逻辑分析仪（波形测试设备）

逻辑分析仪

波形测试设备

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,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。逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。

技术指标

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。主流产品的通道数也高达340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。

工作原理

逻辑分析仪的基本工作原理，是通过它的多路先入先出随机存储器（亦即移位寄存器），在设定的条件下快速写入被测信息，再以慢速读出，经有控处理后在显示器上显示被测脉冲逻辑定时关系（图1）。逻辑分析仪的核心是多路先入先出随机存储器,由各输入通道0～N输入被测数据脉冲序列，并行地依次按原有时序存入随机存储器中。存满后，后继数据把最先存入的数据顶出(使之消失)并继续衔尾存入。

这样，在被测数据流中，存储器始终保存着最新的一段数据流。在规定的指令触发下，存储器停止存入，并将所存内容通过显示发生器和各种控制电路嘳显示于显示器嘵上。中介存储器的并行路数（即位数）称为数据宽度；每路所能存储的数据序列长度称为数据深度。这两项是逻辑分析仪的主要技术指标。

存储器嘮前面的输入通道数0～N是由它的并行路数决定的。比较器嘜的作用是将外部输入被测信号同逻辑分析仪内部设定的门限电平嘸进行比较。当大于门限电平时输出高电平H；反之则输出低电平L，形成十分方正的波形,因为它与真正的输入波形不同,称为伪波形经比较器嘜比较整形后的信号，送至采样电路，在时钟脉冲噁的控制下进行采样。采样有两种方式：

①利用时钟脉冲的前沿和后沿进行采样的称为采样方式；

②利用时钟脉冲产生窄脉冲，并一直保持到下一个时钟脉冲，用这种新生成的脉冲进行采样的称为锁存方式。

特点

逻辑分析仪的作用是利用便于观察的形式显示出数字系统的运行情况，对数字系统进行分析和故障判断。其主要特点如下：

有足够多的输入通道。

具有多种灵活的触发方式，确保对被观察的数据流准确定位(对软件而言可以跟踪系统运行中的任意程序段，对硬件而言可以检测并显示系统中存在的毛刺干扰)。

具有记忆功能，可以观测单次及非周期性数据信息，并可诊断随机性故障。

具有延迟能力，用以分析故障产生的原因。

具有限定功能，实现对欲获取的数据进行挑选，并删除无关数据。

具有多种显示方式，可用字符、助记符、汇变语言显示程序，用二进制、八进制、十进制、十六进制等显示数据，用定时图显示信息之间的时序关系。

具有驱动时域仪器的能力，以便复显待测信号的真实波形及有利于故障定位。

具有可靠的毛刺检测能力。逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定高效率的数据域测试通用仪器，又称数据域示波器，用于数字系统逻辑电路的分析和检修。逻辑分析仪可以拥有从16个通道、32个通道、64个通道和上百个通道数不等，因此逻辑分析仪具备同时进行多通道测试的优势。

分类

逻辑分析仪分为两大类：逻辑状态分析仪（LogicStateAnalyzer,简称LSA）和逻辑定时分析仪（LogicTimingAnalyzer）。这两类分析仪的基本结构是相似的，主要区别表现在显示方式和定时方式上。逻辑状态分析仪用字符0、1或助记符显示被检测的逻辑状态，显示直观，可以从大量数码中迅速发现错码，便于进行功能分析。逻辑状态分析仪用来对系统进行实时状态分析，检查在系统时钟作用下总线上的信息状态。它的内部没有时钟发生器，用被测系统时钟来控制记录，与被测系统同步工作，主要用来分析数字析统的软件，是跟踪、调试程序、分析软件故障的有力工具。

逻辑定时分析仪用来考察两个系统时钟之间的数字信号的传输情况和时间关系，它的内部装有时钟发生器。在内时钟控制下记录数据，与被测系统异步工作，主要用于数字设备硬件的分析、调试和维修。

显示方式

逻辑分析仪有多种显示方式。

①定点显示方式：逻辑分析仪对被测信息采用比较、采样和存储等电路进行整形，显示十分方正的脉冲波形。采用这种显示方式的逻辑分析仪，称为定时关系分析仪。它可以并排显示多路伪波形图，从而方便地检查各路之间的相对定时关系。

②状态显示方式:通过图1嘳的电路，将每一个时钟周期内以定点方式显示的低电平L显示成数字0，高电平H显示成数字1(二进制显示)。这种显示方式适于观测软件程序逻辑的执行情况。、b中还表示了两种显示方式相应的时间关系。采用状态显示方式的逻辑分析仪，称为逻辑状态分析仪。

③映像显示方式：存入存储器中的全部二进制信息在显示器上均有相应的坐标位置，均用光点及其流向（光尾指向）来表示。这种显示方式的特点是：在显示器上可一次显示存储器中的全部信息，在需要观测软件程序全貌时，或要大概分析全部程序执行情况时最为方便。

④数据比较显示方式：较新型的逻辑分析仪设置有参考存储器，可以先测一个正常电路，把它的逻辑状态存入参考存储器中，然后再测一个可能有故障的电路，把它的逻辑状态序列与参考序列并排显示在显示器的左右两半边进行比对，或只显示有误之处。

⑤自动比对清单显示方式：新型逻辑分析仪采用微处理器和总线结构，这样，就可以自动比对、自动触发、自动显示并自动地在出错状态加亮位。各种触发限定条件、触发时间、显示方式等信息，也可用文字列表以清单形式显示。为了方便用户还可设计成自动译码，译成8、10、16进制显示,甚至以各种计算机机器语言或计算机语言进行显示。这种新型自动比对清单显示方式的逻辑分析仪称为智能逻辑分析仪。

功能

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。

参考资料

1.什么是逻辑分析仪？它的作用是什么？·华强电子网