邏輯分析儀硬件電路毛刺信號分析

　　毛刺往往是造成硬件故障的“元兇”，但由于它持續時間非常短，幅度小，“來無蹤去無影”，用示波器又很難捕捉，令工程師非常頭疼。好多工程師不得不采用其他的辦法來查找原因，耗時且費力。

　　現我們就以實際的案例來向大家說明邏輯分析儀定時分析功能在硬件調試時的功用。特別說明一點的是本例中使用的是虛擬邏輯分析儀即基于USB式的。

　　地址計數器

　　4位地址AB3-0

　　時鐘

　　RAM

　　數據輸入

　　數據輸入

　　數據輸出

　　圖1. 四位存儲器原理示意圖

　　圖1 為一個有故障的存儲器電路示意，故障的現象是存入的數據和讀出的數據有出入，這屬于硬件故障。首先用邏輯分析儀的定時分析觀測加至RAM的寫時鐘和由地址計數器產生的4位地址，首先我們來分析其工作的時序過程：

　　時鐘提供4位地址讀寫數據的基準，由邏輯控制信號確定動作的時間。

　　由圖1分析可見，可疑點可能在時鐘信號，或者4位地址計數器上。從圖2可見，寫時鐘（即圖中“時鐘Φ”）是周期出現的，在寫時鐘的作用下地址計數器進行計數，輸出不同地址供RAM使用。圖2中白色框左部邏輯關系都是正確的，但圖白色框部分，可以明顯發現寫時鐘未作用時，地址計數器仍反轉計數，產生邏輯錯誤。從而導致讀寫錯誤。

圖2. 非正常四位地址存儲器時序圖

　　那為什么在沒有時鐘跳邊沿的情況下，地址計數器會動作呢？有經驗的工程師就知道，這與毛刺有關。用抓鉤連接這5條信號線（4位地址線+1位時鐘線）與TWLA500主機，因為是虛擬儀器所以TWLA500要先與PC連接。如圖4示。其中5個通道的順序和名稱可以自行定義。

圖3. 出現讀寫異常的時序圖

　　本例中通道3為時鐘信號，觸發字可以靈活的選擇，例如可以選擇地址為0000觸發。也可以設觸發延遲，適當調整采樣周期，使整個信號完整、清晰的顯示在屏幕上。其時序示意圖如圖5所示。

圖4. 圖TWLA500與電路的連接

　　也可以利用高級觸發，比如設置出現異常的跳轉時觸發。利用邏輯分析儀抓取到實際工作的信號如圖5所示。

圖5. TWLA500抓取的電路工作信號

　　再經過放大后，會發現時鐘信號在約15.5uS處出現毛刺。（圖6中紅色框所示）

圖6. 放大之后的毛刺信號，“原形畢露”

　　由圖6可見，在出現誤反轉的瞬間，時鐘信號出現毛刺（圖6中紅色框）。導致出現讀寫錯誤。TWLA500抓取發現該毛刺周期非常短，幾nS的間隙。普通的邏輯分析儀很難抓到該毛刺。因為TWLA500高達500M的采樣率同時Setup/Hold Time≈0nS，。所以很容易捕獲到該毛刺。繼續跟蹤，可以發現時鐘產生毛刺的根源系電路中等效電容和電阻的存在，在工作時RC有充放電現象造成時鐘信號在跳轉的邊沿產生不穩定的情況。這就為硬件工程師最終找出故障根源提供了強有力的支持。

邏輯分析儀+時鐘發生器

　　通過上面的實例可以看出，在數字系統中，邏輯分析儀都是一個非常有用的工具。特別是隨著其功能的豐富，價格的下降。長遠看，邏輯分析儀將在數字系統的革命中發揮重要的作用。