逻辑分析仪原理及应用

您需要同时观看16位计数器的输入和输出信号，以确定定时错误时，选用不正确的工具将会耗费大量时间。采用逻辑分析仪是对于上述问题的最好解决方案。本文将详细讲述逻辑分析仪的基本原理以及它的功能。

关键词： 逻辑分析仪；采样；触发

引言

一般来说，逻辑分析仪能看到比示波器更多的信号线。对于观察总线上的定时关系或数据 ——例如微处理器地址、数据或控制总线时，逻辑分析仪是特别有用的。逻辑分析仪能够解码微处理器的总线信息，并以有意义的形式显示。总之，当您通过了参数设计阶段，开始关注许多信号间的定时关系和需要在逻辑高和低电平码型上触发时，逻辑分析仪就是正确的测试工具。

逻辑分析仪

大多数逻辑分析仪实际是合二而一的分析仪：一部分是定时分析仪，另一部分是状态分析仪。
定时分析仪的信息显示形式与示波器的相同，水平轴代表时间，垂直轴代表电压幅度。由于这两种仪器上的波形都与时间相关，因此称为“时域”显示仪。

·选择正确的采样方法
定时分析仪好像是一台具有 1bit 垂直分辨率的数字示波器。由于只有 1bit 分辨率，因此只能实现两种状态 —高或低的显示。定时分析仪只关心用户定义的电压阈值。如果采样时信号高于该阈值，就以高或 1 显示，低于阈值的采样信号用低或0显示。从这些采样点得到一张由 1 和 0 组成，代表输入波形 1bit 图的表格。这张表格保存在存储器中，并可用来重建输入波形的 1bit 图，如图1所示。

图 1 定时分析仪的采样点

定时分析仪趋向于把各种信号拉成方波，这似乎会影响到它的可用性，但如果您需要同时观察几条甚至几百条信号线以验证信号间的定时关系，那么定时分析仪就是正确选择。应记住每个采样点都要使用一个存储器位置。分辨率越高(采样率越快)，采集窗就越短。

·跳变采样
当我们捕获如图2 所示带有数据突发的输入线上的数据时，我们必须把采样率调到高分辨率(例如 4ns)，以捕获开始处的快速脉冲。这意味着具有 4K(4096 样本)存储器的定时分析仪在 16.4ms 后将停止采集数据，使您不能捕获到第二个数据突发。

图2 高分辨率采样

在通常的调试工作中，我们采样和保存了长时间没有活动的数据。它们使用了逻辑分析仪存储器，却不能提供更多的信息。如果我们知道跳变何时产生，是正跳变还是负跳变，就能够解决这一问题。这一信息是有效使用存储器的跳变定时基础。

为实现跳变定时，我们可在定时分析仪和计数器的输入处使用“跳变探测器”。现在定时分析仪只保存跳变前的那些样本，以及两个跳变之间的时间间隔。采用这种方法，每一跳变就只需使用两个存储器位置，输入无变动时就完全不占用存储器位置。

在我们的例子中，根据每一突发中存在多少脉冲数，现在能捕获到第二、第三、第四和第五个突发。并同时保持达到 4ns 的高定时分辨率(图3)。

图3 使用跳变探测器采样

·毛刺捕获
毛刺脉冲因为会随机出现，造成灾难性的后果而声名狼藉。定时分析仪可采样输入数据，保持对采样间所产生任何跳变的跟踪，容易捕获毛刺。在分析仪中，把毛刺定义为相邻两次采样间穿越逻辑阈值一次以上的任何跳变。为了识别毛刺，我们要“教会”分析仪保持对所有多个异常跳变的跟踪，并将它们作为毛刺显示。

毛刺显示是一种很有用的功能，能够提供毛刺触发和显示超前毛刺的数据，从而帮助我们确定毛刺产生的原因。这种能力也使得分析仪只捕获毛刺产生时所要的数据。

回顾本节开始时提到的例子。我们有一个系统周期性 地因毛刺出现在一条信号线上而崩溃。由于毛刺发生具有偶然性，您即使能保存整个时间上所有数据(假定有足够的存储能力)，也很难在巨大的信息量中找到它。另一种方法是使用没有毛刺触发功能的分析仪，您必须坐在仪器前，按运行按钮，等待看到毛刺为止。

·定时分析仪的触发
逻辑分析仪连续捕获数据，并在找到跟踪点后停止采集。这样，逻辑分析仪就能显示出被称为负时间的跟踪点前的信息，以及跟踪点后的信息。

码型触发

设置定时分析仪的跟踪特性与设置示波器的触发电平和斜率稍有一点区别。许多分析仪是在跨多条输入线的高和低码型上触发。为使某些用户更感方便，绝大多数分析仪的触发点不仅可用二进制( 1 和 0)，而且可用十六进制、八进制、ASCII或十进制设置。在查看4、 8、16、24、32bit宽的总线时，使用十六进制的触发点会更加方便。设想如果用二进制设置24bit总线就会麻烦得多。

边沿触发

在调节示波器的触发电平旋钮时，您知道是在设置电压比较器的电平，这个电平将告诉示波器在输入电压穿越该电平时触发。定时分析仪的边沿触发与其基本相似，