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邏輯分析儀與時俱進 快速找出數位問題
持續解決新興挑戰

【作者: 王岫晨】   2020年08月11日 星期二

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邏輯分析儀最基本的任務,就是依據擷取到的資料製作時序圖。


若DUT正確運作,則時序顯示就會和設計模擬器的時序圖相同。


只不過,這必須視邏輯分析儀的解析度而定,也就是其取樣率。



邏輯分析儀是所有數位疑難排解中不可或缺的工具。隨著數位裝置日趨快速和複雜,邏輯分析儀解決方案也必須有所因應。它們的速度必須能夠擷取設計中最快速、最短暫的異常訊號,且須具備以高解析度檢視所有通道的能力,而且其記憶體深度必須足以利用許多次週期,解開數十、數百甚至數千個訊號之間的關係。


一般來說,邏輯分析儀有許多關於效能和有效性的定量指標,其中幾項與其取樣率有關。其中,和數位儲存示波器(DSO)之頻寬類似的,是量測頻率軸。某些探測和觸發項目對DSO使用者而言也很熟悉,但還是有許多邏輯分析儀之數位領域獨有的相關屬性。 由於邏輯分析儀並未嘗試擷取和重建類比訊號,因此通道數和同步(時脈)模式等問題非常重要,而垂直準確度等此種類比因素則次之。


時序擷取率

能夠以取樣資料的型式,儲存更多「時間」的邏輯分析儀非常有用,因為觸發擷取的徵兆,可能會在其後很長一段時間才發生。


邏輯分析儀最基本的任務,就是依據擷取到的資料製作時序圖。若DUT正確運作,且擷取功能的設定適當,則邏輯分析儀的時序顯示就會和設計模擬器或資料手冊的時序圖完全相同。只不過,這必須視邏輯分析儀的解析度而定,實際上就是其取樣率。時序擷取是非同步的,也就是說,取樣時脈相對於輸入訊號而言為自由執行。取樣率越高,取樣就越可能準確偵測到事件(如轉態)的時序。


狀態擷取是同步進行的,它需要依靠DUT的外部觸發,以定出擷取的時脈。狀態擷取是專為協助工程師追蹤資料流量,和執行處理器及匯流排的程式而設計。一般來說,邏輯分析儀可提供450MHz的擷取頻率,並搭配所有通道上為625ps的設定,如此能確保準確的資料擷取。但需注意的是,此頻率和邏輯分析儀監控的匯流排及I/O執行有關,而非DUT的內部時脈速率。雖然裝置的內部速率可能在數個GHz的範圍內,但它與匯流排和其他裝置的通訊,和邏輯分析儀的狀態擷取頻率屬於同一個數量級。


MagniVu擷取率

MagniVu擷取技術適用於時序或狀態擷取模式。MagniVu擷取技術可在所有通道上提供更高的取樣解析度,更容易利用觸發點四周累積的額外取樣,找出困難的問題。其他功能包括了可調整的MagniVu取樣率,可移動的觸發位置, 和能夠獨立於主觸發之外,自行觸發的MagniVu觸發動作。


記錄長度

記錄長度是邏輯分析儀技術規格的另一個關鍵。能夠以取樣資料的型式,儲存更多「時間」的邏輯分析儀非常有用,因為觸發擷取的徵兆,可能會在其後很長一段時間才發生。若使用較長的記錄長度,通常就能擷取並檢視這兩者,大幅簡化疑難排解的程序。


通道數

邏輯分析儀的通道數,是整個系統中支援寬匯流排和多個測試點的基礎。通道數在重新配置儀器的記錄長度時也很重要,通常需要二或四個通道,才能讓記錄長度分別成為二或四倍。


在今日,邏輯分析儀向高速序列匯流排潮流邁進,通道數的重要性更超乎以往。例如,32位元的資料封包,必須分散至32個邏輯分析儀通道,而不是一個通道。換句話說,從平行到序列架構的轉換不會影響對通道數的需求。


觸發

觸發彈性是快速有效率地偵測隱藏性問題的關鍵。在邏輯分析儀中,觸發就是設定條件,一旦條件符合,即捕捉擷取並顯示結果。擷取停止代表條件曾經發生過。現在,拖放觸發簡化了觸發設定,如此更容易設定常見的觸發類型。這些觸發讓使用者無需為尋常的時序問題來設計複雜的觸發配置。邏輯分析儀也允許對這些觸發進行升級,以處理更複雜的問題。


隨著所有新一代電子產品的電路密度和速度都大幅提昇,探測解決方案也成為整體邏輯分析儀解決方案中的重要環節。探棒必須在提供正極連接和保持訊號品質的同時,還能提供配合目標裝置的通道密度。


結語

許多變數包括觸發、高解析度取樣和經由單一探棒進行同步時序及狀態擷取等創新技術,都可以對邏輯分析儀的有效性帶來更多貢獻。觸發可以確認問題,或發現意料之外的錯誤。最重要的是,觸發提供了一組功能各異的工具,以測試有關故障的假設和找出間歇性的事件。邏輯分析儀的觸發選項範圍,即為其用途多寡的標記。


而許多其他特性包括擷取記憶體、顯示和分析功能、整合類比工具,甚至模組化等,都可以進一步結合在一起,使邏輯分析儀成為快速找出數位問題、趕上緊迫設計時程表的首選工具。新一代的邏輯分析儀,不止能夠面對今日的挑戰,未來也必須持續解決新興的挑戰。


(本文儀器之效能項目和考量清單,參照Tektronix TLA系列邏輯分析儀。)

解決方案

太克科技TLA邏輯分析儀

太克科技:「我們能使複雜度和成本降至最低!」



圖一 : 太克科技TLA7000邏輯分析儀
圖一 : 太克科技TLA7000邏輯分析儀圖片來源:tektronix.com

太克科技TLA系列邏輯分析儀可配置為各種不同的記錄長度。它可以從最多四個通道連結接記憶體,讓可用的深度成為四倍。這提供了在必要時建立大量記錄長度的方法,或是使用較小、較低成本的配置獲得較長記錄長度的效能。


TLA系列邏輯分析儀單機可配置為各種不同的通道數。模組化的TLA系列邏輯分析儀可以適用多種的擷取模組,且可連接在一起,以得到更高的通道數,最後系統可適用數千條的擷取通道。模組化的TLA系列架構,能夠獨特地維持各模組間的同步和低延遲,即使各模組屬於不同的主機。


太克科技無接頭式邏輯分析儀探棒背後基礎的D-Max技術,是應付這些挑戰的創新方法之一。他們能提供探棒與電路板之間耐用可靠的機械和電氣連接,使輸入電容能將探棒在訊號上的負載效應降至最低。這些壓縮探棒專為在電路板上與簡單的接合焊墊一起使用而設計,能節省寶貴的電路板基板面,並使佈線複雜度和成本降至最低。


羅德史瓦茲數位示波器

台灣羅德史瓦茲:「這是物超所值的數位示波器!」



圖二 : 羅德史瓦茲RTA4000 數位示波器
圖二 : 羅德史瓦茲RTA4000 數位示波器圖片來源: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吋顯示螢幕、10倍數的擷取記憶體等為設計概念。頻寬選擇從70MHz到1GHz ,提供靈活的選擇;同時亦提供多種升級選項,包括16個數位通道的整合邏輯分析儀(MSO)、多種協議解碼和觸發選項、任意波形及訊號產生器。R&S RTC1000 除了示波器標準功能外,更整合了數位電表、元件測試儀、函數產生器等多種功能;精簡的機構設計同時擁有九種功能於一體,讓使用者在占用最少空間的情況下進行各種測試,是一款物超所值的數位示波器


Keysight 16900系列模組化邏輯分析

是德科技:「這一系列邏輯分析儀可提供高效能系統層除錯功能。」


圖三 : Keysight 16900系列模組化邏輯分析
圖三 : Keysight 16900系列模組化邏輯分析圖片來源:keysight.com

Keysight 16900系列模組化邏輯分析系統,可提供數位設計的高效能系統層除錯功能。運用此一創新探測技術、高效能量測模組和特定應用的分析工具,便能針對特定需求量身訂製一套系統。16900系列模組化邏輯分析儀能夠靈活地配置系統。使用者可以先購買目前需要的功能與配件,然後隨著需求增加將儀器升級。16800系列可攜式邏輯分析儀以經濟實惠的價格,提供結合高效能邏輯分析儀和碼型產生器於一機的固定配置機型。可在採購產品時或是將來需求增加後,將狀態速率和記憶體深度升級


NI PXI架構邏輯分析器/數位波型產生器

國家儀器:「我們的儀器提供彈性強大的軟硬體功能。」



圖四 : NI PXI架構儀器
圖四 : NI PXI架構儀器圖片來源:ni.com

NI邏輯分析器與數位波形產生器組合,可針對數位IC與電子的設計、測試、除錯作業,滿足相關的分析與產生需求。此組合並具備 NI LabVIEW SignalExpress 互動式軟體,不需程式設計即可建立應用;另包含NI 6542或NI 6552數位波型產生器/分析器。且多種組合均提供PCI、PXI,或PXIe規格。NI 6542組合具備32個通道,且可相容於5.0V、3.3V、2.5V,與1.8V邏輯,可從電路或系統中驅動輸入或擷取輸出。這些組合提供彈性且強大的軟硬體功能,可讓工程師透過短版儀器,進行複雜的波型產生、時脈/狀態行為分析,與報表產生作業。


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