模拟测量方法PPT课件

1 第 章数据域测量 概述逻辑分析仪是一种主要的通用数据域测试仪器 数据域测试仪器的测试对象是对数字系统中数字系统信号的测试 数字系统信号的主要特征 数字信息几乎都是多位传输的 是按时序传递的 并常伴有竞争和冒险现象发生 数字系统常由硬件和软件构成 其数字信息互相穿插 互相影响 难以区分 许多信息仅发生一次 出现偶然性或单次发生的信息 对造成系统出错的误码常混在一串正确的数据流中 实际上只有在错误已经发生后 才能辨认出来 这样就要求捕捉导致错误结果的那些信息 以便查找出错误的原因 信息速度的变化范围很大 2 数字系统基本的检测要求 跟踪与分析状态数据流 这是对数字系统进行功能分析所必须的基本测量 跟踪状态流需要利用地址总线 最好同时也能观测数据总线 以便分析总线的全面工作情况 需监视的位数多达 位或更多 并且是同步进行的 由于有的总线是复用的 因此要求测量时有选择数据的能力 为监视总线上的数据流 需要设置一个触发字 对于分析异步总线 需要了解各信号状态序列和每个信号在给定状态的持续时间 以便判断系统是否按正确的时序运行 这就要求能分析信号状态之间的时间关系 需要捕捉干扰或毛刺 3 逻辑分析仪的特点 足够多的输入通道 多种触发方式 具有记忆能力 具有负的延迟能力 具有限定能力 灵活而直观的显示方式 具有驱动时域仪器的能力 可靠的毛刺检测能力 其他特点 4 逻辑分析仪的分类 逻辑状态分析仪 逻辑定时分析仪 5 数据域与数据域仪器 时域 频域 6 数据域 7 8 逻辑分析仪的基本工作原理 高性能逻辑分析仪在功能上有许多特点 其中最为关键的几部分为高速数据的同步采集与可靠存储 高速多通道数据的多功能触发跟踪 以及系统快速后处理功能的实现 例如数据变换 模拟 统计 识别甚至故障提示与查询等 9 逻辑分析仪的主要电路 数据获取控制电路 图形显示 map 电路 数据整形和逻辑电平转换电路 并行数据输入电路 限定与触发识别电路 10 逻辑分析仪的主要工作方式 数据的采集方式 11 触发与跟踪方式 基本触发基本触发包含开始触发和终止触发 12 延迟触发 13 序列触发 14 数据的存储根据所采用的存储器的不同 存储方式可分为两类 移位寄存器存储逻辑分析仪采用移位寄存器存储数据 随机存储器存储使用随机存储器 RAM 作为逻辑分析仪的存储器 每个存储单元由地址计数器进行选址 目前的逻辑分析仪大都采取这种方法存储数据 15 数据显示的区别为了便于对数字系统进行分析 逻辑分析仪有多种显示方式 其中状态表和定时图显示分别是状态分析仪和定时分析仪的基本显示方式 16 映射图显式可以观察系统运行全貌的动态情况 它用一系列光点表示一个数据流 其主要原理是把逻辑分析仪内存中获取的每一个数据字分成低位和高位两部分 再分别经D A转换成模拟信号 驱动CRT的x y偏转板 从而合成显示一个光点 17 5 数据的建立和保持时间数据建立时间 ts 数据必须比时钟跳变提前建立的时间 和数据保持时间 th 数据必须在时钟跳变后继续保持的时间 是逻辑状态分析仪进行同步检测时所特有的性能指标 它们的意义如图7 6 8所示 18 时钟对数据取样的结果可能出现三种情况 a 取样现态 b 取样下态 c 取样不定态 在 b c 两种情况下 将造成取样数据错误或不稳定的读数 td为取样时间 由于电路元器件的误差 各元器件的传输延迟时间不同 为了可靠地读取数据 必须使通道的最小延迟时间大于或等于时钟通道的最大延迟时间 即 19 20 6 最高工作频率因为定时分析仪的内时钟与输入数据间的时间关系是不确定的 因此数据建立时间和保持时间的概念在定时分析仪中便没有意义 而用最小脉冲宽度 MPW 或最小脉冲持续时间 MPD 来表示能可靠地观测到的最窄脉冲 式中 k是一个规定的常数 f为时钟频率 21 7 影响时间分辨率的因素 22 7 7逻辑状态分析仪 7 7 1逻辑状态分析仪的组成与流程图1 基本工作原理和流程图 23 24 7 7 2主要单元电路的工作原理1 输入电路首先通过输入电路采集数据并输入到仪器内 逻辑分析仪一般有三种输入电路 数据 时钟 限定输入电路 为了能准确地采集数据 对输入电路提出以下几点要求 1 输入电路尽量减小对被测电路的影响 2 输入电路能按阈值电平转换成TTL电平 3 要求输入电路传输时间短 输入电路原理图间传输延迟差异小 输入电路由输入衰减器 源极跟随器 电压比较器及整形输出电路组成 25 26 27 28 2 字识别和符合电路输入的数据和时钟经过输入电路进行电平转换 整形和延迟 然后送至缓冲器 同时经整形后的时钟分别送至暂存器 触发识别电路和数据获取电路 经缓冲器输出两个互补信号 一个到识别电路 又称符合电路 另一个到内存的输入端 29 30 3 数据获取电路数据获取控制电路基本上由三部分组成 形成一个与被测系统时钟同步的恒定脉宽的脉冲HACL 利用时钟的平均电平来控制时钟及触发指示 控制存储器的写入与读出 31 1 平均时钟 CLKAVG 32 2 存储器的存取 33 4 不同触发条件下存储器的写入与读出 34 5 存储器 数据选择器 35 6 延迟设定控制电路 36 7 显示控制电路 1 100kHz振荡器 2 字符发生器 37 3 重复方式 38 4 单次取样方式 39 7 8逻辑分析仪的应用 例7 8 1显示数据流 对于逻辑状态分析仪 显示数据流是最基本的用途 如果要测试二 十六进制的计数器的状态流 将探极的四个通道接到被测计数器的输出端 不用的通道全部置OFF位 包括甄别通道 然后选择触发字 若选0000 触发方式置起始显示 时钟输入用计数器的CP进行同步 在CRT上将显示出二 十六进制的输出状态流 如图7 8 1所示 40 41 例7 8 2利用分析仪取出微处理器中的任何程序 逻辑状态分析仪是分析软件和检查程序的最好工具 将探极夹到被测电路中去 通过选择触发字和触发方式 就可以在CRT上显示出程序流的情况 如图7 8 2所示 42 例7 8 3利用 单次 和 终端显示 触发方式 寻找和分析微处理器中如何达到某一种状态 图7 8 3所示的二 十进制计数器的计数情况不正确 应该在99复位 结果在89就复位了 为什么会在89复位呢 这个原因是状态分析仪无法解决的 但逻辑分析仪有驱动示波器的能力 因此 可重新调整逻辑分析仪 触发方法置起始显示方式 触发字置88 用触发输出来启动示波器 则可发现在复位母线上的状态90处有一个毛刺 如图7 8 4所示 得知是由复位线上产生的这一瞬变过程所致的 这样就寻找出了故障的原因 43 44 例7 8 4利用 自激 触发方式来检查电路重复信号 当正常工作时 从CRT上显示的将是0和1的叠加 发生故障时则显示1或0 这样就能清楚地看出工作不正常 然后再仔细寻找故障产生的原因及故障地点 例7 8 5 起始显示 和 起始延迟 的使用 存储器的容量再大 但总是有限的 为了适应测量的要求 可以利用逻辑分析仪的延迟功能来解决 首先将初始触发字设置好 如果要看M个时钟后的数据信号 则触发方式置起始延迟 延迟设定置M 时钟输入用系统的时钟 这样CRT显示的将是经过M个时钟延迟后的16个数据信号 SL4型逻辑分析仪可延迟99999个时钟数 45 例7 8 6无时钟 无触发指示的应用 无时钟高 低指示 如果在大于0 1s的时间里没有时钟脉冲 则 无时钟指示灯 就亮了 告诉测量者时钟工作不正常 由于时钟输入是与阈值电平进行比较的 高于阈值电平或低于阈值电平 或者在阈值电平 0 2V之内都能给予指示 这样就成为一支逻辑笔 而无触发指示 是表示触发不符合时的标志 不论是触发条件设错 还是没有这个数据 在操作面板上的 无触发指示灯 就亮起来 46 例7 8 7ROM片最高工作频率的测试 用数据发生器 或者能产生ROM地址的地址计数器 产生被测试ROM的地址 用状态分析仪监视ROM的输出数据 用数字频率计测量数据发生器的时钟频率 连接方法如图7 8 5所示 首先使数据发生器低速工作 其输出地址供ROM使用 分析仪把采集到的ROM输出数据作为正确数据 通过键盘将其存入参考存储器内 然后逐渐提高ROM的工作速度 使用分析仪的比较功能对每次获取的新数据与原存的正确数据进行比较 当发现两者的内容不一致时 频率计所测得的时钟频率就是ROM的最高工作频率 47 48 例7 8 8寻找毛刺脉冲产生的原因 图7 8 6所示为一个译码器的时序图 是译码器的三个输入端的波形 是四个输