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1、第1页，本讲稿共26页 时域、频域和数据域测量的比较 在时域、频域测量中，测量对象是未知的，其测量目的是得到信号或系统的特性。在数域测量中，测量的正确结果是已知的，测量目的是检验系统工作是否正常，查找故障。第2页，本讲稿共26页一、引言引言 数字系统所处理的是一些脉冲序列，多为二进制信息、通常一般化地称之为“数据”，因此，有关的测试分析也就称为数据域测试分析。数据域测试就是对数字电路和系统进行故障诊查、定位和诊断。数字系统的测试错误，大都属于信号数据流的错误，如状态线没有在适当的时候出现，存储器地址读错、信息数据在传输过程中丢失信息比特等这类不正确数据系列产生的数据错误。第3页，本讲稿共26页
2、 在数字集成电路中，特别是LSI和VLSI中，内部电路规模庞大、十分复杂，而外部可观测点（引脚）则甚少；常常不得不依靠少数外部测试点上所得的有限结果来推断电路内部所发生的复杂过程。此外，在数字系统中，除硬件故障会引起外部信息错乱之外，还可能由于软件的问题而导致异常输出。凡此种种因素都给数字系统的测试和分析带来极大困难，也因此形成了数字系统与模拟系统测试分析的重大差别。为此迫切要求提供全新的、适当的测试和分析方法，以及相应的测试仪器和系统。第4页，本讲稿共26页1 1、数字信号的特点数字信号的特点数字信号一般为多路传输的，因而要求多路测试；数字信号是按时序传递的，测试要求测出时序和逻辑关系；数字
3、信号按一定的格式、结构和方式传递的脉冲信号；数字信号多数是单次、非周期的；测试仪要能捕获、存储、显示所需的单次、非周期信号；数字信号的速度范围宽；在拟定数据域测试方案设计、制造数据域测试仪器时，都应考虑上述数字信号的特征。第5页，本讲稿共26页2 2、数据域测试的基本方法与可测试性数据域测试的基本方法与可测试性 数字系统测试的目的，一是确定系统中是否存在故障，二是确定故障的位置。前者称为合格/失效测试，或称故障检测，后者称为故障定位。穷举测试法 把任何可能的输入组合加于被测系统，看是否得到应有的输出结果。伪穷举测试法 把一个大电路划分成数个子电路，对每个子电路进行穷举测试。第6页，本讲稿共26
4、页随机测试法 随机产生输入可能的2n个组合数据流，对它们的输出响应进行比较，根据测试结果，给出“合格/失效”指示。功能性测试 对微处理器的测试，包括对RAM的测试和对裸uP的测试是属于子系统级的功能性测试。还有利用被测系统自身的应用程序来对系统进行测试的方法，这类方法只对该系统的应用所涉及的功能进行测试，第7页，本讲稿共26页 数字电路可测性的一个定义是：若对一数字电路产生和施加一组输入信号，并在预定的测试时间和测试费用范围内，达到预定的故障诊断要求，则说明该电路是可测的。可测性包括两种特性：可控性和可观察性。第8页，本讲稿共26页3 3、数据域测试仪器的分类、数据域测试仪器的分类 数据域测试
5、仪器按其功能可分为三大类：节点测试器、逻辑分析仪和开发系统。节点测试器 以节点信息为测试对象，通过分析，比较测试节点处的信息，诊断节点开路、短路和桥接等故障。逻辑分析仪 以总线概念为基础，能同时对多个节点进行测试。它能对逻辑电路、软件的逻辑状态进行记录和显示，通过各种控制功能实现对逻辑系统的分析。微机开发系统 对各种带有微处理器的数字系统进行数据域测试，不仅具有调试系统软、硬件的各种功能，还能进行实时仿真。第9页，本讲稿共26页二、逻辑分析仪的基本概念二、逻辑分析仪的基本概念 逻辑分析仪能够用表格形式、波形形式或图形形式显示具有多个变量的数字系统的状态，也能用汇编形式显示数字系统的软件，从而实
6、现对数字系统软、硬件的测试。逻辑分析仪可分为两大类：逻辑定时分析仪和逻辑状态分析仪。这两类分析仪的基本结构是相似的，主要区别表现在显示方式和定时分式上。逻辑定时分析仪用时间关系图显示被测数据，即用多路矩形脉冲（理想化波形）或高低电平表示逻辑“1”和“0”，这种图形方式便于分析时间关系。逻辑定时分析仪用来测试两个系统之间的数字信号传输情况和时间关系。逻辑定时分析仪有内部时钟源，在内部时钟的控制下，与被测系统异步工作，它主要用于测试系统的硬件。第10页，本讲稿共26页 逻辑状态分析仪用状态表显示被测数据的逻辑状态，它显示直观，能从大量的数码中发现错码，便于进行功能分析。逻辑状态分析仪用来对系统进行
7、实时状态分析，检查在被测系统时钟作用下的信息状态，因此状态分析仪内部没有时钟源，它采用被测系统的时钟，与被测系统同步工作。逻辑状态分析仪主要用于软件分析。目前，大多数逻辑分析仪同时具有定时分析和状态分析的功能。第11页，本讲稿共26页1 1、逻辑分析仪的组成逻辑分析仪的组成 第12页，本讲稿共26页被测信号经过多通道逻辑测试探头形成并行数据，送至比较器，对输入波形进行整形。经整形后的数据送至采样器，在时钟脉冲控制下进行采样。被采样的信号按顺序存放在数据存储器（RAM）中。触发信号产生器按照给定的数据捕获方式，在数据流中搜索特定的数据字，当搜索到特定数据字时，产生触发信号控制数据存储器，使它开始
8、或停止存储数据，以便确定数据窗口。得到显示命令后，按照先后顺序逐一读出数据，由CRT按设定的方式进行被测量数据的显示。第13页，本讲稿共26页2 2、逻辑分析仪的触发方式逻辑分析仪的触发方式 逻辑分析仪可以同时采集多路信号，以便于对被测系统正常运行的数据流的逻辑状态和各信号间的相互关系进行观测和分析。通常被测数据流是很长的，而存储器的容量有限，并且用户有时仅对长数据流中的某个片段感兴趣。这个“数据片段”称为观察窗观察窗口口。在逻辑分析仪中通过设定一个或一组数据字或事件来获得观察窗口。这种用于设定观察窗口的数据字称为触发字触发字；当逻辑分析仪识别出被测数据流中的触发字后，就开始采集并存储在观察窗
9、口的数据，这称为跟踪跟踪；识别出触发字而引起跟踪的动作称为触触发发。第14页，本讲稿共26页（1）基本触发 也称字组合触发，它把逻辑分析仪各通道的信号和预置的触发字进行比较，当所有对应的各位都相同时，产生一次触发。基本触发包括以下一些方式：触发终止跟踪方式；触发开始跟踪方式；中间触发方式；延迟触发 第15页，本讲稿共26页（2 2）序列触发序列触发 也称多级触发，当采样数据与某一预先设定的触发字序列相符合时才触发跟踪，是为检测复杂分支程序而设计的一种重要触发方式。在两级触发中，最简单、最常用的形式是使能触发，又称为引导触发，为了有选择地跟踪特定数据流，可以利用发生某一条件作为允许触发条件，只有
10、当这一条件满足后出现的触发字才能产生触发信号。把两级触发和延迟触发或和某种基本触发结合起来，可构成多种形式的两极序列触发。第16页，本讲稿共26页（3 3）计数触发计数触发 设立“遍数计数器”，针对某次需观察的循环进行跟踪。（4 4）跟踪触发跟踪触发 把被测系统的地址码指定为触发字，仅采集并存储对应于这些指定地址的数据。（5 5）触发设定触发设定 给触发字施加一定的限定条件，只有当限定条件为真时，才能识别触发字，产生触发。（6 6）交互触发交互触发 也称链路触发，指不同性质的分析通道之间的相互触发。第17页，本讲稿共26页3 3、逻辑分析仪的显示方式逻辑分析仪的显示方式 逻辑分析仪提供了多种显
11、示数据的方式，以满足实时数字系统硬件与软件的测量和维修功能。主要的显示方式有以下几种。（1）定时图显示 是以波形图的形式将存储器中的内容显示在CRT屏幕上，显示的是逻辑电平与时间的关系。由于显示的不是被测点信号的实际波形，所以也称为“伪波形”或“伪时域波形”。这种方式可将存储器的全部内容按通道顺序显示出来，也可以改变通道顺序显示，以便于进行分析和比较。第18页，本讲稿共26页（2 2）状态表显示）状态表显示 可以以各种数制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它电路节点上的信息。逻辑状态分析仪还能进行反汇编，把采集到的信息翻译成各种微处理器汇编语言源程序。第19页，本讲稿共26
12、页（3 3）图解显示方式图解显示方式 将CRT屏幕的X方向作为时间轴，将Y方向作为数据轴进行显示的一种方式。将欲显示的数字量通过DAC转换式模拟量，将此模拟量按照存储器中取出数字量的先后顺序显示在CRT屏幕上，形成一个图像的点阵。如图显示的是一个简单的BCD计数器的工作图形。第20页，本讲稿共26页（4 4）映像显示方式映像显示方式 是把逻辑分析仪器的全部内容以点图形式一次显示出来。与图解显示不同，这种显示方式是将每个存储器字分为高位和低位两部分，分别经由X、Y方向的DAC变换为模拟量，送入CRT的X通道和Y通道，则每个存储器字点亮屏幕上的一个点。BCD计数器用映像图显示的结果如图所示。第21
13、页，本讲稿共26页 若计数器有故障，则点图形将发生变化，可以对照正确的映像图，发现CRT显示的波形是否正确。这种显示方式的优点是用户能快速地确定数据流的正确性，比起逐行检查状态表要方便得多。用映像显示方式也可观察程序的运行情况。上述四种显示方式各具特点，可以互相补充使用。映像图方式适宜对系统工作进行“全景检查”，图解显示方式适宜对可疑区进行较仔细的检查，状态表可对故障区进行最仔细的研究。第22页，本讲稿共26页4 4、定时方式定时方式 逻辑定时分析仪采用仪器内部时钟采样数据，能提供显示逻辑状态随时间变化的伪波形。为了满足分辨力和足够长的观察时间这两个要求，通常选择采样时钟频率为被测系统数据速率
14、的510倍。为了避免误触发，逻辑定时分析仪中采用触发滤波，对触发识别信号进行时间滤波。第23页，本讲稿共26页逻辑定时分析仪的一个重要功能是检测毛刺。所谓毛刺，是指在一个采样周期内出现的极窄的尖锋脉冲。检测毛刺的一种方法是提高采样频率，相应地要增加存储容量和提高存储器工作速度。为了避免使用大容量的高速存储器，大多数逻辑定时分析仪都有专门的毛刺检测电路，用于捕捉毛刺的锁定方式、毛刺方式以及毛刺触发方式。第24页，本讲稿共26页5 5、逻辑分析仪的应用逻辑分析仪的应用 数字系统工作过程中，经常会发生硬件和软件故障。将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的输入探头，用读写控制线作为逻辑分析仪的触发信号，将正在运行的系统的地址线和数据线上的内容，通过逻辑分析仪显示出来。显示方式可选用状态表、图解显示和映像图方式。当发现故障时，还可以利用不同的显示方式，显示出故障前后的情况，从而可以迅速排队故障，提高测试效率。除故障检测外，还可用逻辑分析仪监视微处理器的加电和中断功能，以及数据传送的情况。第25页，本讲稿共26页6 6、逻辑分析仪的发展概况逻辑分析仪的发展概况 逻辑分析仪主要发展方向是：数据获取速率越来越高，通道数越来越多，此外反汇编、触发功能和显示功能越来越完备。第26页，本讲稿共26页