混合信號(hào)示波器（MSO）成為每個(gè)人的“工程”瑞士軍刀，為什么有人需要額外的邏輯分析儀？現(xiàn)在，采樣率在GHz范圍內(nèi)并且有8條或更多條數(shù)字線路的MSO的價(jià)格遠(yuǎn)低于3,000美元，有些甚至低于1,000美元。因此，電子行業(yè)中的許多人都宣布將邏輯分析儀作為一種獨(dú)立的設(shè)備淘汰。

如今，在大多數(shù)電子工程實(shí)驗(yàn)室中都可以找到混合信號(hào)示波器也就不足為奇了。它們用途廣泛，價(jià)格合理，并且已成為測(cè)試，調(diào)試或驗(yàn)證電子系統(tǒng)的任何工程師的基本工具。實(shí)際上，這可能是大多數(shù)電子工程師將不得不使用的唯一儀器，或者可能要在其90％的實(shí)驗(yàn)室時(shí)間中使用。因此，明智的做法是將一部分初始工程或測(cè)試實(shí)驗(yàn)室預(yù)算花在MSO上。但這是否意味著不再需要邏輯分析儀（LA）？

示波器與邏輯分析儀

數(shù)字示波器和邏輯分析儀基于采樣技術(shù)。信號(hào)（通常是電壓）的測(cè)量值由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并按儀器的采樣時(shí)鐘定義的固定時(shí)間間隔存儲(chǔ)到內(nèi)存中。

可以將邏輯分析儀視為在所有通道上具有1位垂直分辨率的示波器。根據(jù)測(cè)得的電壓是高于還是低于稱(chēng)為“閾值”的常規(guī)電壓電平，它將信號(hào)顯示為邏輯（二進(jìn)制）值。這是示波器和邏輯分析儀之間的第一個(gè)基本區(qū)別。

示波器和邏輯分析儀之間的另一個(gè)基本區(qū)別是采樣值的顯示方式。在最常見(jiàn)的操作模式下，示波器本質(zhì)上是一種設(shè)備，可以重復(fù)捕獲給定長(zhǎng)度（由其總內(nèi)存定義）的事件窗口，并刷新其在屏幕上的一部分顯示。許多示波器通過(guò)在顯示器上疊加多個(gè)捕獲的窗口并調(diào)制屏幕像素強(qiáng)度來(lái)模擬“持久性”。

邏輯分析儀主要用于單次捕獲（不疊加連續(xù)捕獲），并分析觸發(fā)事件前后有時(shí)超過(guò)100個(gè)數(shù)字信號(hào)的事件序列。

基于微控制器的系統(tǒng)的出現(xiàn)要求創(chuàng)建諸如邏輯分析儀之類(lèi)的工具。首先，需要觀察數(shù)字總線，因此需要兩個(gè)或四個(gè)以上的通道。其次，需要以二進(jìn)制值的形式查看邏輯電路的工作方式，即在電路的采樣事件時(shí)看到的信號(hào)。隨著時(shí)間的流逝，邏輯分析儀已發(fā)展成為“純”儀器，能夠執(zhí)行一些模擬測(cè)量，例如用于檢查閾值水平，檢測(cè)毛刺以及驗(yàn)證信號(hào)是否符合特定輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)。

“實(shí)時(shí)”，真的嗎？

聽(tīng)到實(shí)時(shí)顯示功能是示波器和邏輯分析儀之間的主要區(qū)別是很常見(jiàn)的。實(shí)際上，自動(dòng)顯示刷新可能會(huì)使用戶(hù)誤以為用戶(hù)會(huì)在數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)看到數(shù)據(jù)。但是，示波器顯示的刷新速度并沒(méi)有眼睛真正看到的快。在大多數(shù)情況下，首先通過(guò)捕獲數(shù)據(jù)然后對(duì)其進(jìn)行分析來(lái)使用邏輯分析儀（LA）。邏輯分析儀的重復(fù)觸發(fā)功能還可以基于重復(fù)發(fā)生的觸發(fā)事件來(lái)刷新顯示。的確，數(shù)據(jù)在數(shù)字示波器和LA中的顯示和呈現(xiàn)方式是不同的，但是從根本上說(shuō)，這兩種工具都是通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣并將采樣存儲(chǔ)到內(nèi)存中來(lái)進(jìn)行操作的。

MSO =示波器+邏輯分析儀？

好吧，主要是?；旌闲盘?hào)示波器具有模擬通道（通常為2至4個(gè)）和數(shù)字通道（通常為8至16個(gè)）。在這兩種類(lèi)型的通道上，數(shù)據(jù)均以MSO的最大采樣率（通常為1GHz）進(jìn)行采樣。采樣時(shí)鐘通常由MSO內(nèi)部產(chǎn)生。換句話(huà)說(shuō)，用于采樣的參考時(shí)基與數(shù)據(jù)不相關(guān)。這就是所謂的“時(shí)序分析”。當(dāng)然，對(duì)于數(shù)字通道，邏輯分析儀的垂直信號(hào)分辨率降低到1位。

MSO能夠執(zhí)行傳統(tǒng)上保留給LA的某些功能：–對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行時(shí)序分析。–能夠觀看2個(gè)或4個(gè)以上頻道；在現(xiàn)代MSO上，有16個(gè)數(shù)字輸入可用。–數(shù)字信號(hào)完整性檢查。

在這方面，與分別使用示波器和邏輯分析儀相比，能夠在同一屏幕上可視化數(shù)字信號(hào)的模擬擴(kuò)展及其數(shù)字版本無(wú)疑是一項(xiàng)改進(jìn)。隨著電子系統(tǒng)向更加復(fù)雜的方向發(fā)展，調(diào)試通常涉及發(fā)現(xiàn)模擬和邏輯問(wèn)題的混合體。MSO的觸發(fā)可以通過(guò)任何一種信號(hào)來(lái)定義。也可以使用重復(fù)（類(lèi)似示波器）或單次（類(lèi)似邏輯分析儀）的顯示類(lèi)型。但是，將模擬和數(shù)字記錄與時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在同一屏幕上是MSO的最大優(yōu)勢(shì)之一。

急需的MSO

當(dāng)您認(rèn)為需要邏輯分析儀時(shí)，請(qǐng)考慮以下事項(xiàng)：

1.邏輯分析儀具有比MSO多的數(shù)字通道。

傳統(tǒng)臺(tái)式邏輯分析儀最多可以計(jì)數(shù)128個(gè)數(shù)字通道。在MSO上，通常最多有16個(gè)通道。大量洛杉磯用戶(hù)，專(zhuān)用集成電路（ASIC）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）設(shè)計(jì)工程師通常需要32到64個(gè)信號(hào)甚至更多信號(hào)來(lái)解碼總線事務(wù)或可視化FPGA內(nèi)部。但是，盡管有80％到90％的時(shí)間，但即使您參與IC設(shè)計(jì)，16個(gè)數(shù)字通道也足夠了。您希望看到100個(gè)并行數(shù)字信號(hào)的罕見(jiàn)的1％到10％的情況可能不足以證明對(duì)可能花費(fèi)超過(guò)20,000美元的高端100通道邏輯分析儀進(jìn)行投資的合理性。

FPGA設(shè)計(jì)是大型通道數(shù)邏輯分析儀曾經(jīng)用作調(diào)試基本設(shè)備的領(lǐng)域。在板上添加一個(gè)連接器并通過(guò)其輸入-輸出觀察芯片，甚至將調(diào)試連接器置于芯片到芯片的互連中對(duì)于解決設(shè)計(jì)問(wèn)題非常有用。但是，由于其可編程的性質(zhì)，F(xiàn)PGA允許通過(guò)簡(jiǎn)單地將它們路由到連接到LA的輸入輸出來(lái)監(jiān)視許多內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。

事情變了;FPGA世界正變得如此先進(jìn)，以至于即使您可以并行看到100個(gè)，通過(guò)外部數(shù)字輸入輸出觀察芯片的行為也不再有意義。如今，F(xiàn)PGA的內(nèi)部運(yùn)行速度可能超過(guò)300 MHz，在板上放置100引腳高速并行連接器會(huì)帶來(lái)過(guò)多的板級(jí)約束（噪聲，層數(shù)，串?dāng)_等）。此外，芯片輸入輸出緩沖器有時(shí)無(wú)法以與芯片內(nèi)部相同的速度運(yùn)行。其他方法，例如使用嵌入式邏輯分析儀或基于軟件的調(diào)試，現(xiàn)在已經(jīng)變得更加高效和具有成本效益。

必須謹(jǐn)慎考慮邏輯分析儀與MSO相比的“數(shù)字通道優(yōu)勢(shì)”。對(duì)于大多數(shù)工程師而言，16到32條數(shù)字線路就足夠了。在絕對(duì)需要并行查看更多數(shù)字信號(hào)的情況下，具有68至100個(gè)甚至更多通道的邏輯分析儀會(huì)有所作為。但是，這必須與將所需的調(diào)試連接器添加到系統(tǒng)的約束條件進(jìn)行仔細(xì)平衡。在數(shù)字復(fù)雜度向芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)移的情況下，越來(lái)越難以探測(cè)高頻信號(hào)而不產(chǎn)生信號(hào)或數(shù)據(jù)完整性問(wèn)題。因此，在具有大量通道的邏輯分析儀中通常投資不到20,000美元可能是值得的。

2.邏輯分析儀的內(nèi)存比MSO大。

盡管由于MSO設(shè)備的不斷發(fā)展可能會(huì)有例外，但是邏輯分析儀的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)在于，它可以證明將其添加到現(xiàn)有MSO設(shè)置中是合理的，因?yàn)樗兄诓榭从|發(fā)事件前后更長(zhǎng)的時(shí)間范圍。在調(diào)試過(guò)程中，看到執(zhí)行數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)間較長(zhǎng)很有價(jià)值。它有可能加速對(duì)錯(cuò)誤發(fā)生原因的了解，從而加快錯(cuò)誤糾正的速度。它可以很快收回成本！邏輯分析儀中較大的總可用存儲(chǔ)器大小，除了MSO之外，還增加了很多價(jià)值。大容量存儲(chǔ)意味著可以看到更多觀察到的信號(hào)歷史。

3.邏輯分析儀比MSO允許更復(fù)雜的觸發(fā)或數(shù)據(jù)過(guò)濾。

可用內(nèi)存總量不是要考慮的唯一參數(shù)。儀器如何使用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)也同樣重要。可以觀察到多少信號(hào)歷史記錄？這些信息在調(diào)試被測(cè)系統(tǒng)中有多大用處？考慮一下邏輯分析儀和MSO如何選擇數(shù)據(jù)。

大多數(shù)MSO能夠在簡(jiǎn)單事件（例如電壓電平或數(shù)字值）上觸發(fā)，或在特定數(shù)字線上轉(zhuǎn)換。如果它們還提供簡(jiǎn)單的串行總線解碼（例如I2C或SPI），則MSO還可用于利用串行觸發(fā)，即在數(shù)字線上發(fā)生預(yù)定義的串行值時(shí)停止捕獲。

另一方面，所有邏輯分析儀都可以在并行值上觸發(fā)。他們還能夠建立復(fù)雜的條件序列，以最終觸發(fā)數(shù)據(jù)捕獲。許多數(shù)字系統(tǒng)總線大多數(shù)時(shí)候都是安靜的。基本邏輯分析儀即使已滿(mǎn)載內(nèi)存，也有可能浪費(fèi)采樣資源，即使什么也沒(méi)有發(fā)生。為了充分利用邏輯分析儀的內(nèi)存，可以并用多種策略。因此，某些邏輯分析儀僅存儲(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而潛在地壓縮收集的數(shù)據(jù)。這是一種在內(nèi)存上某種程度不受控制的方式，并且高度依賴(lài)于數(shù)據(jù)本身。另一種經(jīng)濟(jì)的存儲(chǔ)策略是對(duì)記錄的數(shù)據(jù)使用邏輯方程式，以定義邏輯分析儀應(yīng)在何時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或何時(shí)可以丟棄數(shù)據(jù)的條件。

數(shù)據(jù)鑒定或數(shù)據(jù)過(guò)濾是邏輯分析儀僅記錄符合用戶(hù)定義條件的數(shù)據(jù)的能力。在這種情況下，邏輯分析儀也稱(chēng)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)記錄儀。該策略基于已調(diào)試數(shù)字系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)?？梢院?jiǎn)單地檢測(cè)信號(hào)電平（例如，輸出使能）并在看到該電平時(shí)記錄總線的值?；蛘咚赡芤獜?fù)雜得多，例如當(dāng)某些數(shù)字線路的布爾方程為真時(shí)進(jìn)行過(guò)濾，或者甚至在遇到觸發(fā)條件時(shí)記錄預(yù)定義的數(shù)據(jù)量。

可用的總內(nèi)存固然重要，但是有效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)鑒定和豐富的觸發(fā)選項(xiàng)會(huì)為不同的邏輯分析儀產(chǎn)品帶來(lái)巨大價(jià)值。查看相關(guān)數(shù)據(jù)比查看所有數(shù)據(jù)更重要。能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)鑒定或數(shù)據(jù)過(guò)濾的邏輯分析儀（有時(shí)也稱(chēng)為數(shù)據(jù)記錄器）是MSO的出色輔助工具。

4.邏輯分析儀以硬件的方式看待信號(hào)。

與大多數(shù)MSO不同，邏輯分析儀能夠使用被測(cè)系統(tǒng)的參考采樣時(shí)鐘信號(hào)。這意味著與您的硬件同步查看采樣信號(hào)。與“時(shí)序分析”相對(duì)，這種模式稱(chēng)為“狀態(tài)分析”，后者是由設(shè)備本身生成采樣時(shí)鐘的。在狀態(tài)分析模式下運(yùn)行設(shè)備可能是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)閬?lái)自被測(cè)系統(tǒng)的干凈基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)可能并不總是可用。不過(guò)，狀態(tài)分析將提供對(duì)系統(tǒng)嵌入式軟件的深入了解，從而可以將重點(diǎn)放在硬件所看到的信息上，并加快調(diào)試速度。

結(jié)論

混合信號(hào)示波器非常適合各種電子系統(tǒng)上的大多數(shù)基本和高級(jí)測(cè)試與調(diào)試任務(wù)。因此，必須仔細(xì)考慮對(duì)額外的外部邏輯分析儀的投資。僅因?yàn)檫壿嫹治鰞x具有100個(gè)通道，所以選擇邏輯分析儀可能不值得，因?yàn)榇嬖谔娲那腋叱杀拘б娴恼{(diào)試策略。

但是具有數(shù)百萬(wàn)個(gè)樣本存儲(chǔ)器，狀態(tài)分析功能和數(shù)據(jù)鑒定功能的邏輯分析儀將為任何常見(jiàn)的MSO增值。選擇具有這些功能的邏輯分析儀可以像查看電路一樣查看系統(tǒng)，并在較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)保存數(shù)據(jù)。這種邏輯分析儀是傳統(tǒng)MSO的理想伴侶，因?yàn)樗峁┝嘶パa(bǔ)的分析，可以加快調(diào)試任務(wù)的速度，并使任何工程師在調(diào)試復(fù)雜的數(shù)字問(wèn)題時(shí)更加高效，不僅可以為MSO增值，還可以為您的增值服務(wù)就業(yè)！

編輯：hfy