逻辑分析仪硬件电路毛刺信号分析

　　引言

　　毛刺往往是造成硬件故障的“元凶”，但由于它持续时间非常短，幅度小，“来无踪去无影”，用示波器又很难捕捉，令工程师非常头疼。好多工程师不得不采用其他的办法来查找原因，耗时且费力。

　　现我们就以实际的案例来向大家说明逻辑分析仪定时分析功能在硬件调试时的功用。特别说明一点的是本例中使用的是虚拟逻辑分析仪即基于USB式的。

　　地址计数器

　　4位地址AB3-0

　　时钟

　　RAM

　　数据输入

　　数据输入

　　数据输出

 

　　图1. 四位存储器原理示意图

　　图1 为一个有故障的存储器电路示意，故障的现象是存入的数据和读出的数据有出入，这属于硬件故障。首先用逻辑分析仪的定时分析观测加至RAM的写时钟和由地址计数器产生的4位地址，首先我们来分析其工作的时序过程：

　　时钟提供4位地址读写数据的基准，由逻辑控制信号确定动作的时间。

　　由图1分析可见，可疑点可能在时钟信号，或者4位地址计数器上。从图2可见，写时钟（即图中“时钟Φ”）是周期出现的，在写时钟的作用下地址计数器进行计数，输出不同地址供RAM使用。图2中白色框左部逻辑关系都是正确的，但图白色框部分，可以明显发现写时钟未作用时，地址计数器仍反转计数，产生逻辑错误。从而导致读写错误。

　　

图2. 非正常四位地址存储器时序图

　　那为什么在没有时钟跳边沿的情况下，地址计数器会动作呢？有经验的工程师就知道，这与毛刺有关。用抓钩连接这5条信号线（4位地址线+1位时钟线）与TWLA500主机，因为是虚拟仪器所以TWLA500要先与PC连接。如图4示。其中5个通道的顺序和名称可以自行定义。

　　

图3. 出现读写异常的时序图

　　本例中通道3为时钟信号，触发字可以灵活的选择，例如可以选择地址为0000触发。也可以设触发延迟，适当调整采样周期，使整个信号完整、清晰的显示在屏幕上。其时序示意图如图5所示。

　　

图4. 图TWLA500与电路的连接

　　也可以利用高级触发，比如设置出现异常的跳转时触发。利用逻辑分析仪抓取到实际工作的信号如图5所示。

　　

图5. TWLA500抓取的电路工作信号

　　再经过放大后，会发现时钟信号在约15.5uS处出现毛刺。（图6中红色框所示）

　　

图6. 放大之后的毛刺信号，“原形毕露”

　　由图6可见，在出现误反转的瞬间，时钟信号出现毛刺（图6中红色框）。导致出现读写错误。TWLA500抓取发现该毛刺周期非常短，几nS的间隙。普通的逻辑分析仪很难抓到该毛刺。因为TWLA500高达500M的采样率同时Setup/Hold Time≈0nS，。所以很容易捕获到该毛刺。继续跟踪，可以发现时钟产生毛刺的根源系电路中等效电容和电阻的存在，在工作时RC有充放电现象造成时钟信号在跳转的边沿产生不稳定的情况。这就为硬件工程师最终找出故障根源提供了强有力的支持。

逻辑分析仪+时钟发生器

　　通过上面的实例可以看出，在数字系统中，逻辑分析仪都是一个非常有用的工具。特别是随着其功能的丰富，价格的下降。长远看，逻辑分析仪将在数字系统的革命中发挥重要的作用。