逻辑分析仪基础简介

逻辑分析仪是一种类似于示波器的波形测试设备，它可以监测硬件电路工作时的逻辑电平（高或低），并加以存储，用图形的方式直观地表达出来，便于用户检测和分析电路设计（硬件设计和软件设计）中的错误。逻辑分析仪是设计中不可缺少的电子测试设备，通过它可以迅速地定位错误、解决问题、达到事半功倍的效果。
逻辑分析仪的产生和发展

20世纪70年代初研制出微处理器，出现4位和8位总线，传统示波器的双通道输入无法满足8bit的观察。微处理器和存储器的测试需要不同于时域和频域仪器，所以数域测试仪器应运而生。当时的HP公司推出状态分析仪和Biomation公司推出定时分析仪（两者最初很不相同）之后不久，用户开始接受这种数域测试仪器作为最终解决数字电路测试的手段，不久状态分析仪与定时分析仪合并成逻辑分析仪。

20世纪80年代后期，逻辑分析仪变得更加复杂，使用起来也更加困难。例如，引入多电平树形触发，以应付条件语句如IF、THEN、ELSE等复杂事件。这类组合触发必然更加灵活，同时对大多数用户来说就不是那样容易掌握了。

逻辑分析仪的基本发展趋势是计算机与仪器的不断融合。在PC机平台上使用Windows，只要给定正确的软件和相关工具，即可通过互联网进行远程控制，从目标文件格式中提取源码和符号，而且处理器可运行各种控制操作。
逻辑分析仪的分类

目前市场上逻辑分析仪有两类，一类是独立式逻辑分析仪，主要供应商有是德科技和泰克；另一类是价格相对低廉的基于PC的虚拟逻辑分析仪（VI），主要供应商为美国国家仪器公司（National Instruments，NI）和致远电子，主要产品为图形化测试测量编程软件LabVIEW。传统上，在PC上运行的LabVIEW软件被称为虚拟仪器，但随着LabVIEW RT的推出，这些VI可以在多种设备上运行，如便携式仪器、工业PC或基于Web的仪器等。

在中国也有一些生产逻辑分析仪的厂家，但大部分是虚拟仪器，由于进口的独立式逻辑分析仪的价格昂贵，国内很需要一款独立便携、使用简单的逻辑分析仪，向台湾生产的，北京海洋兴业科技有限公司推出的一款逻辑分析仪就比较适合国内市场。
逻辑分析仪的功能

1、 逻辑分析仪的通道数

在需要逻辑分析仪的地方，要对一个系统进行全面地分析，就应当把所有应当观测的信号全部引入逻辑分析仪当中，这样逻辑分析仪的通道数至少应当是：被测系统的字长（数据总线数）＋被测系统的控制总线数＋时钟线数。这样对于一个8位机系统，就至少需要34个通道。现在几个厂家的主流产品的通道数也高达340通道，例Tektronix等，市面上主流的产品是34通道的逻辑分析仪，用它来分析最常见的8位系统，像北京海洋兴业科技有限公司推出的OLA2032B逻辑分析仪就是34通道。

2、 定时采样速率

在定时采样分析时，要有足够的定时分辨率，就应当有足够高的定时分析采样速率，但是并不是只有高速系统才需要高的采样速率，现在的主流产品的采样速率高达2GS/s，在这个速率下，我们可以看到0.5ps时间上的细节。

3、 状态分析速率

在状态分析时，逻辑分析仪采样基准时钟就用被测试对象的工作时钟（逻辑分析仪的外部时钟）这个时钟的最高速率就是逻辑分析仪的高状态分析速率。也就是说，该逻辑分析仪可以分析的系统最快的工作频率。现在的主流产品的定时分析速率在300MHz，最高可高达500MHz甚至更高。

4、逻辑分析仪的每通道的记录长度

逻辑分析仪的内存是用于存储它所采样的数据，以用于对比、分析、转换（譬如将其所捕捉到的信号转换成非二进制信号）。

5、逻辑分析仪的测试夹具

逻辑分析仪通过探头与被测器件连接，测试夹具起着很重要的作用，测试夹具有很多种，如飞行头和苍蝇头等，详见北京海洋兴业科技股份有限公司网站（www.hyxyyq.com）。
示波器与逻辑分析仪的比较

1．示波器的特点是：

a） 能够查看信号的微小电压变化；

b） 具有很高的时间间隔测量准确度。

示波器通常在需要高垂直分辨率和高电压分辨率时使用。也就是说，如果您需要观察微小的电压变化，您就应该使用示波器。许多示波器都能够提供很高的时间间隔分辨，因此能以很高的精确度测量两个事件的时间间隔。总之在需要参量信息时，您应使用示波器。

2．逻辑分析仪的特点是：

a） 能够同时观察多个信号；

b） 能够查看硬件系统的系统信号；

c） 能够按高低电平模式触发多条信号线，并查看结果。

逻辑分析仪与示波器的工作方式相似：用水平轴代表数据的时间，垂直轴代表数据的电压幅度。虽然，逻辑分析仪没有示波器那么高的电压分辨率和事件间隔精确度，但是逻辑分析仪能够同时捕获并显示多个信号，示波器却做不到。当系统中的信号穿越阈值时，逻辑分析仪和您的逻辑电路具有相同的反应。所以在查看总线（微处理器的地址、数据或控制总线）的时间关系时，逻辑分析仪特别有用，它可以对微处理器总线信息解码更有意义，更直观的方式表示信息。当您的电路通过了参量设计阶段后，对许多信号的定时关系感兴趣，并且要在高低电平模式上触发时，那么逻辑分析仪就是极好的选择。但是以往的独立式逻辑分析仪不仅价格昂贵，而且操作麻烦。另外虚拟的逻辑分析仪功能有限，所以市场需要一款适合普通用户的逻辑分析仪，北京海洋仪器推出的OLA系列逻辑分析仪是很好的选择。
逻辑分析仪的功能

如前所述，绝大多数逻辑分析仪是两种仪器的合成，第一部分是定时分析仪，第二部分是状态分析仪。

1.定时分析

定时分析是逻辑分析仪中类似示波器的部分，它与示波器显示信息的方式相同，水平轴代表时间，垂直轴代表电压幅度。定时分析首先对输入波形的采样，然后使用用户定义的电压阈值，确定信号的高低电平。定时分析只能确定波形是高还是低，不存在中间电平。所以定时分析就像一台只有1位垂直分辨率的数字示波器。但是，定时分析并不能用于测试参量，如果你用定时分析测量信号的上升时间，那你就用错了仪器。如果你要检验几条线上的信号的定时关系，定时分析就是合理的选择。如果定时分析前一次采样的信号是一种状态，这一次采样的信号是另一种状态，那么它就知道在两次采样之间的某个时刻输入信号发生了跳变，但是，定时分析却不知道精确的时刻。最坏的情况下，不确定度是一个采样周期。

2.跳变定时

如果我们要对一个长时间没有变化的采样并保存数据，跳变定时能有效地利用存储器。使用跳变定时，定时分析只保存信号跳变后采集的样本，以及与上次跳变的时间。

3.毛刺捕获

数字系统中毛刺是令人头疼的问题，某些定时分析仪具有毛刺捕获和触发能力，可以很容易的跟踪难以预料的毛刺。定时分析可以对输入数据进行有效地采样，跟踪采样间产生的任何跳变，从而容易识别毛刺。在定时分析中，毛刺的定义是：采样间穿越逻辑阈值多次的任何跳变。显示毛刺是一种很有用的功能，有助于对毛刺触发和显示毛刺产生前的数据，从而帮助我们确定毛刺产生的原因。

4.状态分析

逻辑电路的状态是：数据有效时，对总线或信号线采样的样本。定时分析与状态分析的主要区别是：定时分析由内部时钟控制采样，采样与被测系统是异步的；状态分析由被测系统时钟控制采样，采样与被测系统是同步的。用定时分析查看事件“什么时候”发生，用状态分析检查发生了“什么”事件。定时分析通常用波形显示数据，状态分析通常用列表显示数据。

小结

逻辑分析仪主要用来测试以微处理器为核心的数字系统，在硬件电路、嵌入式系统和监控软件的研制和调试过程中，都是一个必备的优秀工具。逻辑分析仪具有丰富的触发条件，不管被测系统多么复杂，逻辑分析仪都能准确地找到那些隐蔽的、偶然的特殊时刻，然后把触发条件发生前后，各信号的时序图和数据流显示出来。问题也就看清楚了，不需要再绞尽脑汁的推理和猜测了。

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