邏輯分析儀硬件電路毛刺信號(hào)分析

　　毛刺往往是造成硬件故障的“元兇”，但由于它持續(xù)時(shí)間非常短，幅度小，“來(lái)無(wú)蹤去無(wú)影”，用示波器又很難捕捉，令工程師非常頭疼。好多工程師不得不采用其他的辦法來(lái)查找原因，耗時(shí)且費(fèi)力。

　　現(xiàn)我們就以實(shí)際的案例來(lái)向大家說(shuō)明邏輯分析儀定時(shí)分析功能在硬件調(diào)試時(shí)的功用。特別說(shuō)明一點(diǎn)的是本例中使用的是虛擬邏輯分析儀即基于USB式的。

　　地址計(jì)數(shù)器

　　4位地址AB3-0

　　時(shí)鐘

　　RAM

　　數(shù)據(jù)輸入

　　數(shù)據(jù)輸入

　　數(shù)據(jù)輸出

　　圖1. 四位存儲(chǔ)器原理示意圖

　　圖1 為一個(gè)有故障的存儲(chǔ)器電路示意，故障的現(xiàn)象是存入的數(shù)據(jù)和讀出的數(shù)據(jù)有出入，這屬于硬件故障。首先用邏輯分析儀的定時(shí)分析觀測(cè)加至RAM的寫(xiě)時(shí)鐘和由地址計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的4位地址，首先我們來(lái)分析其工作的時(shí)序過(guò)程：

　　時(shí)鐘提供4位地址讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，由邏輯控制信號(hào)確定動(dòng)作的時(shí)間。

　　由圖1分析可見(jiàn)，可疑點(diǎn)可能在時(shí)鐘信號(hào)，或者4位地址計(jì)數(shù)器上。從圖2可見(jiàn)，寫(xiě)時(shí)鐘（即圖中“時(shí)鐘Φ”）是周期出現(xiàn)的，在寫(xiě)時(shí)鐘的作用下地址計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出不同地址供RAM使用。圖2中白色框左部邏輯關(guān)系都是正確的，但圖白色框部分，可以明顯發(fā)現(xiàn)寫(xiě)時(shí)鐘未作用時(shí)，地址計(jì)數(shù)器仍反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤。從而導(dǎo)致讀寫(xiě)錯(cuò)誤。

圖2. 非正常四位地址存儲(chǔ)器時(shí)序圖

　　那為什么在沒(méi)有時(shí)鐘跳邊沿的情況下，地址計(jì)數(shù)器會(huì)動(dòng)作呢？有經(jīng)驗(yàn)的工程師就知道，這與毛刺有關(guān)。用抓鉤連接這5條信號(hào)線（4位地址線+1位時(shí)鐘線）與TWLA500主機(jī)，因?yàn)槭?strong>虛擬儀器所以TWLA500要先與PC連接。如圖4示。其中5個(gè)通道的順序和名稱(chēng)可以自行定義。

圖3. 出現(xiàn)讀寫(xiě)異常的時(shí)序圖

　　本例中通道3為時(shí)鐘信號(hào)，觸發(fā)字可以靈活的選擇，例如可以選擇地址為0000觸發(fā)。也可以設(shè)觸發(fā)延遲，適當(dāng)調(diào)整采樣周期，使整個(gè)信號(hào)完整、清晰的顯示在屏幕上。其時(shí)序示意圖如圖5所示。

圖4. 圖TWLA500與電路的連接

　　也可以利用高級(jí)觸發(fā)，比如設(shè)置出現(xiàn)異常的跳轉(zhuǎn)時(shí)觸發(fā)。利用邏輯分析儀抓取到實(shí)際工作的信號(hào)如圖5所示。

圖5. TWLA500抓取的電路工作信號(hào)

　　再經(jīng)過(guò)放大后，會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)在約15.5uS處出現(xiàn)毛刺。（圖6中紅色框所示）

圖6. 放大之后的毛刺信號(hào)，“原形畢露”

　　由圖6可見(jiàn)，在出現(xiàn)誤反轉(zhuǎn)的瞬間，時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)毛刺（圖6中紅色框）。導(dǎo)致出現(xiàn)讀寫(xiě)錯(cuò)誤。TWLA500抓取發(fā)現(xiàn)該毛刺周期非常短，幾nS的間隙。普通的邏輯分析儀很難抓到該毛刺。因?yàn)門(mén)WLA500高達(dá)500M的采樣率同時(shí)Setup/Hold Time≈0nS，。所以很容易捕獲到該毛刺。繼續(xù)跟蹤，可以發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘產(chǎn)生毛刺的根源系電路中等效電容和電阻的存在，在工作時(shí)RC有充放電現(xiàn)象造成時(shí)鐘信號(hào)在跳轉(zhuǎn)的邊沿產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況。這就為硬件工程師最終找出故障根源提供了強(qiáng)有力的支持。

邏輯分析儀+時(shí)鐘發(fā)生器

　　通過(guò)上面的實(shí)例可以看出，在數(shù)字系統(tǒng)中，邏輯分析儀都是一個(gè)非常有用的工具。特別是隨著其功能的豐富，價(jià)格的下降。長(zhǎng)遠(yuǎn)看，邏輯分析儀將在數(shù)字系統(tǒng)的革命中發(fā)揮重要的作用。