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数位分析不可或缺 逻辑分析仪为除错而生
多用途工具

【作者: 王岫晨】2021年07月15日 星期四

浏览人次:【3255】

回顾逻辑分析仪的演进,大约与最早的商用微处理器上市时间差不多。当时这些工程师依据新装置来设计系统,他们很快地发现,为微处理器设计除错所需要的输入,比示波器能提供的还要多。


在这种情况下,逻辑分析仪的多重输入,可以完美解决这个问题。这种仪器的撷取率和通道数都稳定增加,足以跟上数位科技的快速进展,因此逻辑分析仪无疑是数位系统开发的关键工具。


示波器与逻辑分析仪之间存在着许多异同之处,如果想更了解这两种仪器如何处理其各自应用,可以比较一下这些仪器的个别功能。


数位示波器与逻辑分析仪

数位示波器是进行一般讯号检视用途时的基础工具,这种仪器的高取样率和频宽,使其能够撷取整个时域上的资料点,以提供讯号转态(边缘)、暂态事件,以及短时间增量的量测。


当示波器确定能够检视与逻辑分析仪相同的数位讯号时,大部分示波器使用者又开始考虑类比量测,例如上升及下降时间、尖峰振幅,以及边缘之间的时间距离等。



图一 : 示波器可以显示振幅、上升时间等类比特性。 (source:tektronix.com)
图一 : 示波器可以显示振幅、上升时间等类比特性。 (source:tektronix.com)

图二 : 逻辑分析仪可用於决定临界电压相对的逻辑值。(source:tektronix.com)
图二 : 逻辑分析仪可用於决定临界电压相对的逻辑值。(source:tektronix.com)

图三 : 逻辑分析仪的操作示意。(source:tektronix.com)
图三 : 逻辑分析仪的操作示意。(source:tektronix.com)

在示波器的波形上,可以看出示波器的优势。由波形可以看出讯号的类比特性,这些可能会影响讯号执行其功能的能力。示波器可以撷取讯号细节,找出振荡、过激、上升边缘的变化,以及其他定期出现的偏差现象。


透过示波器的内建工具,例如游标与自动化量测,可以快速地向下追踪可能会影响设计的讯号完整性问题。


此外,时序量测(包括传输延迟及设定、保持时间)是示波器不可或缺的功能。当然,还有许多纯类比讯号(如麦克风输出或数位转类比转换器的输出)也都是透过可以记录类比细部讯号的仪器来检视。


示波器通常有高达四组的输入通道。然而如果必须同时量测五个数位讯号,或是拥有32位元资料汇流排,和64位元位址汇流排的数位系统时,这时候就需要一台拥有更多输入的工具,也就是逻辑分析仪。


逻辑分析仪拥有不同於示波器的能力,这两种仪器最明显的差异,在於通道(输入)的数目。典型的数位示波器最多有四个讯号输入,而逻辑分析仪则有34至136个通道,每一个通道均可输入一种数位讯号。某些复杂的系统设计需要数千个输入通道,这时也可以使用规模适当的逻辑分析仪来进行这些测试工作。


逻辑分析仪进行量测和分析讯号的方式与示波器不同,逻辑分析仪不会量测类比讯号的细节,但却会侦测逻辑临界值层级。也就是说,当逻辑分析仪连接至数位电路时,工程师只需考虑讯号的逻辑状态,逻辑分析仪会自动寻找两种逻辑层级。而用逻辑分析仪来操作进行待测物连接、撷取及分析数位讯号,大致分为四个步骤,包括连接、设定、撷取以及分析与显示。


逻辑分析仪使用时机

如果需要同时量测少数讯号的「类比」特性,数位示波器是最有效的解决方案。特别是需要了解特定讯号的振幅、功率、电流、相位值,或边缘量测(如上升时间)时,示波器是最适当的仪器。下列情况需要使用数位示波器:


●在类比与数位装置验证期间,分析讯号完整性(例如上升时间、过激与振荡)。


●一次在最多四组讯号的情况下,分析讯号的稳定度(如抖动及抖动频谱)。


●量测讯号边缘及电压,以评估时序边限,例如设定或保持、传输延迟。


●侦测暂态错误,例如突波、矮波脉冲、双稳转态。


●同时量测少数讯号的振幅与时序叁数。


而逻辑分析仪则是为数位设计进行验证及除错的绝隹工具,它可以验证数位电路是否正常运作,并协助工程师疑难排除所发生的问题。此外,逻辑分析仪还可同时撷取并显示许多讯号,并分析其时序关系。为了找出并解决捉摸不定、暂态的问题,有些逻辑分析仪可以侦测突波及设定与违反时间保持。在软硬体整合过程中,逻辑分析仪可以追踪嵌入式软体的执行情形,并分析程式执行的效率。部分逻辑分析仪可以找出设计中的原始码与特定硬体活动的关联性。下列情况需要使用逻辑分析仪:


●除错与验证数位系统运作情形。


●同步追踪并找出许多数位讯号之间的关联性。


●侦测并分析汇流排上的时序违反与暂态事件。


●追踪嵌入式软体的执行情形。


(本文叁考资料:太克科技逻辑分析仪基本原理)


解决方案

太克科技6系列混合讯号示波器


图四 : 太克科技6系列混合讯号示波器
图四 : 太克科技6系列混合讯号示波器图片来源:tektronix.com

太克科技:「发挥最大弹性和更广的系统可见性!」


太克科技6系列MSO重新定义何谓混合讯号示波器(MSO)。FlexChannel科技让每个通道输入用作单一类比或八个数位逻辑输入(具TLP058逻辑探棒),或具各域独立撷取控制的类比和频谱同步检视 。


罗德史瓦兹数位示波器


图五 : 罗德史瓦兹RTA4000 数位示波器
图五 : 罗德史瓦兹RTA4000 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。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。


Keysight 16800系列逻辑分析


图六 : Keysight 16800系列逻辑分析
图六 : Keysight 16800系列逻辑分析图片来源:keysight.com

是德科技:「快速地协助完成数位系统除错、验证。」


Keysight 16800系列可携式逻辑分析仪可提供数位开发团队需要的性能、应用软体及易用特性,快速地协助完成数位系统除错、验证及最隹化作业,而价位又不会超出预算范围。.


NI PXI架构逻辑分析器/数位波型产生器


图七 : NI PXI架构仪器
图七 : 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。


**刊头图(source:keysight.com)


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