第 8章 数据域分析测试技术
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第 8章 数据域分析测试技术第 8章 数据域分析测试技术
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教学目的和要求了解：
1．数据域测量的基本概念；
2．数据域测量的特点以及基本方法。
掌握：
1．常用的数据域测量仪器：逻辑笔、逻辑夹、逻辑分析仪；
2．特征分析仪的电路构成、工作原理以及使用方法。
第 8章 数据域分析测试技术
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随着微型计算机、微控制器、数字信号处理器和大规模与超大规模集成电路的普遍应用，数字化、微机化产品的大量研制、生产和使用，数字化产品和系统在电子设备中已占极大比重，数字化已成为当今电子设备、系统的发展趋势。为了解决数字设备在研制、生产和检修中的测量问题，一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流，为了区别时域和频域的测量，常把这一类测量称为数据域测量。
也就是说，数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性。数据域测量的目的一是确定系统中是否存在故障，称为合格 /失效测试，或称故障检测；
二是确定故障的位置，称为故障定位。其理论基础是数字电路与逻辑代数。主要研究对象有数字系统中数据流、协议与格式、数字应用芯片与系统结构、数字系统特征的状态空间表征等。数字系统的故障诊断、定位和信号的逻辑分析是数据域测量的典型应用。
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8.1 数据域分析测试的特点、方法与仪器
8.1.1 数据域分析测试的特点数据域分析测试的对象是数字系统，而数字系统中的信号表现为一系列随时间变化并按一定的时序关系形成的数据流，其取值和时间都是离散的，因而其分析测试方法与时域及频域都不相同。图 8.1表示数据域分析与时域分析、频域分析的比较。
图 8.1
(a) 时域分析； (b) 频域分析； (c) 数据域分析
u ( t )
O
t
u (
f
)
O
f
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
N o,0
N o,1
N o,2
N o,3
N o,4
N o,5
N o,6
N o,7
N o,8
N o,9
b
3
b
2
b
1
b
0
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
( a )
( b ) ( c )
状 态 图定 时 图
b
3
b
2
b
1
b
0
C L K
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
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8.1.1 数据域分析测试的特点图 8.1(a)所示为一个非正弦信号在示波器上显示的波形；图
8.1(b)所示为在频谱仪上得到的图 8.1(a)所示信号的频谱；图
8.1(c)所示为在逻辑分析仪上得到的一个十进制计数器输出数据流（ 4位二进制码）的定时和状态显示。与传统的测量相比，数据域测量有以下特点：
（ 1）数字信号通常是按时序传递的数字系统的正常工作，要求其各个部分按照预先规定的逻辑程序进行工作，各信号之间有预定的逻辑时序关系。测量检查各数字信号之间逻辑时序关系是否符合设计是数据域分析测试的主要任务。
（ 2）数字系统中信号的传递方式多种多样从宏观上来讲，数字信号的传递方式分为串行和并行两大类；但从微观上来讲，不同的系统、系统内不同的单元，采用的传递方式都可能不同，即便是采用同一类传递方式（串行或并行），也存在着数据宽度（位数）、数据格式、传输速率、接口电平、同步 /异步等方面的不同。
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8.1.1 数据域分析测试的特点
（ 3）数字信号往往是单次或非周期性的数字设备的工作是时序的，在执行一个程序时，许多信号只出现一次，或者仅在关键的时候出现一次，例如中断事件等；某些信号可能重复出现，但并非时域上的周期信号，例如子程序的调用等。分析时经常需要存储、捕获和显示某部分有用的信号，因此若利用诸如示波器一类的测量仪器难以观测，也更难以发现故障。
（ 4）被测信号的速率变化范围很宽即使在同一数字系统内，数字信号的速率也可能相差很大，如外部总线速率达几百 Mb/s、内核速率达数 Gb/s的中央处理器与其外部的低速打印机、传真机、键盘等。
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8.1.1 数据域分析测试的特点
（ 5）数字信号为脉冲信号由于被测数字信号的速率可能很高，各通道信号的前沿很陡，其频谱分量十分丰富。因此，
数据域测量必须能够分析测量低至 ps级（ 10 -12s）
的信号，如脉冲信号的建立和保持时间等。
（ 6）被测信号故障定位难数字信号只有,0”、,1”两种电平，数字系统的故障不只是信号波形、电平的变化，更主要的在于信号之间的逻辑时序关系，电路中偶尔出现的干扰或毛刺等都会引起系统故障。
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8.1.2 数据域分析测试的方法数据域分析测试的目的：一是确定系统中是否存在故障，称为合格 /失效测试，或称故障检测；
二是确定故障的位置，称为故障定位。
对于一个有故障的数字系统，首先要判断其逻辑功能是否正常，其次要确定故障的位置，最后分析故障原因，这个过程称为故障诊断。要实现故障诊断，通常要在被测件的输入端加上一定的测试序列信号，然后观察整个输出序列信号，
将观测到的输出序列与预期的输出序列进行比较，
从而获得诊断信息。一般有穷举测试法、结构测试法、功能测试法和随机测试法等方法。
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8.1.2 数据域分析测试的方法
1．穷举测试法穷举测试法是对输入的全部组合进行测试。如果对所有的输入信号，输出的逻辑关系是正确的，则判断数字系统是正常的，否则就是错误的。该方法的优点是能检测出所有的故障。缺点是测试时间和测试次数随输入端数 n的增加呈指数关系增加。
2．结构测试法对于一个具有 n个输入端的系统，若采用穷举测试法，
则需加 2n组不同的输入信号才能对系统进行完全测试。显然这种穷举测试法无论从人力还是物力上都是行不通的。
解决的办法是从系统的逻辑结构出发，考虑哪些故障，然后针对这些特定的故障生成测试码，并通过故障模型计算每个测试码的故障覆盖范围，直到所考虑的故障都被覆盖为止，这就是结构测试法。该测试法主要针对故障，是最常用的方法。
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8.1.2 数据域分析测试的方法
3．功能测试法功能测试法不检测数字电路内每条信号线的故障，只验证被测电路的功能，因而比较容易实现。目前,LSI、
VLSI电路的测试大都采用功能测试法，对微处理器、存储器等的测试也可采用功能测试法。
4．随机测试法随机测试法采用的是“随机测试矢量产生”电路，随机地产生可能的组合数据流，将所产生的数据流加到被测电路中，然后对输出进行比较，根据比较结果，即可知被测电路是否正常。该方法不能完全覆盖故障，故只能用于要求不高地场合。
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8.1.3 数据域测量的仪器数据域测量仪器是指用于数字电子设备或系统的软件与硬件设计、调试、检测和维修的电子仪器。针对数据域测量的特点与方法，数据域分析测试必须采用与时域、频域分析迥然不同的分析测试仪器和方法。目前，常用的数据域测量仪器有逻辑笔与逻辑夹、逻辑信号发生器、逻辑分析仪、特征分析仪、误码分析仪、数字传输测试仪、协议分析仪、规程分析仪,PCB测试系统、微机开发系统和在线仿真器（ ICE）等等。
在以上各种测试仪器中，逻辑笔是最简单、直观的，
主要用于逻辑电平的简单测试；而对于复杂的数字系统，
逻辑分析仪是最常用、最典型的仪器，它既可以分析数字系统和计算机系统的软、硬件时序，又可以和微机开发系统、在线仿真器、数字电压表、示波器等组成自动测试系统，实现对数字系统的快速自动化测试。
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8.2 数字电路的简易测试对于一般的逻辑电路，如分立元件、中小规模集成电路及数字系统的部件，可以利用示波器、
逻辑笔、逻辑比较器和逻辑脉冲发生器等简单而廉价的数据域测量仪器进行测试。
常见的简易逻辑电平测试设备有逻辑笔和逻辑夹，它们主要用来判断信号的稳定电平、单个脉冲或低速脉冲序列。其中，逻辑笔用于测试单路信号，逻辑夹用于测试多路信号。
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8.2.1 逻辑笔
1,逻辑笔的原理逻辑笔主要用于判断某一端点的逻辑状态，其原理框图如图 8.2所示。
被测信号由探针接入，经过输入保护电路后同时加到高、低电平比较器，比较结果分别加到高、低脉冲扩展电路将其展宽，以保证测量单个窄脉冲时也能使指示灯亮足够长时间，这样，即便是频率高达 50MHz、宽度最小至
10ns的窄脉冲也能被检测到。展宽电路的另一个作用是通过高、低电平扩展电路的互控，使电平测试电路在一段时间内指示某一确定的电平，从而只有一种颜色的指示灯亮。
保护电路则用来防止输入信号电平过高时损坏检测电路。
逻辑笔通常设计成兼容两种逻辑电平的形式，即 TTL
逻辑电平和 CMOS逻辑电平，这两种逻辑的“高”、“低”
电平门限是不一样的，测试时需通过开关在 TTL/CMOS间进行选择。
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图 8.2 逻辑笔的原理框图输入保护电路高 电 平比 较 器指示驱动电路被 测 信 号 输 入高 电 平 指 示
U
C C
低 电 平比 较 器高 电 平脉 冲 扩 展低 电 平脉 冲 扩 展低 电 平 指 示第 8章 数据域分析测试技术
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8.2.1 逻辑笔
2,逻辑笔的应用不同的逻辑笔提供不同的逻辑状态指示。通常逻辑笔只有两只指示灯，,H”灯指示逻辑,1”（高电平），,L”灯指示逻辑,0”（低电平）。在 PULSE状态下，逻辑笔还可用于对正、
负脉冲的测试。逻辑笔对输入电平的响应如表 8.1所示。
通过用逻辑笔对被测点的测量，可以得出以下四种之一的逻辑状态：
（ 1）逻辑“高”：输入电平高于高逻辑电平阈值，说明这是有效的高逻辑信号。
（ 2）逻辑“低”：输入电平低于低逻辑电平阈值，说明这是有效的低逻辑信号。
（ 3）高阻抗状态：输入电平既不是逻辑低，也不是逻辑高。
（ 4）脉冲：输入电平从有效的低逻辑电平变到有效的高逻辑电平
（或者相反）。
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8.2.1 逻辑笔表 8.1 逻辑笔对输入电平的响应序号 被测点逻辑状态 逻辑笔的响应
1 稳定的逻辑,1”,H”灯稳定地亮
2 稳定的逻辑,0”,L”灯稳定地亮
3 逻辑,1”和逻辑,0”间的中间态,H”,,L”灯均不亮
4 单次正脉冲,L”→,H” →,L”,,PULSE”灯闪
5 单次负脉冲,H”→,L” →,H”,,PULSE”灯闪
6 低频序列脉冲,H”,,L”,,PULSE”灯闪
7 高频序列脉冲,H”,,L”灯亮,,PULSE”灯闪第 8章 数据域分析测试技术
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8.2.2 逻辑夹逻辑笔在同一时刻只能显示一个被测点的逻辑状态，
而逻辑夹则可以同时显示多个被测点的逻辑状态。在逻辑夹中，每一路信号都先经过一个门判电路，门判电路的输出通过一个非门驱动一个发光二极管。当输入信号为高电平时，发光二极管亮；否则，发光二极管暗。
逻辑笔和逻辑夹最大的优点是价格低廉，使用方便。
同示波器、数字电压表相比，它不但能简便迅速地判断出输入电平的高或低，更能检测电平的跳变及脉冲信号的存在，即便是 ns级的单个脉冲。这对于数字电压表及模拟示波器来说是难以实现的，即使是数字存储示波器，也必须调整触发和扫描控制在适当的位置。因此，逻辑笔和逻辑夹仍是检测数字逻辑电平的最常用工具。
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8.3 逻辑分析仪逻辑笔的局限在于它无法对多路数字信号进行时序状态分析，随着数字系统复杂程度的增加，
尤其是微处理器的高速发展，采用简单的逻辑电平测试设备已经不能满足测试的要求了。逻辑分析仪是数据域测量中最典型、最重要的工具，它将仿真功能、软件分析、模拟测量、时序和状态分析以及图形发生功能集于一体，为数字电路硬件和软件的设计、调试提供了完整的分析和测试工具。
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8.3.1 逻辑分析仪的特点逻辑分析仪具有以下特点：
（ 1）具有足够多的输入通道这是逻辑分析仪的重要特点，便于多通道的同时检测。为适应以微处理器为核心的数字系统的检测，就必须要有较多的输入通道，以 方便对微机系统的地址、数据、控制总线进行分析。
（ 2）具有快速的存储记忆功能所有的逻辑分析仪都内置有高速随机存储器（ RAM），因此它能快速地记录采集的数据。这种存储记忆功能使它能够观察单次脉冲和诊断随机故障。利用存储功能，可以捕获、显示触发前或触发后的数 据，有利于故障分析。
（ 3）具有极高的采样速率为了对高速数字系统中的数据流进行分析，逻辑分析仪必须以高于被测系统时钟频率 5~10倍的速率对输入电平进行采样，以便进行定时分析。进行状态分析时，逻辑分析仪的采样速率也必须与高速数字系统的时钟同步。
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8.3.1 逻辑分析仪的特点
（ 4）丰富的触发功能触发能力是评价逻辑分析仪的重要指标。由于逻辑分析仪具有灵活的触发能力，它可以在很长的数据流中对要观察分析的那部分信息做出准确定位，从而捕获出对分析感兴趣的信息。现今逻辑分析仪的触发方式很多，如可与内、外时钟同步，也可利用输入数据的组合进行触发，触发条件可编程，触发点可任意设置。对于软件分析，逻辑分析仪的触发能力使它可以跟踪系统运行中的任意一段程序，可以解 决检测与显示系统中存在的干扰及毛刺等问题。
（ 5）灵活而直观的显示方式采用不同的显示方式，更有利于快速地观察和分析问题。逻辑分析仪具有多种显示方式。例如，对系统功能进行分析时，可以使用字符、助记符或用汇编语言显示程序。为适应不同制式的系统，可用二 进制、八进制、十进制、十六进制以及 ASCII码显示；为便于了解系统工作的全貌，可用图形显示；对时间关系进行分析时，可用高、低 电平表示逻辑状态的时间图显示等。
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8.3.1 逻辑分析仪的特点
（ 6）驱动时域仪器的功能数据流状态值发生的差错常常来源于时间域的某些失常，
其原因往往是毛刺、噪声干扰或时序的差错。当使用逻辑分析仪观察这些现象的时候，有时需要借助于示波器来复现信号的真实波形。但是在数据流中出现的窄脉冲，模拟示波器很难捕捉到。逻辑分析仪能够对数据错误进行定位，找到窄脉冲出现的时刻，同时输出一个触发同步信号去触发示波器，便可在示波器上观察到失常信号的真实波形。
（ 7）限定功能所谓限定功能，就是对所获取的数据进行鉴别、挑选的一种能力。限定功能解决了对单方向数据传输情况的观察，以及对复用总线的分析。
模拟示波器和逻辑分析仪都是常用的测量仪器，但它们的测量对象、测量方法、显示方式、触发方式等都是不同的。表
8.2对逻辑分析仪与模拟示波器进行了简要比较。
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表 8.2 逻辑分析仪与模拟示波器的简要比较比较内容 逻辑分析仪 模拟示波器主要应用领域 数字系统的硬件、软件测试 模拟、数字信号的波形显示检测方法和范围
① 利用时钟脉冲进行采样；
②显示范围等于时钟脉冲周期乘以存储器容量；
③可显示触发前、后的逻辑状态只能显示触发后扫描时间设定范围内的波形记忆功能 有高速存取存储器，具有记忆能力 不能记忆输入通道 容易实现多通道（ 16或更多） 多为 2 通道触发方式
① 数字方式触发；
②多通道逻辑组合触发，容易实现与系统动作同步触发，
触发条件可编程；
③可以用随机的窄脉冲进行触发；
④可以进行多级按顺序触发；
⑤具有驱动时域仪器的能力模拟方式触发，根据特定的输入信号进行触发，很难实现与系统动作同步触发显示方式
① 数据高速存入存储器后，低速读出进行显示；
②把输入信号变换成逻辑电平后加以显示；
③能用与被测系统同样的方法处理和显示数据；
④显示方式多样，有状态、波形、图形和助记符等 原封不动地实时显示输入波形第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.2 逻辑分析仪的分类与组成
1．逻辑分析仪的分类根据显示方式和定时方式的不同，逻辑分析仪可分为逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪两大类，其基本结构是相同的。
（ 1）逻辑状态分析仪：逻辑状态分析仪主要用于检测数字系统的工作程序，并用字符,0”和,1”、助记符或映射图等来显示被测信号的逻辑状态。这能有效地解决系统的动态调试问题。
（ 2）逻辑定时分析仪：上述两类分析仪的显示如图 8.1（ c）所示，
虽然 在显示方式、功能侧重上有所不同，但其基本用途是一致的，即可对一个数据流进行快速的测试分析。
2．逻辑分析仪的基本组成不同厂家的逻辑分析仪，尽管在通道数量、取样频率、内存容量、显示方式及触发方式等方面有较大区别，但其基本组成结构是相同的。逻辑分析仪的基本组成如图 8.3所示，包括数据采集、数据存储、触发产生、数据显示等部分。
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8.3.2 逻辑分析仪的分类与组成图 8.3 逻辑分析仪的基本组成框图内 时 钟发 生 器
+
F I F O
存 储 器显 示发 生 器触 发识 别 器
1
输 入寄 存 器数 据采 集探 头
外 时 钟输 入
0 通 道
1 通 道
N 通 道触 发 字 置 入外 触 发 输 入触 发信 号时 钟门 限 电 平 设 定
C R T
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
1.数据采集被测信号首先由逻辑分析仪的多通道探头输入，其探头是将若干个探极集中起来构成的，其触针细小，以便于探测高密度集成电路。为了不影响被测点的电位，每个通道探针的输入阻抗都很高；为了减小输入电容，在高速逻辑分析仪中多采用有源探针。每个通道的输入信号经过内部比较器与门限电平相比较之后，判为逻辑,1”或者逻辑,0”。输入的门限电平可由使用者选择，以便与被测系统的阈值电平相配合，一般可在
± 10V范围内调节。通常门限电平取被测系统逻辑高、低电平的平均值。例如，对于 TTL器件，其门限电平取为 +1.4V。
为了把被测逻辑状态存入存储器，逻辑分析仪通过时钟脉冲周期地对比较器输出的数据进行取样。根据时钟脉冲的来源，
这种取样可分为同步取样和异步取样，分别用于状态分析和定时分析。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 1）同步取样如果时钟脉冲来自被测系统，则是同步取样方式，只有当被测系统时钟到来时逻辑分析才储存输入数据。
（ 2）异步取样如果取样时钟由逻辑分析仪内部产生或由外部的脉冲发生器提供，与被测系统的时钟无关，
这种取样方式称为异步取样。内部时钟频率可以比被测系统时钟频率高得多，这样可以使每单位时间内获取的数据更多，显示的数据更精确。同步取样和异步取样的示意图如图 8.4所示。
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图 8.4 同步取样和异步取样示意图被 测 系 统时 钟阈 电 平通 道 1
通 道 2
输入仪 器 内 部时 钟通 道 1
通 道 2
同步取样通 道 1
通 道 2
异步取样第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理同步取样对于相邻两系统时钟边沿之间产生的毛刺干扰是无法检测到的，如图 8.4中输入通道 2的情况。异步取样时，用逻辑分析仪的内部时钟采集数据，只要频率足够高，就能获得比同步取样更高的分辨力。由图中可以看出，
异步取样不仅能采集输入数据的逻辑状态，还能反映各通道输入数据间的时间关系，如图中异步取样示出了通道 2
数据的最后一次跳变发生在通道 1数据最后一次跳变之前；
同时，又将通道 2被测信号中的毛刺干扰记录下来。毛刺宽度往往很窄，如果在相邻两时钟之间，就无法检出。但是，逻辑定时分析仪内部时钟可高达数百兆，通过锁定功能，它可以检测出最小宽度仅几纳秒的毛刺。
根据以上特点可知，同步取样用于状态分析，而异步取样则用于定时分析。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
2.触发产生正常运行的数字系统中数据流是很长的，各数据流的逻辑状态也各不相同，而存储数据的存储器容量和显示数据的屏幕尺寸是有限的，因此要全部一个不漏地存储或显示这些数据是不可能的。为此，逻辑分析仪设置了触发，
以便对人们感兴趣的部分关键信息进行准确的定位、捕获和分析。在普通示波器中，触发用于启动扫描，以观测触发后的波形。而在逻辑分析仪中，触发是指停止捕获和存储数据而选择数据流中对分析有意义的数据块，即在数据流中开一个观察窗口。逻辑分析仪可记录和显示触发前的数据。
目前，逻辑分析仪具有丰富的触发方式，可以显示触发前、后或以触发为中心的输入数据，其中最基本的触发方式有以下几种：
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 1）组合触发将逻辑分析仪各通道的输入信号与各通道预置的触发字
（ 0,1或 X∶ 任意）进行比较，当全部吻合时，即产生触发信号。几乎所有的逻辑分析仪都采用这种触发产生方式，因此也称基本触发方式。
如果触发脉冲产生后，即停止数据采集，那么存储器中存入的数据是产生触发字之前各通道的状态变化情况，对触发字而言是已经“过去了”的数据，因而这种触发方式也称为基本的“终端触发”。如果选择的触发字是一个出错的数据，从显示的数据流中就可分析出错的原因。
将触发信号作为逻辑分析仪存储、显示数据的启动信号，
将触发字及其后面的数据连续存入存储器中，直至存满为止，
这就是“始端触发”。如将触发字设置为程序的某条指令，这样就可以分析这条指令执行后的响应，以判断其是否与预定结果一致。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 2）延迟触发在延迟触发方式中专门设置了一个数字延迟电路，当捕获到触发字后，延迟一段时间再停止数据的采集、存储，这样在存储器中存储 的数据既包括了触发点前的数据，又包括了触发后的数据。
终端触发、始端触发、延迟触发的示意图如图 8.5所示。
图 8.5 终端触发、始端触发、延迟触发示意图触 发 时 刻延 迟 触 发终 端 触 发始 端 触 发数 据 流第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 3）毛刺触发毛刺触发是利用滤波器从输入信号中取出一定宽度的干扰脉冲作为触发信号，然后存储毛刺出现前后的数据流，以利于观察和寻找由于外界
（ 4）手动触发与外触发在测量时，利用人工方式可以在任何时候加以触发或强制显示测量数据，也可以由外部输入脉冲充当触发信号。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理在微机应用程序中，往往包含了许多分支和循环程序，为了检测、分析这些分支和循环程序中可能存在的错误，提高分析测试效率，逻辑分析仪还提供了一些由多个条件组合而成的高级触发方式，如序列触发、限定触发、计数触发等。
（ 1）序列触发序列触发是为了检测复杂分支程序而设计的一种重要触发方式。它由多个触发字按预先确定的顺序排列，只有当被测试的程序按触发字的先后次序出现时，才能产生一次触发。
（ 2）限定触发限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。如有时选定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地捕捉、存储和显示特定的数据流，可以附加一些约束条件。这样，只要数据流中未出现这些条件，即使触发字频繁出现，也不能进行有效的触发。
（ 3）计数触发在较复杂的软件系统中常有嵌套循环，为此可用计数触发对循环进行跟踪。当触发字出现的次数达到预置值时才产生触发。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
3.数据存储为了将多个测试点多个时刻的信息变化记录下来，逻辑分析仪设置有一定容量的存储器，以便显示分析重复性的数据和单次出现的随机数据流。
逻辑状态分析仪采用同步取样时，存储器容量较小，
一般每个通道为 16~64位。逻辑定时分析仪采用高速时钟对输入信号进行异步取样，其需要的存储器容量较大，一般每个通道为 256位至几千位。虽然存储器容量增大了，
但对于实测系统的长数据流来说仍是有限的，不可能将数据流中的所有数据都存储下来。为此，逻辑分析仪采用先进先出（ FIFO）的存储原则，存满数据后继续写入数据时，
先存入的数据产生溢出而被冲掉，这个过程一直延续到触发产生为止。在终端触发、始端触发或延迟触发方式下，
对触发点以前、以后或前后的数据进行存储。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
为了扩大存储显示范围，弥补单通道容量有限的缺点，目前，不少逻辑分析仪在总内存容量为一定值时，可通过改变显示的通道数来提高一次可记录的字数。不同应用场合应采用不同的存储格式，也就是说存储容量按通道数分配。例如，
256Kb存储器既能构成 16通道 × 16Kb/通道，又能构成 8通道 × 32Kb/通道。现在的逻辑分析仪除具有高速 RAM外，有的还增加了一个参考存储器，
在进行状态显示时，可以并排地显示两个存储器中的内容，以便进行比较。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
4,数据显示在触发信号到来之前，逻辑分析仪不断地采集和存储数据，一旦触发信号到来，逻辑分析仪立即转入显示阶段。根据逻辑分析仪的用途不同，显示的方式也是多种多样的，除前述的状态表显示和定时图显示外，还有矢量图显示、映射图显示、分解模块显示等几种形式。
（ 1）状态表显示所谓状态表显示，就是将数据信息用,1”、,0”组合的逻辑状态表的形式显示在屏幕上。状态表的每一行表示一个时钟脉冲对多通道数据采集的结果，并代表一个数据字，并可将存储的内容以二进制、
八进制、十进制、十六进制的形式显示在屏幕上，如常用十六进制数显示地址和数据总线上的信息，用二进制数显示控制总线和其他电路结点上的信息，或者将总线上出现的数据翻译成各种微处理器的汇编 语言源程序，实现反汇编显示，特别适用于软件调试。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 2）定时图显示定时图显示好像多通道示波器显示多个波形一样，将存入存储器的数据流按逻辑电平及其时间关系显示在屏幕上，即显示各通道波形的时序关系。为了再现波形，定时图显示要求用能高的时钟频率来对输入信号进行取样，但由于受时钟频率的限制，取样点不可能无限密。因此，定时图显示在屏幕上的波形不是实际波形，也不是实时波形，
而是该通道在等间隔采样时间点上采样的信号的逻辑电平值，是一串已被重新构造、类似方波的波形，称为“伪波形”。
定时图显示多用于硬件的时序分析，以及检查被测波形中各种不正常的毛刺脉冲等。例如，分析集成电路各输入 /输出端的逻辑关系，计算机外部设备的中断请求与
CPU的应答信号的定时关系。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 3）矢量图显示矢量图又称点图，是把要显示的数字量用逻辑分析仪内部的数 /模转换（ D/A）电路转换成模拟量，然后显示在屏幕上。它类似于示波器的 X-Y模式显示,X轴表示数据出现的实际顺序,Y轴表示被显示数据的模拟数值，刻度可由用户设定，每个数字量在屏幕上形成一点，称为“状态点”。系统的每个状态在屏幕上各有一个对应的点，这些点分布在屏幕上组成一幅图，称之为“矢量图”。这种显示模式多用于检查一个带有大量子程序的程序的执行情况。
图 8.6显示程序的执行情况，被监测的是微机系统的地址总线,X轴是程序的执行顺序,Y轴是呈现在地址线上的地址。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理图 8.6 程序执行的矢量图显示 图 8.7 程序执行的映射图子 程 序循 环 程 序主 程 序2 0 0 0 H
2 0 F F H
0 0 0 0 0 0 7 F 0 0 F F
+
2 8 F F
4 0 0 4 4 0 0 9
+
8 0 8 0
+
F F 0 0
F F F FF F F 8
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 4）映射图显示映射图显示可以观察系统运行全貌的动态情况，它是用一系列光点表示一个数据流。如果用逻辑分析仪观察微机的地址总线，则每个 光点是程序运行中一个地址的映射。图 8.7表示的是某程序运行时的映射图。
（ 5）分解模块显示高层次的逻辑分析仪可设置多个显示模式。如将一个屏幕分成两个窗口显示，上窗口显示该处理器在同一时刻的定时图； 下窗口显示经反汇编后的微处理器的汇编语言源程序。由于上、下两个窗口的图形在时间上是相关的，因而对电路的定时和程序的执行可同时进行观 察，软、硬件可同时调试。
逻辑分析仪的这种多方式显示功能，在复杂的数字系统中能较快地对错误数据进行定位。例如，对于一个有故障的系统，首先用映射图对系统全貌进行观察，根据图形变化，确定问题的大致范围；然后用矢量图显示对问题进行深入检查，根据图形的不连续特点缩小故障 范围；再用状态表找出错误的字或位。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能衡量逻辑分析仪的技术指标和功能项有许多，但主要有如下几项。
1．输入通道数通道数的多少是逻辑分析仪的重要指标之一。例如，最常用的 8
位单片机，通常都具有 8位数据线,16位地址线，以及若干根控制线，
如果要同时观察其数据总线及地址总线上的数据和地址信息，就必须用 24个输入通道。目前，一般的逻辑分析仪的输入通道数为 34~68个。
输入通道除了用做数据输入外，还有时钟输入通道及限定输入通道。由于逻辑分析仪不能观察信号的真实波形，因而不少分析仪中还装有模拟输入通道，可以与定时和状态部分进行交互触发。如前述的 安捷伦（ Agilent）公司的 54600/54800混合示波器系列、飞利浦
（ Philips）公司的 PM3540系列等。显然，这对于分析数字与模拟混合电路是很方便的。
输入阻抗、输入电容是输入通道的另一指标，其大小将直接影响被测电路的电性能，对被测电路的上升时间和临界电平有很大影响。
所以输入探针与被测电路连接时，探针负载对电路产生的影响必须最 小。常用的高阻探针其指标为 1MΩ/8pF,10MΩ/15pF，低阻探针为
40KΩ/14pF，并且多为具有高阻抗的有源探针。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能
2．时钟频率
对于定时分析来说，时钟频率的高低是一个非常重要的指标。取样速率的高低对数据采集的结果有着十分重要的影响，同一输入信号在不同的取样速率下可能有着不同的输出结果，如图 8.8所示。
为了能得到更高的时间分辨力，通常用高于被测系统时钟频率几倍的速率进行取样。否则，如图
8.8所示，在较低的取样频率下就难以检出窄的干扰脉冲。如果使用 100MHz的取样脉冲，则取样脉冲的周期为 10ns，如果被测信号中存在着比这更窄的脉冲，则检出的概率很小。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能图 8.8 不同取样速率下的不同输出输 入内 部 时 钟输 出外 部 时 钟输 出第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能
3．存储容量存储、显示所采集的输入数据，逻辑分析仪都具有高速随机存储器 RAM N× M，
其中 N为通道数,M为每个通道的容量。
由于在分析数据信息时，只对感兴趣的数据进行分析，
因而没有必要无限制地增加容量。目前逻辑分析仪由于通道数很多，因而其总存储容量也设计得较大，通常为
256KB到几 MB，也有的达到 64MB。即便如此，在进行高速定时分析时，由于取样时钟很高，因而存储的数据也很有限。通常，在内存容量一定时，可以通过减少显示的数据通道数，增大单通道的存储容量的方法来提高一次可记录的字数，从而扩展逻辑分析仪的功能，这样对不用的通道所占据的存储容量也可以充分利用起来。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能
4．触发功能触发功能是评价逻辑分析仪水平的重要指标，只有具有灵活、方便、准确的触发功能，它才能在很长的数据流中，对人们感兴趣的那部分信息进行准确的定位、捕获和分析。选择恰当的触发方式对系统的分析可以起到事半功倍的效果。
5．显示方式随着微处理器成为现代逻辑分析仪的核心，使得显示方式多种多样。如今，逻辑分析仪大都具有各种进制的显示、
ASCII码显示、各种光标显示、助记符的显示、菜单显示、反汇编、状态比较表显示、矢量图显示、时序波形显示，以及以上多种方式的组合显示等。这样多的显示方式与手段就为系统的运行情况提供了很好的分析手段，给使用者带来了很大方便。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
1.微机系统软、硬件调试逻辑分析仪最普遍的应用之一是监视微机中程序的运行，
监视微机的地址、数据、状态和控制线，对微机正在执行什么操作保持跟踪。有时可用逻辑分析仪排除微机软件中的问题，
有时还可用它检测硬件中的问题，或者用来排查软、硬件共同作用引起的故障。
当调试微机系统时，常用排序和触发功能来跟踪软件程序的运行。例如，欲跟踪一子程序的执行情况，而且要求只在子程序被其主程序的特定部分调用时才进行。我们可将微机系统的多路并行地址信号和数据信号分别接到逻辑分析仪输入探头，
这样，正在运行的微机系统的地址线和数据线上的内容就可通过逻辑分析仪显示出来。将逻辑分析仪置于主程序中一已知地址上正在执行的指令，然后在该子程序的入口点触发，逻辑分析仪就只存储处理机从入口开始至子程序完成所做的工作，以便从中分析、查找故障。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
微机系统软、硬件调试时，与微机有关的地址、
数据、状态、程序指令和控制信号等用户可能难于直观地反映。为此，逻辑分析仪大都提供反汇编功能帮助用户完成这项任务。反汇编功能由软件构成，在逻辑分析仪中运行，并解释分析仪获取的指令和数据。程序流程以微机的汇编源程序的格式显示，这样为用户提供了直观而强有力的分析能力。当然，不同型号的微机需要不同的反汇编程序。图 8.9展示了一标准反汇编程序表，其中从左至右依次是存储器的存取地址、正执行的指令、与指令有关的操作数、数据总线上的十六进制数以及存储器的读 /写状态。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用图 8.9 Motorola 68332微处理机的反汇编显示第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
2.测试数字集成电路将数字集成电路芯片接入逻辑分析仪中，选择适当的显示方式，
将得到具有一定规律的图像。如果显示不正常，可以通过显示过程中 不正确的图形，找出逻辑错误的位置。
图 8.10为 ROM工作频率测试的例子。
图 8.10 ROM工作频率的测试数 据 发 生 器
R O M
地 址 输 出 数 据数 据输 入
L S A
时 钟 输 入时 钟频 率 计片 选 控 制第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
3.
数字电路也经常因受到干扰的影响或器件本身的时延而产生“毛刺”，对于这种偶发的窄脉冲信号，用示波器难以捕捉到，而用逻辑定时分析仪却可以使用“毛刺”触发工作方式，迅速而准确地捕捉并显示出来，以进行分析。
图 8.11示出了一个译码器的波形图,D0,D1,D2是译码器的三个输入端的波形,D3,D4,D5,D6是四个输出端的波形，每个输出波形上都有毛刺脉冲。由图可见，
所有的毛刺都出现在输入信号的跳变沿上（见图中虚线圈）。由于译码器中采用的触发器性能及级数的不同造成不同的内部传输时延，在翻转过程中产生毛刺。跳变的输入信号多，产生毛刺的可能性就大。解决的主要办法是采用高速集成触发器芯片，减小器件本身的时延。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用图 8.11 寻找毛刺产生的原因
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
t
1
t
2
t
3
t
4
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用利用逻辑状态分析仪的触发输出触发示波器也可以观测、分析毛刺脉冲。例如，有一个计数周期为 64的计数器，
应该在 63时复位，结果总在 52就复位了。为查找原因，将逻辑状态分析仪的触发方式置起始显示方式，触发字置 51，
用触发输出来触发示波器，则可发现在复位线上的状态 53
处有一个毛刺，导致计数器提前复位。
4.数字系统自动测试由带 GPIB总线控制功能的微型计算机、逻辑分析仪和数字信号发生器以及相应的软件可以组成数字系统的自动测试系统。数字信号发生器根据测试矢量或数据故障模型产生测试数据加到被测电路中，并由逻辑分析仪测量、分析其响应，可以完成中小规模数字集成芯片的功能测试、
某些大规模集成电路逻辑功能的测试、程序自动跟踪、在线仿真以及数字系统的自动分析等功能。
第 8章 数据域分析测试技术
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本章小结为了解决数字设备、计算机、大规模及超大规模集成电路在研制、生产和检修中的测量问题，一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流，为了区别时域和频域的测量，
常把这一类测量称为数据域测量。
本章主要介绍了数据域测量及其仪器的基本知识。
（ 1）数据域测量的概念、特点、方法与常用仪器。
（ 2）用逻辑笔或逻辑夹对数字电路进行简易测试。
（ 3）逻辑分析仪的基本组成分为两部分：数据捕获和数据显示。
（ 4）逻辑分析仪根据显示方式和定时方式的不同可分为逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪两大类，前者主要用于系统的软件测试；后者主要用于数字系统硬件的调试与检测。
（ 5）逻辑分析仪具有输入通道多、记忆功能强、采样速率极高、触发功能丰富、
显示灵活而直观、可驱动时域仪器以及具有限定功能等特点。
（ 6）逻辑分析仪的工作原理主要包括数据采集、触发产生、数据存储以及数据显示等内容。
（ 7）衡量逻辑分析仪质量的主要技术指标有以下几项：输入通道数、时钟频率、
存储容量、触发功能、显示方式等。
（ 8）逻辑分析仪的应用十分广泛。例如微机系统的软、硬件调试；数字集成电路的测试；时序关系及干扰信号的测试；组成数字系统的自动测试系统等。
（ 9）数据域的特征分析法与特征分析仪。
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第 8章 数据域分析测试技术第 8章 数据域分析测试技术
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教学目的和要求了解：
1．数据域测量的基本概念；
2．数据域测量的特点以及基本方法。
掌握：
1．常用的数据域测量仪器：逻辑笔、逻辑夹、逻辑分析仪；
2．特征分析仪的电路构成、工作原理以及使用方法。
第 8章 数据域分析测试技术
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随着微型计算机、微控制器、数字信号处理器和大规模与超大规模集成电路的普遍应用，数字化、微机化产品的大量研制、生产和使用，数字化产品和系统在电子设备中已占极大比重，数字化已成为当今电子设备、系统的发展趋势。为了解决数字设备在研制、生产和检修中的测量问题，一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流，为了区别时域和频域的测量，常把这一类测量称为数据域测量。
也就是说，数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性。数据域测量的目的一是确定系统中是否存在故障，称为合格 /失效测试，或称故障检测；
二是确定故障的位置，称为故障定位。其理论基础是数字电路与逻辑代数。主要研究对象有数字系统中数据流、协议与格式、数字应用芯片与系统结构、数字系统特征的状态空间表征等。数字系统的故障诊断、定位和信号的逻辑分析是数据域测量的典型应用。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1 数据域分析测试的特点、方法与仪器
8.1.1 数据域分析测试的特点数据域分析测试的对象是数字系统，而数字系统中的信号表现为一系列随时间变化并按一定的时序关系形成的数据流，其取值和时间都是离散的，因而其分析测试方法与时域及频域都不相同。图 8.1表示数据域分析与时域分析、频域分析的比较。
图 8.1
(a) 时域分析； (b) 频域分析； (c) 数据域分析
u ( t )
O
t
u (
f
)
O
f
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
N o,0
N o,1
N o,2
N o,3
N o,4
N o,5
N o,6
N o,7
N o,8
N o,9
b
3
b
2
b
1
b
0
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
( a )
( b ) ( c )
状 态 图定 时 图
b
3
b
2
b
1
b
0
C L K
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.1 数据域分析测试的特点图 8.1(a)所示为一个非正弦信号在示波器上显示的波形；图
8.1(b)所示为在频谱仪上得到的图 8.1(a)所示信号的频谱；图
8.1(c)所示为在逻辑分析仪上得到的一个十进制计数器输出数据流（ 4位二进制码）的定时和状态显示。与传统的测量相比，数据域测量有以下特点：
（ 1）数字信号通常是按时序传递的数字系统的正常工作，要求其各个部分按照预先规定的逻辑程序进行工作，各信号之间有预定的逻辑时序关系。测量检查各数字信号之间逻辑时序关系是否符合设计是数据域分析测试的主要任务。
（ 2）数字系统中信号的传递方式多种多样从宏观上来讲，数字信号的传递方式分为串行和并行两大类；但从微观上来讲，不同的系统、系统内不同的单元，采用的传递方式都可能不同，即便是采用同一类传递方式（串行或并行），也存在着数据宽度（位数）、数据格式、传输速率、接口电平、同步 /异步等方面的不同。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.1 数据域分析测试的特点
（ 3）数字信号往往是单次或非周期性的数字设备的工作是时序的，在执行一个程序时，许多信号只出现一次，或者仅在关键的时候出现一次，例如中断事件等；某些信号可能重复出现，但并非时域上的周期信号，例如子程序的调用等。分析时经常需要存储、捕获和显示某部分有用的信号，因此若利用诸如示波器一类的测量仪器难以观测，也更难以发现故障。
（ 4）被测信号的速率变化范围很宽即使在同一数字系统内，数字信号的速率也可能相差很大，如外部总线速率达几百 Mb/s、内核速率达数 Gb/s的中央处理器与其外部的低速打印机、传真机、键盘等。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.1 数据域分析测试的特点
（ 5）数字信号为脉冲信号由于被测数字信号的速率可能很高，各通道信号的前沿很陡，其频谱分量十分丰富。因此，
数据域测量必须能够分析测量低至 ps级（ 10 -12s）
的信号，如脉冲信号的建立和保持时间等。
（ 6）被测信号故障定位难数字信号只有,0”、,1”两种电平，数字系统的故障不只是信号波形、电平的变化，更主要的在于信号之间的逻辑时序关系，电路中偶尔出现的干扰或毛刺等都会引起系统故障。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.2 数据域分析测试的方法数据域分析测试的目的：一是确定系统中是否存在故障，称为合格 /失效测试，或称故障检测；
二是确定故障的位置，称为故障定位。
对于一个有故障的数字系统，首先要判断其逻辑功能是否正常，其次要确定故障的位置，最后分析故障原因，这个过程称为故障诊断。要实现故障诊断，通常要在被测件的输入端加上一定的测试序列信号，然后观察整个输出序列信号，
将观测到的输出序列与预期的输出序列进行比较，
从而获得诊断信息。一般有穷举测试法、结构测试法、功能测试法和随机测试法等方法。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.2 数据域分析测试的方法
1．穷举测试法穷举测试法是对输入的全部组合进行测试。如果对所有的输入信号，输出的逻辑关系是正确的，则判断数字系统是正常的，否则就是错误的。该方法的优点是能检测出所有的故障。缺点是测试时间和测试次数随输入端数 n的增加呈指数关系增加。
2．结构测试法对于一个具有 n个输入端的系统，若采用穷举测试法，
则需加 2n组不同的输入信号才能对系统进行完全测试。显然这种穷举测试法无论从人力还是物力上都是行不通的。
解决的办法是从系统的逻辑结构出发，考虑哪些故障，然后针对这些特定的故障生成测试码，并通过故障模型计算每个测试码的故障覆盖范围，直到所考虑的故障都被覆盖为止，这就是结构测试法。该测试法主要针对故障，是最常用的方法。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.2 数据域分析测试的方法
3．功能测试法功能测试法不检测数字电路内每条信号线的故障，只验证被测电路的功能，因而比较容易实现。目前,LSI、
VLSI电路的测试大都采用功能测试法，对微处理器、存储器等的测试也可采用功能测试法。
4．随机测试法随机测试法采用的是“随机测试矢量产生”电路，随机地产生可能的组合数据流，将所产生的数据流加到被测电路中，然后对输出进行比较，根据比较结果，即可知被测电路是否正常。该方法不能完全覆盖故障，故只能用于要求不高地场合。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.1.3 数据域测量的仪器数据域测量仪器是指用于数字电子设备或系统的软件与硬件设计、调试、检测和维修的电子仪器。针对数据域测量的特点与方法，数据域分析测试必须采用与时域、频域分析迥然不同的分析测试仪器和方法。目前，常用的数据域测量仪器有逻辑笔与逻辑夹、逻辑信号发生器、逻辑分析仪、特征分析仪、误码分析仪、数字传输测试仪、协议分析仪、规程分析仪,PCB测试系统、微机开发系统和在线仿真器（ ICE）等等。
在以上各种测试仪器中，逻辑笔是最简单、直观的，
主要用于逻辑电平的简单测试；而对于复杂的数字系统，
逻辑分析仪是最常用、最典型的仪器，它既可以分析数字系统和计算机系统的软、硬件时序，又可以和微机开发系统、在线仿真器、数字电压表、示波器等组成自动测试系统，实现对数字系统的快速自动化测试。
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8.2 数字电路的简易测试对于一般的逻辑电路，如分立元件、中小规模集成电路及数字系统的部件，可以利用示波器、
逻辑笔、逻辑比较器和逻辑脉冲发生器等简单而廉价的数据域测量仪器进行测试。
常见的简易逻辑电平测试设备有逻辑笔和逻辑夹，它们主要用来判断信号的稳定电平、单个脉冲或低速脉冲序列。其中，逻辑笔用于测试单路信号，逻辑夹用于测试多路信号。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.2.1 逻辑笔
1,逻辑笔的原理逻辑笔主要用于判断某一端点的逻辑状态，其原理框图如图 8.2所示。
被测信号由探针接入，经过输入保护电路后同时加到高、低电平比较器，比较结果分别加到高、低脉冲扩展电路将其展宽，以保证测量单个窄脉冲时也能使指示灯亮足够长时间，这样，即便是频率高达 50MHz、宽度最小至
10ns的窄脉冲也能被检测到。展宽电路的另一个作用是通过高、低电平扩展电路的互控，使电平测试电路在一段时间内指示某一确定的电平，从而只有一种颜色的指示灯亮。
保护电路则用来防止输入信号电平过高时损坏检测电路。
逻辑笔通常设计成兼容两种逻辑电平的形式，即 TTL
逻辑电平和 CMOS逻辑电平，这两种逻辑的“高”、“低”
电平门限是不一样的，测试时需通过开关在 TTL/CMOS间进行选择。
第 8章 数据域分析测试技术
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图 8.2 逻辑笔的原理框图输入保护电路高 电 平比 较 器指示驱动电路被 测 信 号 输 入高 电 平 指 示
U
C C
低 电 平比 较 器高 电 平脉 冲 扩 展低 电 平脉 冲 扩 展低 电 平 指 示第 8章 数据域分析测试技术
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8.2.1 逻辑笔
2,逻辑笔的应用不同的逻辑笔提供不同的逻辑状态指示。通常逻辑笔只有两只指示灯，,H”灯指示逻辑,1”（高电平），,L”灯指示逻辑,0”（低电平）。在 PULSE状态下，逻辑笔还可用于对正、
负脉冲的测试。逻辑笔对输入电平的响应如表 8.1所示。
通过用逻辑笔对被测点的测量，可以得出以下四种之一的逻辑状态：
（ 1）逻辑“高”：输入电平高于高逻辑电平阈值，说明这是有效的高逻辑信号。
（ 2）逻辑“低”：输入电平低于低逻辑电平阈值，说明这是有效的低逻辑信号。
（ 3）高阻抗状态：输入电平既不是逻辑低，也不是逻辑高。
（ 4）脉冲：输入电平从有效的低逻辑电平变到有效的高逻辑电平
（或者相反）。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.2.1 逻辑笔表 8.1 逻辑笔对输入电平的响应序号 被测点逻辑状态 逻辑笔的响应
1 稳定的逻辑,1”,H”灯稳定地亮
2 稳定的逻辑,0”,L”灯稳定地亮
3 逻辑,1”和逻辑,0”间的中间态,H”,,L”灯均不亮
4 单次正脉冲,L”→,H” →,L”,,PULSE”灯闪
5 单次负脉冲,H”→,L” →,H”,,PULSE”灯闪
6 低频序列脉冲,H”,,L”,,PULSE”灯闪
7 高频序列脉冲,H”,,L”灯亮,,PULSE”灯闪第 8章 数据域分析测试技术
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8.2.2 逻辑夹逻辑笔在同一时刻只能显示一个被测点的逻辑状态，
而逻辑夹则可以同时显示多个被测点的逻辑状态。在逻辑夹中，每一路信号都先经过一个门判电路，门判电路的输出通过一个非门驱动一个发光二极管。当输入信号为高电平时，发光二极管亮；否则，发光二极管暗。
逻辑笔和逻辑夹最大的优点是价格低廉，使用方便。
同示波器、数字电压表相比，它不但能简便迅速地判断出输入电平的高或低，更能检测电平的跳变及脉冲信号的存在，即便是 ns级的单个脉冲。这对于数字电压表及模拟示波器来说是难以实现的，即使是数字存储示波器，也必须调整触发和扫描控制在适当的位置。因此，逻辑笔和逻辑夹仍是检测数字逻辑电平的最常用工具。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3 逻辑分析仪逻辑笔的局限在于它无法对多路数字信号进行时序状态分析，随着数字系统复杂程度的增加，
尤其是微处理器的高速发展，采用简单的逻辑电平测试设备已经不能满足测试的要求了。逻辑分析仪是数据域测量中最典型、最重要的工具，它将仿真功能、软件分析、模拟测量、时序和状态分析以及图形发生功能集于一体，为数字电路硬件和软件的设计、调试提供了完整的分析和测试工具。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.1 逻辑分析仪的特点逻辑分析仪具有以下特点：
（ 1）具有足够多的输入通道这是逻辑分析仪的重要特点，便于多通道的同时检测。为适应以微处理器为核心的数字系统的检测，就必须要有较多的输入通道，以 方便对微机系统的地址、数据、控制总线进行分析。
（ 2）具有快速的存储记忆功能所有的逻辑分析仪都内置有高速随机存储器（ RAM），因此它能快速地记录采集的数据。这种存储记忆功能使它能够观察单次脉冲和诊断随机故障。利用存储功能，可以捕获、显示触发前或触发后的数 据，有利于故障分析。
（ 3）具有极高的采样速率为了对高速数字系统中的数据流进行分析，逻辑分析仪必须以高于被测系统时钟频率 5~10倍的速率对输入电平进行采样，以便进行定时分析。进行状态分析时，逻辑分析仪的采样速率也必须与高速数字系统的时钟同步。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.1 逻辑分析仪的特点
（ 4）丰富的触发功能触发能力是评价逻辑分析仪的重要指标。由于逻辑分析仪具有灵活的触发能力，它可以在很长的数据流中对要观察分析的那部分信息做出准确定位，从而捕获出对分析感兴趣的信息。现今逻辑分析仪的触发方式很多，如可与内、外时钟同步，也可利用输入数据的组合进行触发，触发条件可编程，触发点可任意设置。对于软件分析，逻辑分析仪的触发能力使它可以跟踪系统运行中的任意一段程序，可以解 决检测与显示系统中存在的干扰及毛刺等问题。
（ 5）灵活而直观的显示方式采用不同的显示方式，更有利于快速地观察和分析问题。逻辑分析仪具有多种显示方式。例如，对系统功能进行分析时，可以使用字符、助记符或用汇编语言显示程序。为适应不同制式的系统，可用二 进制、八进制、十进制、十六进制以及 ASCII码显示；为便于了解系统工作的全貌，可用图形显示；对时间关系进行分析时，可用高、低 电平表示逻辑状态的时间图显示等。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.1 逻辑分析仪的特点
（ 6）驱动时域仪器的功能数据流状态值发生的差错常常来源于时间域的某些失常，
其原因往往是毛刺、噪声干扰或时序的差错。当使用逻辑分析仪观察这些现象的时候，有时需要借助于示波器来复现信号的真实波形。但是在数据流中出现的窄脉冲，模拟示波器很难捕捉到。逻辑分析仪能够对数据错误进行定位，找到窄脉冲出现的时刻，同时输出一个触发同步信号去触发示波器，便可在示波器上观察到失常信号的真实波形。
（ 7）限定功能所谓限定功能，就是对所获取的数据进行鉴别、挑选的一种能力。限定功能解决了对单方向数据传输情况的观察，以及对复用总线的分析。
模拟示波器和逻辑分析仪都是常用的测量仪器，但它们的测量对象、测量方法、显示方式、触发方式等都是不同的。表
8.2对逻辑分析仪与模拟示波器进行了简要比较。
第 8章 数据域分析测试技术
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表 8.2 逻辑分析仪与模拟示波器的简要比较比较内容 逻辑分析仪 模拟示波器主要应用领域 数字系统的硬件、软件测试 模拟、数字信号的波形显示检测方法和范围
① 利用时钟脉冲进行采样；
②显示范围等于时钟脉冲周期乘以存储器容量；
③可显示触发前、后的逻辑状态只能显示触发后扫描时间设定范围内的波形记忆功能 有高速存取存储器，具有记忆能力 不能记忆输入通道 容易实现多通道（ 16或更多） 多为 2 通道触发方式
① 数字方式触发；
②多通道逻辑组合触发，容易实现与系统动作同步触发，
触发条件可编程；
③可以用随机的窄脉冲进行触发；
④可以进行多级按顺序触发；
⑤具有驱动时域仪器的能力模拟方式触发，根据特定的输入信号进行触发，很难实现与系统动作同步触发显示方式
① 数据高速存入存储器后，低速读出进行显示；
②把输入信号变换成逻辑电平后加以显示；
③能用与被测系统同样的方法处理和显示数据；
④显示方式多样，有状态、波形、图形和助记符等 原封不动地实时显示输入波形第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.2 逻辑分析仪的分类与组成
1．逻辑分析仪的分类根据显示方式和定时方式的不同，逻辑分析仪可分为逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪两大类，其基本结构是相同的。
（ 1）逻辑状态分析仪：逻辑状态分析仪主要用于检测数字系统的工作程序，并用字符,0”和,1”、助记符或映射图等来显示被测信号的逻辑状态。这能有效地解决系统的动态调试问题。
（ 2）逻辑定时分析仪：上述两类分析仪的显示如图 8.1（ c）所示，
虽然 在显示方式、功能侧重上有所不同，但其基本用途是一致的，即可对一个数据流进行快速的测试分析。
2．逻辑分析仪的基本组成不同厂家的逻辑分析仪，尽管在通道数量、取样频率、内存容量、显示方式及触发方式等方面有较大区别，但其基本组成结构是相同的。逻辑分析仪的基本组成如图 8.3所示，包括数据采集、数据存储、触发产生、数据显示等部分。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.2 逻辑分析仪的分类与组成图 8.3 逻辑分析仪的基本组成框图内 时 钟发 生 器
+
F I F O
存 储 器显 示发 生 器触 发识 别 器
1
输 入寄 存 器数 据采 集探 头
外 时 钟输 入
0 通 道
1 通 道
N 通 道触 发 字 置 入外 触 发 输 入触 发信 号时 钟门 限 电 平 设 定
C R T
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
1.数据采集被测信号首先由逻辑分析仪的多通道探头输入，其探头是将若干个探极集中起来构成的，其触针细小，以便于探测高密度集成电路。为了不影响被测点的电位，每个通道探针的输入阻抗都很高；为了减小输入电容，在高速逻辑分析仪中多采用有源探针。每个通道的输入信号经过内部比较器与门限电平相比较之后，判为逻辑,1”或者逻辑,0”。输入的门限电平可由使用者选择，以便与被测系统的阈值电平相配合，一般可在
± 10V范围内调节。通常门限电平取被测系统逻辑高、低电平的平均值。例如，对于 TTL器件，其门限电平取为 +1.4V。
为了把被测逻辑状态存入存储器，逻辑分析仪通过时钟脉冲周期地对比较器输出的数据进行取样。根据时钟脉冲的来源，
这种取样可分为同步取样和异步取样，分别用于状态分析和定时分析。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 1）同步取样如果时钟脉冲来自被测系统，则是同步取样方式，只有当被测系统时钟到来时逻辑分析才储存输入数据。
（ 2）异步取样如果取样时钟由逻辑分析仪内部产生或由外部的脉冲发生器提供，与被测系统的时钟无关，
这种取样方式称为异步取样。内部时钟频率可以比被测系统时钟频率高得多，这样可以使每单位时间内获取的数据更多，显示的数据更精确。同步取样和异步取样的示意图如图 8.4所示。
第 8章 数据域分析测试技术
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图 8.4 同步取样和异步取样示意图被 测 系 统时 钟阈 电 平通 道 1
通 道 2
输入仪 器 内 部时 钟通 道 1
通 道 2
同步取样通 道 1
通 道 2
异步取样第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理同步取样对于相邻两系统时钟边沿之间产生的毛刺干扰是无法检测到的，如图 8.4中输入通道 2的情况。异步取样时，用逻辑分析仪的内部时钟采集数据，只要频率足够高，就能获得比同步取样更高的分辨力。由图中可以看出，
异步取样不仅能采集输入数据的逻辑状态，还能反映各通道输入数据间的时间关系，如图中异步取样示出了通道 2
数据的最后一次跳变发生在通道 1数据最后一次跳变之前；
同时，又将通道 2被测信号中的毛刺干扰记录下来。毛刺宽度往往很窄，如果在相邻两时钟之间，就无法检出。但是，逻辑定时分析仪内部时钟可高达数百兆，通过锁定功能，它可以检测出最小宽度仅几纳秒的毛刺。
根据以上特点可知，同步取样用于状态分析，而异步取样则用于定时分析。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
2.触发产生正常运行的数字系统中数据流是很长的，各数据流的逻辑状态也各不相同，而存储数据的存储器容量和显示数据的屏幕尺寸是有限的，因此要全部一个不漏地存储或显示这些数据是不可能的。为此，逻辑分析仪设置了触发，
以便对人们感兴趣的部分关键信息进行准确的定位、捕获和分析。在普通示波器中，触发用于启动扫描，以观测触发后的波形。而在逻辑分析仪中，触发是指停止捕获和存储数据而选择数据流中对分析有意义的数据块，即在数据流中开一个观察窗口。逻辑分析仪可记录和显示触发前的数据。
目前，逻辑分析仪具有丰富的触发方式，可以显示触发前、后或以触发为中心的输入数据，其中最基本的触发方式有以下几种：
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 1）组合触发将逻辑分析仪各通道的输入信号与各通道预置的触发字
（ 0,1或 X∶ 任意）进行比较，当全部吻合时，即产生触发信号。几乎所有的逻辑分析仪都采用这种触发产生方式，因此也称基本触发方式。
如果触发脉冲产生后，即停止数据采集，那么存储器中存入的数据是产生触发字之前各通道的状态变化情况，对触发字而言是已经“过去了”的数据，因而这种触发方式也称为基本的“终端触发”。如果选择的触发字是一个出错的数据，从显示的数据流中就可分析出错的原因。
将触发信号作为逻辑分析仪存储、显示数据的启动信号，
将触发字及其后面的数据连续存入存储器中，直至存满为止，
这就是“始端触发”。如将触发字设置为程序的某条指令，这样就可以分析这条指令执行后的响应，以判断其是否与预定结果一致。
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 2）延迟触发在延迟触发方式中专门设置了一个数字延迟电路，当捕获到触发字后，延迟一段时间再停止数据的采集、存储，这样在存储器中存储 的数据既包括了触发点前的数据，又包括了触发后的数据。
终端触发、始端触发、延迟触发的示意图如图 8.5所示。
图 8.5 终端触发、始端触发、延迟触发示意图触 发 时 刻延 迟 触 发终 端 触 发始 端 触 发数 据 流第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 3）毛刺触发毛刺触发是利用滤波器从输入信号中取出一定宽度的干扰脉冲作为触发信号，然后存储毛刺出现前后的数据流，以利于观察和寻找由于外界
（ 4）手动触发与外触发在测量时，利用人工方式可以在任何时候加以触发或强制显示测量数据，也可以由外部输入脉冲充当触发信号。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理在微机应用程序中，往往包含了许多分支和循环程序，为了检测、分析这些分支和循环程序中可能存在的错误，提高分析测试效率，逻辑分析仪还提供了一些由多个条件组合而成的高级触发方式，如序列触发、限定触发、计数触发等。
（ 1）序列触发序列触发是为了检测复杂分支程序而设计的一种重要触发方式。它由多个触发字按预先确定的顺序排列，只有当被测试的程序按触发字的先后次序出现时，才能产生一次触发。
（ 2）限定触发限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。如有时选定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地捕捉、存储和显示特定的数据流，可以附加一些约束条件。这样，只要数据流中未出现这些条件，即使触发字频繁出现，也不能进行有效的触发。
（ 3）计数触发在较复杂的软件系统中常有嵌套循环，为此可用计数触发对循环进行跟踪。当触发字出现的次数达到预置值时才产生触发。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
3.数据存储为了将多个测试点多个时刻的信息变化记录下来，逻辑分析仪设置有一定容量的存储器，以便显示分析重复性的数据和单次出现的随机数据流。
逻辑状态分析仪采用同步取样时，存储器容量较小，
一般每个通道为 16~64位。逻辑定时分析仪采用高速时钟对输入信号进行异步取样，其需要的存储器容量较大，一般每个通道为 256位至几千位。虽然存储器容量增大了，
但对于实测系统的长数据流来说仍是有限的，不可能将数据流中的所有数据都存储下来。为此，逻辑分析仪采用先进先出（ FIFO）的存储原则，存满数据后继续写入数据时，
先存入的数据产生溢出而被冲掉，这个过程一直延续到触发产生为止。在终端触发、始端触发或延迟触发方式下，
对触发点以前、以后或前后的数据进行存储。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
为了扩大存储显示范围，弥补单通道容量有限的缺点，目前，不少逻辑分析仪在总内存容量为一定值时，可通过改变显示的通道数来提高一次可记录的字数。不同应用场合应采用不同的存储格式，也就是说存储容量按通道数分配。例如，
256Kb存储器既能构成 16通道 × 16Kb/通道，又能构成 8通道 × 32Kb/通道。现在的逻辑分析仪除具有高速 RAM外，有的还增加了一个参考存储器，
在进行状态显示时，可以并排地显示两个存储器中的内容，以便进行比较。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
4,数据显示在触发信号到来之前，逻辑分析仪不断地采集和存储数据，一旦触发信号到来，逻辑分析仪立即转入显示阶段。根据逻辑分析仪的用途不同，显示的方式也是多种多样的，除前述的状态表显示和定时图显示外，还有矢量图显示、映射图显示、分解模块显示等几种形式。
（ 1）状态表显示所谓状态表显示，就是将数据信息用,1”、,0”组合的逻辑状态表的形式显示在屏幕上。状态表的每一行表示一个时钟脉冲对多通道数据采集的结果，并代表一个数据字，并可将存储的内容以二进制、
八进制、十进制、十六进制的形式显示在屏幕上，如常用十六进制数显示地址和数据总线上的信息，用二进制数显示控制总线和其他电路结点上的信息，或者将总线上出现的数据翻译成各种微处理器的汇编 语言源程序，实现反汇编显示，特别适用于软件调试。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 2）定时图显示定时图显示好像多通道示波器显示多个波形一样，将存入存储器的数据流按逻辑电平及其时间关系显示在屏幕上，即显示各通道波形的时序关系。为了再现波形，定时图显示要求用能高的时钟频率来对输入信号进行取样，但由于受时钟频率的限制，取样点不可能无限密。因此，定时图显示在屏幕上的波形不是实际波形，也不是实时波形，
而是该通道在等间隔采样时间点上采样的信号的逻辑电平值，是一串已被重新构造、类似方波的波形，称为“伪波形”。
定时图显示多用于硬件的时序分析，以及检查被测波形中各种不正常的毛刺脉冲等。例如，分析集成电路各输入 /输出端的逻辑关系，计算机外部设备的中断请求与
CPU的应答信号的定时关系。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 3）矢量图显示矢量图又称点图，是把要显示的数字量用逻辑分析仪内部的数 /模转换（ D/A）电路转换成模拟量，然后显示在屏幕上。它类似于示波器的 X-Y模式显示,X轴表示数据出现的实际顺序,Y轴表示被显示数据的模拟数值，刻度可由用户设定，每个数字量在屏幕上形成一点，称为“状态点”。系统的每个状态在屏幕上各有一个对应的点，这些点分布在屏幕上组成一幅图，称之为“矢量图”。这种显示模式多用于检查一个带有大量子程序的程序的执行情况。
图 8.6显示程序的执行情况，被监测的是微机系统的地址总线,X轴是程序的执行顺序,Y轴是呈现在地址线上的地址。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理图 8.6 程序执行的矢量图显示 图 8.7 程序执行的映射图子 程 序循 环 程 序主 程 序2 0 0 0 H
2 0 F F H
0 0 0 0 0 0 7 F 0 0 F F
+
2 8 F F
4 0 0 4 4 0 0 9
+
8 0 8 0
+
F F 0 0
F F F FF F F 8
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.3 逻辑分析仪的工作原理
（ 4）映射图显示映射图显示可以观察系统运行全貌的动态情况，它是用一系列光点表示一个数据流。如果用逻辑分析仪观察微机的地址总线，则每个 光点是程序运行中一个地址的映射。图 8.7表示的是某程序运行时的映射图。
（ 5）分解模块显示高层次的逻辑分析仪可设置多个显示模式。如将一个屏幕分成两个窗口显示，上窗口显示该处理器在同一时刻的定时图； 下窗口显示经反汇编后的微处理器的汇编语言源程序。由于上、下两个窗口的图形在时间上是相关的，因而对电路的定时和程序的执行可同时进行观 察，软、硬件可同时调试。
逻辑分析仪的这种多方式显示功能，在复杂的数字系统中能较快地对错误数据进行定位。例如，对于一个有故障的系统，首先用映射图对系统全貌进行观察，根据图形变化，确定问题的大致范围；然后用矢量图显示对问题进行深入检查，根据图形的不连续特点缩小故障 范围；再用状态表找出错误的字或位。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能衡量逻辑分析仪的技术指标和功能项有许多，但主要有如下几项。
1．输入通道数通道数的多少是逻辑分析仪的重要指标之一。例如，最常用的 8
位单片机，通常都具有 8位数据线,16位地址线，以及若干根控制线，
如果要同时观察其数据总线及地址总线上的数据和地址信息，就必须用 24个输入通道。目前，一般的逻辑分析仪的输入通道数为 34~68个。
输入通道除了用做数据输入外，还有时钟输入通道及限定输入通道。由于逻辑分析仪不能观察信号的真实波形，因而不少分析仪中还装有模拟输入通道，可以与定时和状态部分进行交互触发。如前述的 安捷伦（ Agilent）公司的 54600/54800混合示波器系列、飞利浦
（ Philips）公司的 PM3540系列等。显然，这对于分析数字与模拟混合电路是很方便的。
输入阻抗、输入电容是输入通道的另一指标，其大小将直接影响被测电路的电性能，对被测电路的上升时间和临界电平有很大影响。
所以输入探针与被测电路连接时，探针负载对电路产生的影响必须最 小。常用的高阻探针其指标为 1MΩ/8pF,10MΩ/15pF，低阻探针为
40KΩ/14pF，并且多为具有高阻抗的有源探针。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能
2．时钟频率
对于定时分析来说，时钟频率的高低是一个非常重要的指标。取样速率的高低对数据采集的结果有着十分重要的影响，同一输入信号在不同的取样速率下可能有着不同的输出结果，如图 8.8所示。
为了能得到更高的时间分辨力，通常用高于被测系统时钟频率几倍的速率进行取样。否则，如图
8.8所示，在较低的取样频率下就难以检出窄的干扰脉冲。如果使用 100MHz的取样脉冲，则取样脉冲的周期为 10ns，如果被测信号中存在着比这更窄的脉冲，则检出的概率很小。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能图 8.8 不同取样速率下的不同输出输 入内 部 时 钟输 出外 部 时 钟输 出第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能
3．存储容量存储、显示所采集的输入数据，逻辑分析仪都具有高速随机存储器 RAM N× M，
其中 N为通道数,M为每个通道的容量。
由于在分析数据信息时，只对感兴趣的数据进行分析，
因而没有必要无限制地增加容量。目前逻辑分析仪由于通道数很多，因而其总存储容量也设计得较大，通常为
256KB到几 MB，也有的达到 64MB。即便如此，在进行高速定时分析时，由于取样时钟很高，因而存储的数据也很有限。通常，在内存容量一定时，可以通过减少显示的数据通道数，增大单通道的存储容量的方法来提高一次可记录的字数，从而扩展逻辑分析仪的功能，这样对不用的通道所占据的存储容量也可以充分利用起来。
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8.3.4 逻辑分析仪的主要技术指标及功能
4．触发功能触发功能是评价逻辑分析仪水平的重要指标，只有具有灵活、方便、准确的触发功能，它才能在很长的数据流中，对人们感兴趣的那部分信息进行准确的定位、捕获和分析。选择恰当的触发方式对系统的分析可以起到事半功倍的效果。
5．显示方式随着微处理器成为现代逻辑分析仪的核心，使得显示方式多种多样。如今，逻辑分析仪大都具有各种进制的显示、
ASCII码显示、各种光标显示、助记符的显示、菜单显示、反汇编、状态比较表显示、矢量图显示、时序波形显示，以及以上多种方式的组合显示等。这样多的显示方式与手段就为系统的运行情况提供了很好的分析手段，给使用者带来了很大方便。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
1.微机系统软、硬件调试逻辑分析仪最普遍的应用之一是监视微机中程序的运行，
监视微机的地址、数据、状态和控制线，对微机正在执行什么操作保持跟踪。有时可用逻辑分析仪排除微机软件中的问题，
有时还可用它检测硬件中的问题，或者用来排查软、硬件共同作用引起的故障。
当调试微机系统时，常用排序和触发功能来跟踪软件程序的运行。例如，欲跟踪一子程序的执行情况，而且要求只在子程序被其主程序的特定部分调用时才进行。我们可将微机系统的多路并行地址信号和数据信号分别接到逻辑分析仪输入探头，
这样，正在运行的微机系统的地址线和数据线上的内容就可通过逻辑分析仪显示出来。将逻辑分析仪置于主程序中一已知地址上正在执行的指令，然后在该子程序的入口点触发，逻辑分析仪就只存储处理机从入口开始至子程序完成所做的工作，以便从中分析、查找故障。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
微机系统软、硬件调试时，与微机有关的地址、
数据、状态、程序指令和控制信号等用户可能难于直观地反映。为此，逻辑分析仪大都提供反汇编功能帮助用户完成这项任务。反汇编功能由软件构成，在逻辑分析仪中运行，并解释分析仪获取的指令和数据。程序流程以微机的汇编源程序的格式显示，这样为用户提供了直观而强有力的分析能力。当然，不同型号的微机需要不同的反汇编程序。图 8.9展示了一标准反汇编程序表，其中从左至右依次是存储器的存取地址、正执行的指令、与指令有关的操作数、数据总线上的十六进制数以及存储器的读 /写状态。
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用图 8.9 Motorola 68332微处理机的反汇编显示第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
2.测试数字集成电路将数字集成电路芯片接入逻辑分析仪中，选择适当的显示方式，
将得到具有一定规律的图像。如果显示不正常，可以通过显示过程中 不正确的图形，找出逻辑错误的位置。
图 8.10为 ROM工作频率测试的例子。
图 8.10 ROM工作频率的测试数 据 发 生 器
R O M
地 址 输 出 数 据数 据输 入
L S A
时 钟 输 入时 钟频 率 计片 选 控 制第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用
3.
数字电路也经常因受到干扰的影响或器件本身的时延而产生“毛刺”，对于这种偶发的窄脉冲信号，用示波器难以捕捉到，而用逻辑定时分析仪却可以使用“毛刺”触发工作方式，迅速而准确地捕捉并显示出来，以进行分析。
图 8.11示出了一个译码器的波形图,D0,D1,D2是译码器的三个输入端的波形,D3,D4,D5,D6是四个输出端的波形，每个输出波形上都有毛刺脉冲。由图可见，
所有的毛刺都出现在输入信号的跳变沿上（见图中虚线圈）。由于译码器中采用的触发器性能及级数的不同造成不同的内部传输时延，在翻转过程中产生毛刺。跳变的输入信号多，产生毛刺的可能性就大。解决的主要办法是采用高速集成触发器芯片，减小器件本身的时延。
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8.3.5 逻辑分析仪的应用图 8.11 寻找毛刺产生的原因
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
t
1
t
2
t
3
t
4
第 8章 数据域分析测试技术
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8.3.5 逻辑分析仪的应用利用逻辑状态分析仪的触发输出触发示波器也可以观测、分析毛刺脉冲。例如，有一个计数周期为 64的计数器，
应该在 63时复位，结果总在 52就复位了。为查找原因，将逻辑状态分析仪的触发方式置起始显示方式，触发字置 51，
用触发输出来触发示波器，则可发现在复位线上的状态 53
处有一个毛刺，导致计数器提前复位。
4.数字系统自动测试由带 GPIB总线控制功能的微型计算机、逻辑分析仪和数字信号发生器以及相应的软件可以组成数字系统的自动测试系统。数字信号发生器根据测试矢量或数据故障模型产生测试数据加到被测电路中，并由逻辑分析仪测量、分析其响应，可以完成中小规模数字集成芯片的功能测试、
某些大规模集成电路逻辑功能的测试、程序自动跟踪、在线仿真以及数字系统的自动分析等功能。
第 8章 数据域分析测试技术
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本章小结为了解决数字设备、计算机、大规模及超大规模集成电路在研制、生产和检修中的测量问题，一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流，为了区别时域和频域的测量，
常把这一类测量称为数据域测量。
本章主要介绍了数据域测量及其仪器的基本知识。
（ 1）数据域测量的概念、特点、方法与常用仪器。
（ 2）用逻辑笔或逻辑夹对数字电路进行简易测试。
（ 3）逻辑分析仪的基本组成分为两部分：数据捕获和数据显示。
（ 4）逻辑分析仪根据显示方式和定时方式的不同可分为逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪两大类，前者主要用于系统的软件测试；后者主要用于数字系统硬件的调试与检测。
（ 5）逻辑分析仪具有输入通道多、记忆功能强、采样速率极高、触发功能丰富、
显示灵活而直观、可驱动时域仪器以及具有限定功能等特点。
（ 6）逻辑分析仪的工作原理主要包括数据采集、触发产生、数据存储以及数据显示等内容。
（ 7）衡量逻辑分析仪质量的主要技术指标有以下几项：输入通道数、时钟频率、
存储容量、触发功能、显示方式等。
（ 8）逻辑分析仪的应用十分广泛。例如微机系统的软、硬件调试；数字集成电路的测试；时序关系及干扰信号的测试；组成数字系统的自动测试系统等。
（ 9）数据域的特征分析法与特征分析仪。
