邏輯分析儀硬件電路毛刺信號分析

　　毛刺往往是造成硬件故障的“元兇”，但由于它持續(xù)時間非常短，幅度小，“來無蹤去無影”，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查找原因，耗時且費力。

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

　　地址計數(shù)器

　　4位地址AB3-0

　　時鐘

　　RAM

　　數(shù)據(jù)輸入

　　數(shù)據(jù)輸入

　　數(shù)據(jù)輸出

　　圖1. 四位存儲器原理示意圖

　　圖1 為一個有故障的存儲器電路示意，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分析觀測加至RAM的寫時鐘和由地址計數(shù)器產(chǎn)生的4位地址，首先我們來分析其工作的時序過程：

　　時鐘提供4位地址讀寫數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，由邏輯控制信號確定動作的時間。

　　由圖1分析可見，可疑點可能在時鐘信號，或者4位地址計數(shù)器上。從圖2可見，寫時鐘（即圖中“時鐘Φ”）是周期出現(xiàn)的，在寫時鐘的作用下地址計數(shù)器進行計數(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)寫時鐘未作用時，地址計數(shù)器仍反轉(zhuǎn)計數(shù)，產(chǎn)生邏輯錯誤。從而導(dǎo)致讀寫錯誤。

圖2. 非正常四位地址存儲器時序圖

　　那為什么在沒有時鐘跳邊沿的情況下，地址計數(shù)器會動作呢？有經(jīng)驗的工程師就知道，這與毛刺有關(guān)。用抓鉤連接這5條信號線（4位地址線+1位時鐘線）與TWLA500主機，因為是虛擬儀器所以TWLA500要先與PC連接。如圖4示。其中5個通道的順序和名稱可以自行定義。

圖3. 出現(xiàn)讀寫異常的時序圖

　　本例中通道3為時鐘信號，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，使整個信號完整、清晰的顯示在屏幕上。其時序示意圖如圖5所示。

圖4. 圖TWLA500與電路的連接

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

圖5. TWLA500抓取的電路工作信號

　　再經(jīng)過放大后，會發(fā)現(xiàn)時鐘信號在約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，“原形畢露”

　　由圖6可見，在出現(xiàn)誤反轉(zhuǎn)的瞬間，時鐘信號出現(xiàn)毛刺（圖6中紅色框）。導(dǎo)致出現(xiàn)讀寫錯誤。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。因為TWLA500高達500M的采樣率同時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RC有充放電現(xiàn)象造成時鐘信號在跳轉(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有力的支持。

邏輯分析儀+時鐘發(fā)生器

　　通過上面的實例可以看出，在數(shù)字系統(tǒng)中，邏輯分析儀都是一個非常有用的工具。特別是隨著其功能的豐富，價格的下降。長遠看，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。