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逻辑分析仪与时俱进 快速找出数位问题
持续解决新兴挑战

【作者: 王岫晨】2020年08月11日 星期二

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逻辑分析仪最基本的任务,就是依据撷取到的资料制作时序图。


若DUT正确运作,则时序显示就会和设计模拟器的时序图相同。


只不过,这必须视逻辑分析仪的解析度而定,也就是其取样率。



逻辑分析仪是所有数位疑难排解中不可或缺的工具。随着数位装置日趋快速和复杂,逻辑分析仪解决方案也必须有所因应。它们的速度必须能够撷取设计中最快速、最短暂的异常讯号,且须具备以高解析度检视所有通道的能力,而且其记忆体深度必须足以利用许多次周期,解开数十、数百甚至数千个讯号之间的关系。


一般来说,逻辑分析仪有许多关於效能和有效性的定量指标,其中几项与其取样率有关。其中,和数位储存示波器(DSO)之频宽类似的,是量测频率轴。某些探测和触发项目对DSO使用者而言也很熟悉,但还是有许多逻辑分析仪之数位领域独有的相关属性。 由於逻辑分析仪并未尝试撷取和重建类比讯号,因此通道数和同步(时脉)模式等问题非常重要,而垂直准确度等此种类比因素则次之。


时序撷取率

能够以取样资料的型式,储存更多「时间」的逻辑分析仪非常有用,因为触发撷取的徵兆,可能会在其後很长一段时间才发生。


逻辑分析仪最基本的任务,就是依据撷取到的资料制作时序图。若DUT正确运作,且撷取功能的设定适当,则逻辑分析仪的时序显示就会和设计模拟器或资料手册的时序图完全相同。只不过,这必须视逻辑分析仪的解析度而定,实际上就是其取样率。时序撷取是非同步的,也就是说,取样时脉相对於输入讯号而言为自由执行。取样率越高,取样就越可能准确侦测到事件(如转态)的时序。


状态撷取是同步进行的,它需要依靠DUT的外部触发,以定出撷取的时脉。状态撷取是专为协助工程师追踪资料流量,和执行处理器及汇流排的程式而设计。一般来说,逻辑分析仪可提供450MHz的撷取频率,并搭配所有通道上为625ps的设定,如此能确保准确的资料撷取。但需注意的是,此频率和逻辑分析仪监控的汇流排及I/O执行有关,而非DUT的内部时脉速率。虽然装置的内部速率可能在数个GHz的范围内,但它与汇流排和其他装置的通讯,和逻辑分析仪的状态撷取频率属於同一个数量级。


MagniVu撷取率

MagniVu撷取技术适用於时序或状态撷取模式。MagniVu撷取技术可在所有通道上提供更高的取样解析度,更容易利用触发点四周累积的额外取样,找出困难的问题。其他功能包括了可调整的MagniVu取样率,可移动的触发位置, 和能够独立於主触发之外,自行触发的MagniVu触发动作。


记录长度

记录长度是逻辑分析仪技术规格的另一个关键。能够以取样资料的型式,储存更多「时间」的逻辑分析仪非常有用,因为触发撷取的徵兆,可能会在其後很长一段时间才发生。若使用较长的记录长度,通常就能撷取并检视这两者,大幅简化疑难排解的程序。


通道数

逻辑分析仪的通道数,是整个系统中支援宽汇流排和多个测试点的基础。通道数在重新配置仪器的记录长度时也很重要,通常需要二或四个通道,才能让记录长度分别成为二或四倍。


在今日,逻辑分析仪向高速序列汇流排潮流迈进,通道数的重要性更超??以往。例如,32位元的资料封包,必须分散至32个逻辑分析仪通道,而不是一个通道。换句话说,从平行到序列架构的转换不会影响对通道数的需求。


触发

触发弹性是快速有效率地侦测隐藏性问题的关键。在逻辑分析仪中,触发就是设定条件,一旦条件符合,即捕捉撷取并显示结果。撷取停止代表条件曾经发生过。现在,拖放触发简化了触发设定,如此更容易设定常见的触发类型。这些触发让使用者无需为寻常的时序问题来设计复杂的触发配置。逻辑分析仪也允许对这些触发进行升级,以处理更复杂的问题。


随着所有新一代电子产品的电路密度和速度都大幅提升,探测解决方案也成为整体逻辑分析仪解决方案中的重要环节。探棒必须在提供正极连接和保持讯号品质的同时,还能提供配合目标装置的通道密度。


结语

许多变数包括触发、高解析度取样和经由单一探棒进行同步时序及状态撷取等创新技术,都可以对逻辑分析仪的有效性带来更多贡献。触发可以确认问题,或发现意料之外的错误。最重要的是,触发提供了一组功能各异的工具,以测试有关故障的假设和找出间歇性的事件。逻辑分析仪的触发选项范围,即为其用途多寡的标记。


而许多其他特性包括撷取记忆体、显示和分析功能、整合类比工具,甚至模组化等,都可以进一步结合在一起,使逻辑分析仪成为快速找出数位问题、赶上紧迫设计时程表的首选工具。新一代的逻辑分析仪,不止能够面对今日的挑战,未来也必须持续解决新兴的挑战。


(本文仪器之效能项目和考量清单,叁照Tektronix TLA系列逻辑分析仪。)

解决方案

太克科技TLA逻辑分析仪

太克科技:「我们能使复杂度和成本降至最低!」



图一 : 太克科技TLA7000逻辑分析仪
图一 : 太克科技TLA7000逻辑分析仪图片来源:tektronix.com

太克科技TLA系列逻辑分析仪可配置为各种不同的记录长度。它可以从最多四个通道连结接记忆体,让可用的深度成为四倍。这提供了在必要时建立大量记录长度的方法,或是使用较小、较低成本的配置获得较长记录长度的效能。


TLA系列逻辑分析仪单机可配置为各种不同的通道数。模组化的TLA系列逻辑分析仪可以适用多种的撷取模组,且可连接在一起,以得到更高的通道数,最後系统可适用数千条的撷取通道。模组化的TLA系列架构,能够独特地维持各模组间的同步和低延迟,即使各模组属於不同的主机。


太克科技无接头式逻辑分析仪探棒背後基础的D-Max技术,是应付这些挑战的创新方法之一。他们能提供探棒与电路板之间耐用可靠的机械和电气连接,使输入电容能将探棒在讯号上的负载效应降至最低。这些压缩探棒专为在电路板上与简单的接合焊垫一起使用而设计,能节省宝贵的电路板基板面,并使布线复杂度和成本降至最低。


罗德史瓦兹数位示波器

台湾罗德史瓦兹:「这是物超所值的数位示波器!」



图二 : 罗德史瓦兹RTA4000 数位示波器
图二 : 罗德史瓦兹RTA4000 数位示波器图片来源:rohde-schwarz.com

R&S RTB2000/RTM3000/RTA4000 此三款是R&S新一代示波器系列,以「Power of Ten」10位元垂直解析度、10.1寸显示萤幕、10倍数的撷取记忆体等为设计概念。频宽选择从70MHz到1GHz ,提供灵活的选择;同时亦提供多种升级选项,包括16个数位通道的整合逻辑分析仪(MSO)、多种协议解码和触发选项、任意波形及讯号产生器。R&S RTC1000 除了示波器标准功能外,更整合了数位电表、元件测试仪、函数产生器等多种功能;精简的机构设计同时拥有九种功能於一体,让使用者在占用最少空间的情况下进行各种测试,是一款物超所值的数位示波器


Keysight 16900系列模组化逻辑分析

是德科技:「这一系列逻辑分析仪可提供高效能系统层除错功能。」


图三 : Keysight 16900系列模组化逻辑分析
图三 : Keysight 16900系列模组化逻辑分析图片来源:keysight.com

Keysight 16900系列模组化逻辑分析系统,可提供数位设计的高效能系统层除错功能。运用此一创新探测技术、高效能量测模组和特定应用的分析工具,便能针对特定需求量身订制一套系统。16900系列模组化逻辑分析仪能够灵活地配置系统。使用者可以先购买目前需要的功能与配件,然後随着需求增加将仪器升级。16800系列可携式逻辑分析仪以经济实惠的价格,提供结合高效能逻辑分析仪和码型产生器於一机的固定配置机型。可在采购产品时或是将来需求增加後,将状态速率和记忆体深度升级


NI PXI架构逻辑分析器/数位波型产生器

国家仪器:「我们的仪器提供弹性强大的软硬体功能。」



图四 : NI PXI架构仪器
图四 : NI PXI架构仪器图片来源:ni.com

NI逻辑分析器与数位波形产生器组合,可针对数位IC与电子的设计、测试、除错作业,满足相关的分析与产生需求。此组合并具备 NI LabVIEW SignalExpress 互动式软体,不需程式设计即可建立应用;另包含NI 6542或NI 6552数位波型产生器/分析器。且多种组合均提供PCI、PXI,或PXIe规格。NI 6542组合具备32个通道,且可相容於5.0V、3.3V、2.5V,与1.8V逻辑,可从电路或系统中驱动输入或撷取输出。这些组合提供弹性且强大的软硬体功能,可让工程师透过短版仪器,进行复杂的波型产生、时脉/状态行为分析,与报表产生作业。


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