了解邏輯分析儀

邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數字信號的儀器，最主要作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級，通常只顯示兩個電壓（邏輯1和0），因此設定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過比較器進行判定，高于參考電壓者為High,低于參考電壓者為Low，在High與 Low之間形成數字波形。

例如：一個待測信號使用200MHz采樣率的邏輯分析儀，當參考電壓設定為1.5V時，在測量時邏輯分析儀就會平均每5ns采取一個點，超過1.5V者為High(邏輯1)，低于1.5V者為Low（邏輯0），而后的邏輯1和0可連接成一個簡單波形，工程師便可在此連續波形中找出異常錯誤（bug）之處。整體而言，邏輯分析儀測量被測信號時，并不會顯示出電壓值，只是High跟Low的差別；如果要測量電壓就一定需要使用示波器。除了電壓值的顯示不同外，邏輯分析儀與示波器的另一個差別在于通道數量。一般的示波器只有2個通道或4個通道，而邏輯分析儀可以擁有從16個通道、32個通道、64個通道和上百個通道數不等，因此邏輯分析儀具備同時進行多通道測試的優勢。

根據硬件設備設計上的差異，目前市面上邏輯分析儀大致上可分為獨立式（或單機型）邏輯分析儀和需結合電腦的PC-based卡式虛擬邏輯分析儀。獨立式邏輯分析儀是將所有的測試軟件、運算管理元件以及整合在一臺儀器之中；卡式虛擬邏輯分析儀則需要搭配電腦一起使用，顯示屏也與主機分開。就整體規格而言，獨立式邏輯分析儀已發展到相當高標準的產品，例如采樣率可達8GHz、通道數可擴充到300個通道以上，存儲深度相對也高，獨立式邏輯分析儀以往價格昂貴，從幾萬到數十萬人民幣不等，一般用戶很少用得起。最近臺灣OItek科技有限公司推出的OLA2032BTM獨立臺式EasyDebugTM邏輯分析儀，不超過2萬元人民幣經濟性價格讓每個工程師都用得起。尤其在數字電路教學中，改變了以往老師為了降低成本使用虛擬邏輯分析儀進而產生的不直觀、麻煩等問題，在同一個價格上，我們可以把臺式獨立邏輯分析儀很輕松地拎起來。基于計算機接口的卡式虛擬邏輯分析儀，以較小的成本提供了相應的性能，但是卡式虛擬邏輯分析儀也有很大缺點，它需要配備電腦才能使用，尤其數字測試中，工程師往往會陷入一堆PCB板中，采用旋轉按鈕的儀器要比在屏幕上移動鼠標更加方便。技術的發展也逐漸把示波器和邏輯分析儀的功能融合在一起，成為混合式的儀器（MSO），也稱混合信號測試儀器。

邏輯分析儀的主要特點

邏輯分析儀的作用是利用便于觀察的形式顯示出數字系統的運行情況，對數字系統進行分析和故障判斷。其主要特點如下：

◆有足夠多的輸入通道

◆具有多種靈活的觸發方式，確保對被觀察的數據流準確定位（對軟件而言可以跟蹤系統運行中的任意程序段，對硬件而言可以檢測并顯示系統中存在的毛刺干擾）。

◆具有記憶功能，可以觀測單次及非周期性數據信息，并可診斷隨機性故障。

◆具有延遲能力，用以分析故障產生的原因。

◆具有限定功能，實現對欲獲取的數據進行挑選，并刪除無關數據。

◆具有多種顯示方式，可用字符、助記符、匯變語言顯示程序，用二進制、八進制、十進制、十六進制等顯示數據，用定時圖顯示信息之間的時序關系。

◆具有驅動時域儀器的能力，以便復顯待測信號的真實波形及有利于故障定位。

◆具有可靠的毛刺檢測能力。

邏輯分析儀分類

邏輯分析儀分為兩大類：邏輯狀態分析儀（Logic State Analyzer,簡稱LSA）和邏輯定時分析儀（Logic Timing Analyzer）。這兩類分析儀的基本結構是相似的，主要區別表現在顯示方式和定時方式上。

邏輯狀態分析儀用字符0、1或助記符顯示被檢測的邏輯狀態，顯示直觀，可以從大量數碼中迅速發現錯碼，便于進行功能分析。邏輯狀態分析儀用來對系統進行實時狀態分析，檢查在系統時鐘作用下總線上的信息狀態。它的內部沒有時鐘發生器，用被測系統時鐘來控制記錄，與被測系統同步工作，主要用來分析數字析統的軟件，是跟蹤、調試程序、分析軟件故障的有力工具。

邏輯定時分析儀用來考察兩個系統時鐘之間的數字信號的傳輸情況和時間關系，它的內部裝有時鐘發生器。在內時鐘控制下記錄數據，與被測系統異步工作，主要用于數字設備硬件的分析、調試和維修。

邏輯分析儀的工作原理

邏輯分析儀的工作過程就是數據采集、存儲、觸發、顯示的過程，由于它采用數字存儲技術，可將數據采集工作和顯示工作分開進行，也可同時進行，必要時，對存儲的數據可以反復進行顯示，以利于對問題的分析和研究。

將被測系統接入邏輯分析儀，使用邏輯分析儀的探頭（邏輯分析儀的探頭是將若干個探極集中起來，其觸針細小，以便于探測高密度集成電路）監測被測系統的數據流，形成并行數據送至比較器，數入信號在比較器中與外部設定的門限電平進行比較，大于門限電平值的信號在相應的線上輸出高電平，反之輸出低電平時對輸入波形進行整形。經比較整形后的信號送至采樣器，在時鐘脈沖控制下進行采樣。被采樣的信號按順序存儲在存儲器中。采樣信息以“先進先出”的原則組織在存儲器中，得到顯示命令后，按照先后順序逐一讀出信息，按設定的顯示方式進行被測量的顯示。

邏輯分析儀的顯示形式

邏輯分析儀將被測數據信號用數字形式寫入存儲器后，可以根據需要通過控制電路將內存中的全部或部分數據穩定的顯示在屏幕上。通常有以下幾種顯示方式。

1、定時顯示

定時顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲器中的內容顯示在屏幕上，顯示的是一串經過整形后類似方波的波形，高電平代表“1”，低電平代表“0”。由于顯示的波形不是實際波形，所以也稱“偽波形”。

2、狀態表顯示

狀態表顯示是以各種數值如二進制、八進制、十進制、十六進制的形式將存儲器中內容顯示在屏幕上。

3、圖解顯示

圖解顯示是將屏幕的X方向作為時間軸，將Y方向作為數據軸進行顯示的一種方式。將欲顯示的數字量通過D/A變換器轉變成模擬量，將此模擬量按照存儲器中取出的數字量的先后順序顯示在屏幕上形成一個圖像的點陣。

4、映像顯示

映像顯示是將存儲器中的全部內容以點圖形式一次顯示出來。它將每個存儲器字分為高位和低位兩部分，分別經X，Y方向D/A變換器變換為模擬量，送入顯示器的X與Y通道，則每個存儲器字點亮屏幕上的一個點。