實(shí)現(xiàn)邏輯分析儀成功探測(cè)的6項(xiàng)提示

中心議題：

實(shí)現(xiàn)邏輯分析儀成功探測(cè)的6項(xiàng)提示

為了完成今天越來(lái)越復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 工程師需要完善的分析工具。對(duì)于系統(tǒng)驗(yàn)證任務(wù), 大多數(shù)工程師都要依靠邏輯分析儀。隨著被測(cè)系統(tǒng)速度的不斷提升和復(fù)雜程度的持續(xù)增加, 邏輯分析儀廠商也及時(shí)提高了儀器的性能和功能, 以滿足工程師的需求。在許多情況下, 邏輯分析儀主機(jī)的性能往往超過(guò)手頭任務(wù)的需要, 而從分析儀到目標(biāo)系統(tǒng)的探頭物理連接則成為系統(tǒng)性能的瓶頸。如果邏輯分析儀接收到的信號(hào)有畸變, 那么邏輯分析儀的強(qiáng)大觸發(fā)和分析工具將是無(wú)用武之地。

這篇應(yīng)用指南將討論實(shí)現(xiàn)成功邏輯分析儀探頭連接, 需要考慮的探測(cè)問題。我們將介紹探頭結(jié)構(gòu)形式選擇、探頭負(fù)載和信號(hào)質(zhì)量概念, 以及與接地有關(guān)的常見問題。最后討論兩種容易犯的錯(cuò)誤: 在錯(cuò)誤的引線位置探測(cè)和選擇了錯(cuò)誤的互連。

提示1探頭結(jié)構(gòu)形式

如果您決定使用邏輯分析儀, 也就必須選擇使用何種類型的探頭連接。探頭連接可分成兩大類: “設(shè)計(jì)中包括連接”和“事后連接”。對(duì)于設(shè)計(jì)中包括的連接, 邏輯分析儀探頭所探測(cè)的測(cè)試點(diǎn)就融入在最初設(shè)計(jì)中。連接器探頭和無(wú)連接器探頭都屬于這類連接。為使用這兩類探頭,設(shè)計(jì)師在電路板上布放適宜的焊盤,并把感興趣的信號(hào)連到焊盤上。邏輯分析儀探頭上的連接器能與目標(biāo)連接器可靠插接。無(wú)連接器探頭則能壓在電路板焊盤上, 以保證良好地接觸 (圖1a)。

探頭 “事后連接” 的適應(yīng)測(cè)試能力未融入設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。此時(shí)您需要用包括各種互連附件(焊接、抓鉤等)的探頭觸針實(shí)現(xiàn)連接。最常用的“事后連接”探頭是飛線探頭(圖1b)。

在討論各種探頭結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)前, 先了解您在把邏輯分析儀接到系統(tǒng)時(shí)會(huì)遇到的一些問題。

圖1. 這些照片對(duì)“設(shè)計(jì)中包括連接”的探頭和“事后連接”的探頭進(jìn)行比較。

提示2探頭負(fù)載

您要設(shè)法盡可能減小探頭對(duì)系統(tǒng)呈現(xiàn)的電氣負(fù)載。如果探頭極大改變了系統(tǒng)性能, 它就不能幫助您驗(yàn)證系統(tǒng); 因?yàn)楣收峡赡芡耆且蛱筋^引發(fā)。負(fù)載主要有兩方面影響。首先是降低目標(biāo)電路板上的信號(hào)質(zhì)量, 并進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。其次是降低送入邏輯分析儀的被觀察波形質(zhì)量。這會(huì)在驗(yàn)證中導(dǎo)致錯(cuò)誤的否定結(jié)論。為避免這些問題, 您必須了解探頭的結(jié)構(gòu)。

邏輯分析儀探頭有高輸入阻抗。探頭觸針電路包括一個(gè)20kΩ量級(jí)的觸針電阻器。低頻時(shí)的探頭阻抗接近該阻值。隨著頻率的上升，探頭的寄生電容開始降低它的阻抗。阻抗沿標(biāo)準(zhǔn)RC響應(yīng)滾降。這可能造成目標(biāo)系統(tǒng)的問題; 當(dāng)探頭阻抗開始接近系統(tǒng)阻抗時(shí), 由探頭構(gòu)成的電壓分壓器起著實(shí)質(zhì)性的作用。低阻抗將吸收大量電流, 從而造成系統(tǒng)故障。

探頭中的電容主要與連接器有關(guān)。例如若目標(biāo)信號(hào)與探頭觸針電阻間有大的連接器, 該連接器就會(huì)把大電容加到探頭負(fù)載中。使用小的連接器可減小這一電容量。

無(wú)連接器探頭提供較低的電氣負(fù)載。如前所述, 當(dāng)您使用無(wú)連接器探頭時(shí), 就要在目標(biāo)系統(tǒng)上放置承載焊盤。邏輯分析儀探頭壓著在目標(biāo)小電路板上實(shí)現(xiàn)電氣連接。由于消除了電氣路徑中的物理連接器, 就能實(shí)現(xiàn)非常低的電容量 (見表1)。

圖2 顯示負(fù)載端接傳輸線上各種探頭結(jié)構(gòu)形式對(duì)等效集總電容的影響。波形顯示來(lái)自探頭的電容性反射如何在初始波形后某一時(shí)刻到達(dá)接收器。

圖2. 波形是比較各種互連探頭負(fù)載的好方法。負(fù)載隨連接器尺寸的減小(或消除)而減小。系統(tǒng)的原上升時(shí)間是150ps。

提示3探頭觸針處的信號(hào)質(zhì)量

如前所述, 探頭導(dǎo)致進(jìn)入邏輯分析儀中的信號(hào)質(zhì)量變差，從而得出錯(cuò)誤的否定結(jié)論。這是驗(yàn)證者遇到麻煩的原因, 因?yàn)樗麄儼汛罅繒r(shí)間用在調(diào)試并不存在的問題上。為避免這一問題, 您必須注意探頭觸針處的信號(hào)質(zhì)量。

除了留意探頭的電容性負(fù)載外,您還必須注意探頭位置。這在選擇各種不同端接方案時(shí)尤為重要。對(duì)于某種特定的端接方案, 接收器觀察的信號(hào)可能有足夠好的信號(hào)質(zhì)量, 但在連線任何其它點(diǎn)觀察到的信號(hào)卻可能無(wú)法接受。

為說(shuō)明這一點(diǎn), 先來(lái)分析串聯(lián)端接傳輸線理論。感應(yīng)波形瞬間在源端電阻和導(dǎo)線特性阻抗間分開。半幅度的電波沿傳輸線傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｔ诘竭_(dá)接收器時(shí)經(jīng)過(guò) 100% 的正反射, 把半幅信號(hào)加倍得到原波形的幅度。該反射波以相反方向在傳輸線

上傳輸, 直到被源端電阻器吸收, 從而結(jié)束瞬態(tài)響應(yīng)。

雖然這種方案為接收器提供一個(gè)良好的波形, 但該波形在傳輸線上呈階梯形狀。階梯波形不適合邏輯分析儀, 因?yàn)檫壿嫹治鰞x不能確定波形半幅度期間到底是邏輯“1”還是邏輯“0”。圖3顯示這種情況的波形。注意接收器處的波形信號(hào)質(zhì)量良好,而在探頭觸針處觀察到的波形卻無(wú)法接受。隨著信號(hào)速度的增加, 探頭觸針處的信號(hào)質(zhì)量對(duì)于成功的測(cè)量變得尤為重要。

圖3. 在接收器處和在探頭觸針處觀察到的串聯(lián)端接系統(tǒng)波形。

注意在連線中間處觀察到的波形階梯形狀。它表明正向傳輸?shù)陌敕炔ㄐ问峭邮掌鞣较騻鬏?。反向傳輸間反射波形與正向傳輸波形疊加后得到其最終值。