于对系统软件进行测试。 逻辑分析仪分类 ? 目前市场上逻辑分析仪有两类,一类是独立式逻辑分析仪,主要供应商有安捷伦和泰克;另一类是价格相对低廉的基于PC的虚拟逻辑分析仪(VI),主要供应商为美国国家仪器公司(NI),主要产品为图形化测试测量编程软件LabVIEW 。传统上,在PC上运行的LabVIEW软件被称为虚拟仪器,但随着LabVIEW RT的推出,这些VI可以在多种设备上运行,如便携式仪器、工业PC或基于 Web 的仪器等。在中国也有一些生产逻辑分析仪的厂家,但大部分是虚拟仪器。 主要威廉希尔官方网站 指标 ? (1)通道数 在需要逻辑分析仪的地方,要对一个系统进行全面地分析,就应当把所有应当观测的信号全部引入逻辑分析仪当中,这样逻辑分析仪的通道数至少应当是:被测系统的字长(数据总线数)+被测系统的控制总线数+时钟线数。这样对于一个 8 位机系统,就至少需要 34 个通道。现在几个厂家的主流产品的通道数也高达 340 通道,例 Tektronix 等,市面上主流的产品是 34 通道的逻辑分析仪,用它来分析最常见的 8 位系统,像北京海洋最新推出的 OLA 系列逻辑分析仪就是 34 通道的。 (2)定时采样速率 在定时采样分析时,要有足够的定时分辨率,就应当有足够高的定时分析采样速率,但是并不是只有高速系统才需要高的采样速率,现在的主流产品的采样速率高达 2GS/s ; (3)状态分析速率 在状态分析时,逻辑分析仪采样基准时钟就用被测试对象的工作时钟(逻辑分析仪的外部时钟)这个时钟的最高速率就是逻辑分析仪的高状态分析速率。也就是说,该逻辑分析仪可以分析的系统最快的工作频率。现在的主流产品的定时分析速率在 300MHz ,最高可高达 500MHz 甚至更高; (4)每通道的记录长度 逻辑分析仪的内存是用于存储它所采样的数据,以用于对比、分析、转换(譬如将其所捕捉到的信号转换成非二进制信号); (5)测试夹具 逻辑分析仪通过探头与被测器件连接,测试夹具起着很重要的作用。 逻辑分析仪的功能 ? (1)定时分析 定时分析是逻辑分析仪中类似示波器的部分,它与示波器显示信息的方式相同,水平轴代表时间,垂直轴代表电压幅度。定时分析首先对输入波形的采样,然后使用用户定义的电压阈值,确定信号的高低电平。定时分析只能确定波形是高还是低,不存在中间电平。所以定时分析就像一台只有一位垂直分辨率的数字示波器。但是,定时分析并不能用于测试参量,如果用定时分析测量信号的上升时间,那就用错了仪器。如果要检验几条线上的信号的定时关系,定时分析就是合理的选择。如果定时分析前一次采样的信号是一种状态,这一次采样的信号是另一种状态,那么它就知道在两次采样之间的某个时刻输入信号发生了跳变。 (2)跳变定时 如果我们要对一个长时间没有变化的采样并保存数据,跳变定时能有效地利用存储器。使用跳变定时,定时分析只保存信号跳变后采集的样本,以及与上次跳变的时间。 (3)毛刺捕获 数字系统中毛刺是令人头疼的问题,某些定时分析仪具有毛刺捕获和触发能力,可以很容易的跟踪难以预料的毛刺。定时分析可以对输入数据进行有效地采样,跟踪采样间产生的任何跳变,从而容易识别毛刺。在定时分析中,毛刺的定义是:采样间穿越逻辑阈值多次的任何跳变。显示毛刺是一种很有用的功能,有助于对毛刺触发和显示毛刺产生前的数据,从而帮助我们确定毛刺产生的原因。 (4)状态分析 逻辑电路的状态是:数据有效时,对总线或信号线采样的样本。定时分析与状态分析的主要区别是:定时分析由内部时钟控制采样,采样与被测系统是异步的;状态分析由被测系统时钟控制采样,采样与被测系统是同步的。用定时分析查看事件 “ 什么时候 ” 发生,用状态分析检查发生了“ 什么 ”事件。定时分析通常用波形显示数据,状态分析通常用列表显示数据。 逻辑分析仪结合了状态分析和定时分析的功能,是用户在开发中不可或缺的强大调试工具。了解了这些基础知识,用户就可以满怀信心地运用逻辑分析仪来进行数字辅助开发和排错,从而很好地缩短了研发周期,更快研发出优质的产品。 |
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