使用逻辑分析仪调试定时问题

使用逻辑分析仪调试定时问题
应用文章
介绍 在调试和验证过程中，大部分数字故障可以追溯到信号
完整性问题。在理想世界中，所有的信号应该是未受损
在今天的数字世界，嵌入式系统比以往任何时候都更为
的。模拟信号的上升和下降沿是干净的，没有抖动。数
复杂。使用速度更快、功耗更低的设备和功能更强大的
字信号应该是干净的、快速跳变的、稳定的、有效的逻
逻辑，使得需要考虑信号完整性问题。同时，随着系统
辑电平、准确的时间位置、且没有瞬态变化。然而，随
速度不断提高，很可能出现信号完整性的问题。
着数据传输速率增加，接近这种理想信号变得越来越困
难了。应用文章
在快速的时钟频率和快速边沿速率，每一个设计细节变
得很重要。许多变化都会影响信号完整性，如：信号路
径的设计，电路板叠层，传输线的影响以及功率分配。
鉴于所有这些变化，在实验室进行信号完整性问题验证
是不可避免的。
当这些问题出现，很可能会遇到数字形式的信号完整性
问题。也就是说，在总线或设备输出的二进制信号将会
有错误的数值。这些错误可能会在逻辑分析仪的波形或
定时分析视图中显示，这些错误可能出现状态层面、甚
至协议层问题。通常都是与时间有关的数字域问题。总
探测点
线竞争、建立和保持违规、亚稳态现象等问题是数字域
的常见问题。所有这些问题都可能导致总线或设备的输 图1. 在嵌入式系统设计中不同的探针点实例。
出不稳定的信号。
模拟域存在的问题，如：低幅度信号、缓慢或快速转换 探测的考虑
时间、毛刺、串扰和噪声通常都与 电路板或信号终端 具有良好的探测点在整个设计中成功解决问题具有至关
的设计息息相关。显然，数字和模拟信号完整性问题是 重要的作用。有了良好的探测您的信号，可以把不同位
相互关联的。例如，在数字环境中，输入一个缓慢的上 置的信号定时问题相关起来，查看总线的运行情况，并
升时间可能会导致输出脉冲被延迟，这个延迟反过来导 分析硬件和软件接口。探测是获取信号最关键一步，寻
致总线竞争。 找根源问题第一步就是信号的探测。
本应用指南将讨论如何使用逻辑分析仪特点和功能解决 一旦测试点已确定，下一步就是确定使用哪些探头。基
这些定时有关的问题，以快速、方便地找到设计问题的 本规则是: 任何探头需要准确地把信号从被测电路板上
根源。 传送到逻辑分析仪的采集系统。在帮助找到系统中的许
多问题上，逻辑分析仪的探测发挥至关重要的作用。在
大多数嵌入式系统，利用逻辑分析仪测量信号时（特别
是，如果你需要捕获大量的信号，如一个32位地址/数
据总线），专用测试点通常是最实用的测量方法。一种
选择是，在电路板使用方型管脚和通用飞线类型的逻辑
分析仪探头。提供了逻辑分析仪连接到被测系统的一个
方法，但也存在问题，最重要的是，性能将低于其它探
测方法，因为增加了方型管脚的负载。只要探头连接，
这中负载效应将永远存在，并会影响电路板的性能(即
使不连接逻辑分析仪)。
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实际的
上升时间
被观测的上升时间
(由于大的电容负载)
图3. 逻辑分析仪探头的阻抗影响信号的上升时间和定时测量。
探头电容影响信号边沿转换时间，如图3所示。该边沿
图２. D-Max连接器逻辑分析仪探头
转换速度变慢大约为时间∆t，如图3所示 。这是为什么
重要？因为较慢的边沿经过门限逻辑判决电路后，在被
测系统中引入了错误的定时问题。随着时钟速率增加，
另一个选择是在被测电路板上安装Mictor连接器。这种 这是一个问题变得更加严重。探头电容可以使得被测系
紧凑的、高密度连接器给逻辑分析仪提供了一种方便的 统定时分析失真，纳秒或亚纳秒级沿到沿的测量精度不
连接点。另外，Mictor连接器为多组信号提供了快速、 可靠。
方便的连接，但仍然会影响高速信号的运行。 泰克提供一系列的探头，这些探头提供方型管脚连接，
更高密度的选择，如D-MaxTM探测技术，可以替代提 以及Mictor和D - Max的连接。在所有情况下，这些
供替代传统Mictor探头。这些探头不需要在被测电路板 探头提供的非常好的电容性能(电容非常小)。泰克提供
上提供连接器。而是直接与电路板上的焊盘配合。这种 了一系列可靠，值得信赖的探头，以满足物理和电特性
探头的插入部分为螺纹连接，解决了引线电感问题，并 测试需求的几乎所有的嵌入式系统设计。
且电容负载减小到大约为0.5pF。此外，该探头还提供
了单端和差分测试。这种类型的探头提供了最高的性能
和最高密度。
除了物理连接，探头的总容性负载性能也是至关重要的
考虑，高容性负载可以改变您的系统性能和引入的定时
问题。在高速系统，过大的探头电容负载可能导致被测
系统(SUT)无法正常运行。因此，尽可能选择较小的总
电容负载探头是至关重要的。总电容负载是指由探头到
被测电路板端所产生的寄生电容和尖端的衰减电容总
和。
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逻辑分析仪的性能考虑
4GHz 250ps
逻辑分析仪的性能和功能决定了需要多长时间找到问题 采样头 高速定时
根源。如何正确选择逻辑分析仪来满足您的测试需求。
需要首先需要理解逻辑分析。
逻辑分析仪的最基本的功能是利用采集的数据绘出定时 500ps
分析图，如果被测系统正在运行，并且逻辑分析仪的采 深存储定时
集设置正确，逻辑分析仪的定时功能显示的数据将完全
图4. 采用两个独立的采样器的逻辑分析仪架构图实例
与设计仿真或书本上的数据是一模一样。但是，这取决
于逻辑分析仪的分辨率(即采样率)。定时分析是异步，
即采样时钟与输入信号不是同步的(异步的)。采样率越
任何逻辑分析仪或事实上任何测量仪器，你需要的不仅
高，就越可能准确检测到信号的定时问题(如毛刺)。例
仅是了解仪器的指标，更重要的是要考虑如何将所有的
如，泰克TLA系列逻辑分析仪的采样率为2 GHz，提供
功能和性能结合起来，以提高仪器的整体性能。对于逻
了500 ps分辨率。因此，定时分析能够分析显示在500
辑分析仪，重要的是要理解高分辨率采样和标准采样模
ps以内的边缘位置。
式之间的关系。这两个采样器在逻辑分析仪内如何工
为了分析更快的信号，逻辑分析仪通常提供更高的分辨 作，将大大影响数据的准确性。
率采集模式，在触发点周围采集更多的数据。TLA系列
今天，逻辑分析仪使用种类型两个架构。第一种方法使

您好，很高兴为您提供帮助。使用逻辑分析仪调试定时问题是一种常见的电子工程实践。逻辑分析仪是一种专业设备，它能够捕获和分析数字电路中的信号，包括时序信号，这对于检测和解决定时相关的问题非常有用。 当您遇到定时问题，比如设备工作不准确、延迟或者周期不稳定等，使用逻辑分析仪的步骤可能包括： 1. **连接设备**：将逻辑分析仪连接到怀疑存在问题的电路或模块上，确保探针正确地接触到关键的输入输出点。 2. **设置参数**：配置逻辑分析仪的采样率、触发条件和时间窗口，以便捕捉到定时事件。 3. **运行测试**：运行设备，让逻辑分析仪实时监控信号。观察信号波形，查看是否存在预期的定时模式。 4. **分析数据**：如果发现异常，如信号跳变不一致、时钟周期偏差等，可以通过逻辑分析仪的工具来详细分析这些异常。 5. **诊断与修复**：根据分析结果，识别出导致定时问题的具体原因，可能是硬件故障、软件编程错误或是设计不合理，然后采取相应的修复措施。 请确保在操作过程中遵循安全规程，并在必要时寻求专业的电气工程师协助，以确保调试过程顺利且避免潜在风险。希望这些信息对您有所帮助！如有其他问题，请随时提问。