数字电路测试中逻辑分析系统的应用探讨

【摘 要】逻辑分析系统通常运用到对数字电路和系统数据的分析。虽然该系统发展了很长一段时间，但是由于相关程序复杂难懂，操作繁琐，成本较高，很难被工程师所认可。本文针对以上问题，分析逻辑分析系统的作用、发展状况、指标概念、示波器等相关部件，以此来证明逻辑分析系统在数字电路测试中的重要性。

【关键词】逻辑分析系统；示波器；数字电路

引言

当无故障的电路系统所判断的逻辑功能和数字电路所实现的逻辑系统不符时，则表明该系统出现了故障问题。数字电路的故障问题分为两大类，分别为：物理故障、逻辑故障。物理故障是因为内部的连线发生短接、电路原件损坏等原因。逻辑故障是因为数字电路系统的控制逻辑系统出现异常。在以上的故障当中，如果故障不随着时间的变化而改变我们称之为永久故障；如果故障时隐时现称之为间歇故障。数字电路的故障大多是因为固定性的逻辑故障，为了能够有效地检测故障，以确保数字电路的正常平稳工作，就需要对数字电路进行测试。要诊断以上问题的所在需要根据相关仪器进行确认，这些仪器能够精准的判断系统的问题所在，进而确定故障的准确位置。

1 逻辑分析仪的相关概念

（1）通道数量：通道数量它是逻辑分析仪中最简单的指标。如果对数字电路系统进行全面的检查和分析，就必须将待测信号全部引入到逻辑分析仪当中。逻辑分析仪的通道数为被测系统的总线路数+数据总线书+时钟线数。针对8位系统而言，需要最少30个通道的逻辑分析仪，所以在一般情况下逻辑分析仪到多数通道数为34，到目前为止最高的通道数已经高达340个。

（2）定时采样速率：当进行定时采样的分析，需要拥有较高的分析采样速率。目前而言主流的逻辑分析仪采用的速率可达到2GS/s，在此速率下，能够观察到0.5ps时间的细节分布。

（3）状态分析速率：当进行状态分析时，逻辑分析仪外部的时钟是逻辑分析仪在采样时的基准时钟。该时钟的最高分析速率就是逻辑分析仪最佳状态下的分析速率。现在市面上的主流分析速率为100-500MHz。

（4）通道记录长度：逻辑分析仪当中的内存能够对其收集的数据进行对比、分析与转化。

（5）测试夹具与探头：探头是连接逻辑分析仪和被测器件的纽带。探头的它能够保持信号的完整。随着科技的发展，芯片的封装密度逐渐升高，如果想要将信号引出，非常的困难；与此同时现在的分立器的尺寸也逐渐变小。在此测试夹变得尤为的重要，它能够使人脱手操作，防止芯片因为短路而烧坏。

2 逻辑分析仪与示波器的对比

逻辑分析仪的起步较晚，因为示波器不能够同时满足多路的测试，所以逻辑分析仪被发明出来。在测试领域，示波器是相对最早的测试设备，它是基于雷达扫描原理，对信号进行收集和再现，源于传统的模拟电路和模拟信号基础。伴随着数字技术的进步，数字信号的测试尤为的重要，期初数字信号测试利用示波器，后来发明了状态分析仪和定时分析仪，由于二者的成本较高，所以市场的流通并不理想。

逻辑分析仪通常仅有俩个电压等级：低电压和高电压。逻辑分析仪它是通过收集的信号进行分析判定，低于参考电压为0，高于参考电压为1，形成0与1的数字波形。自逻辑分析仪诞生以后，它就被扣上操作繁琐，价格昂贵，对于使用人员需要很高的要求，与示波器相比仅仅多了几项功能的帽子。但是随着科技水平的发展，逻辑分析器的成本逐渐的降低，它已经逐步的成为基本的测试工具。

3 逻辑分析仪的应用

在使用逻辑分析仪时我们应该注意以下几点，就能够发挥其真正的作用。

（1）被测系统同逻辑分析仪的探头连接。在使用该工具之前，第一要选择适当的探头和需要被测的系统相连接，探头内部有着比较器能够将输入的电压和门限的电压二者进行比较，来确定逻辑状态。该探头的类型有很多，需要根据需要来选取对应的探头。最普遍的探头一般是点对点式的“夹子状”。逻辑探头能够将高质量的信号捕获，同时能够将影响限制到最低。逻辑探头还能够将高质量的信号传递到逻辑分析仪器中，与电路板有着多种连接方式。

（2）触发条件和时钟模式。当逻辑分析仪与需要被测的系统连接完毕后，就需要对触发条件以及时钟模式进行设置。异步捕获与同步捕获是逻辑分析器的两种特殊的捕获方式。

异步捕获模式：逻辑分析仪采用内部时钟对数据分析采样，采样速度快，测试的分辨率非常高。采样速率对于异步定时而言是非常的重要，异步捕获模式通常没有稳定的时间关系，其主要的关系为被测系统与时间的关系。同步捕获模式：该捕获模式通过利用一个被测信号作为时钟信号。逻辑分析仪一般情况下在外部的时钟边缘进行采样，所收集的数据能够代表逻辑信号被测电路的此时状态。逻辑分析仪收集的时钟信号一般被要求小于一定的频率，该频率为逻辑分析仪最大状态速率。逻辑分析器的一大优点就是能够对任何的逻辑条件进行触发。这样能够设定何时能够捕获数据，筛选捕获的数据，并且能够跟踪被测电路的逻辑状态，同时将被测系统中触发用户已经定义的事件。

（3）捕获被测信号。在使用逻辑分析仪之前需要确定逻辑分析仪的通道数。数字系统当中有着各不相同的宽度，通道数量通常情况下是总线宽的4倍。将捕获信号确定后，需要考虑逻辑分析仪的存储深度。逻辑分析仪会将捕获到的数据立刻传递给存储器当中。存储器它是逻辑分析仪的“心脏”，它不仅是被采样数据的目的地，而且还是逻辑分析仪分析数据的中心。

（4）分析与显示捕获数据。逻辑分析仪能够将捕获到的信号以不同的形式进行查看，例如二进制代码以及时间波形等形式。在一般情况下，相关人员使用总线形式来显示捕获数据。通常的逻辑分析仪能够观察多组平行的总线和相互管量的数据，这样能够了解逻辑代码的内涵。使用逻辑分析仪观察平行的总线时，首先需要先观察同步状态数据，如果同步状态数据出现问题，就需要去了解异步时钟数去解决问题所在。

4 结束语

逻辑分析仪的优点就是能够捕获并且显示许多信号，同时能够准确的分析这些被捕获的信号的逻辑关系和时间关系，逻辑分析仪是数字设计调试和判断过程中公认的最优秀的工具，它能够检验数字电路是否工作正常，帮助相关人员快速的排查电路系统问题。在当前逻辑分析仪的发展正在逐渐起步，随着时间的推进，在未来每一位工程师都能够轻松的使用逻辑分析仪。

参考文献：

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