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示波器与逻辑分析仪的比较

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在电子测试领域,示波器是最早的测试设备,起源于雷达扫描原理,对信号波形的采集和再现,源于传统的模拟信号和模拟电路的测试基础。示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
随着数字技术发展,对数字信号测试越来越重要,最早的数字信号测试,往往借着于示波器,后来出现了定时分析仪和状态分析仪,从定时和状态的角度分析和测试多路数字信号。由于当时的定时分析仪和状态分析仪价格昂贵,两者在市场上的概念很好,但影响不大,测试范围很窄。
随着数字测试技术发展,融合数字定时和状态分析的逻辑分析仪应用而生。从诞生开始,逻辑分析仪往往给人三种印象:①价格昂贵,操作麻烦;②对使用者的要求较高;③与示波器功能大同小异,只是多增加了通道和部分时序功能。实质上现在逻辑分析仪和示波器既在融合,也在测试原理上发生了较大的差异;再加上IT技术发展,基于计算机接口技术和处理技术的采集式虚拟逻辑分析仪出现,逻辑分析仪已逐渐在降低成本,走入普通研究室,逻辑分析仪和示波器一样已逐渐成为基本的测试工具。
逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器,最主要作用在于时序判定。由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级,通常只显示两个电压(逻辑1和0),因此设定了参考电压后,逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定,高于参考电压者为High,低于参考电压者为Low,在High与Low之间形成数字波形。例如:一个待测信号使用200MHz采样率的逻辑分析仪,当参考电压设定为1.5V时,在测量时逻辑分析仪就会平均每5ns采取一个点,超过1.5V者为High(逻辑1),低于1.5V者为Low(逻辑0),而后的逻辑1和0可连接成一个简单波形,工程师便可在此连续波形中找出异常错误(bug)之处。整体而言,逻辑分析仪测量被测信号时,并不会显示出电压值,只是High跟Low的差别;如果要测量电压就一定需要使用示波器。除了电压值的显示不同外,逻辑分析仪与示波器的另一个差别在于通道数量。一般的示波器只有2个通道或4个通道,而逻辑分析仪可以拥有从16个通道、32个通道、64个通道和上百个通道数不等,因此逻辑分析仪具备同时进行多通道测试的优势。

根据硬件设备设计上的差异,目前市面上逻辑分析仪大致上可分为独立式(或单机型)逻辑分析仪和需结合电脑的PC-based卡式虚拟逻辑分析仪。北京迪阳科技有限责任公司有着多年电子测试应用及研发的专业经验,根据逻辑分析仪和示波器的测量原理和使用功能上的差异.介绍二者之间的不同.,独立式逻辑分析仪是将所有的测试软件、运算管理元件以及整合在一台仪器之中;卡式虚拟逻辑分析仪则需要搭配电脑一起使用,显示屏也与主机分开。就整体规格而言,独立式逻辑分析仪已发展到相当高标准的产品,例如采样率可达8GHz、通道数可扩充到300个通道以上,存储深度相对也高,独立式逻辑分析仪以往价格昂贵,从几万到数十万人民币不等,一般用户很少用得起。最近台湾OItek科技有限公司推出的OLA2032BTM独立台式EasyDebugTM逻辑分析仪,不超过2万元人民币经济性价格让每个工程师都用得起。尤其在数字电路教学中,改变了以往老师为了降低成本使用虚拟逻辑分析仪进而产生的不直观、麻烦等问题,在同一个价格上,我们可以把台式独立逻辑分析仪很轻松地拎起来。基于计算机接口的卡式虚拟逻辑分析仪,以较小的成本提供了相应的性能,但是卡式虚拟逻辑分析仪也有很大缺点,它需要配备电脑才能使用,尤其数字测试中,工程师往往会陷入一堆PCB板中,采用旋转按钮的仪器要比在屏幕上移动鼠标更加方便。技术的发展也逐渐把示波器和逻辑分析仪的功能融合在一起,成为混合式的仪器(MSO),也称混合信号测试仪器。逻辑分析仪与示波器比较如下,这样我们就会知道什么情况下用逻辑分析仪或示波器了。

逻辑分析仪与示波器比较
 
功 能 逻辑分析仪 示波器   
检测方法和范围 利用时钟脉冲采样,显示触发前后的逻辑状态 显示触发前后扫描时间设定范围内波形   
输入通道 容易实现多通道(16或更多) 很难实现多通道   
触发方式 数字方式触发;多通道逻辑组合触发,容易实现与系统动作同步触发;可以进行多极按顺序触发;具有驱动时域仪器的能力 模拟方式触发,高档示波器具有数字方式触发;根据特定输入信号进行触发,很难实现与系统动作同步触发;不能实现多级顺序触发   
显示方式 把输入信号变换成逻辑电平后加以显示;显示方式多样,有状态、波形、图形、助记符号等 原封不动地即时显示输入信号波形 

MSO(mixed signal oscilloscope,混合信号示波器)从某种意义上说可以真正取代传统的数字示波器,因为MSO除了能够显示柱状图、波形函数、FFT和眼图之外,同样还具有模拟分析功能,例如标准的时间与电压测量功能,可以测量上升/下降时间、频率和过冲幅度。MSO也具有基本的数字时序分析功能和深度存储能力。
MSO非常适合两种主要的测量应用:
包含较慢的模拟信号与较快的数字信号的真实混合信号环境;
需要观察总线上多个数字通道之间的时序关系,同时要保证多个信号完整性的纯数字测量环境。
现在的市场上有多种混合信号示波器,但是如果系统地进行评估(参见图1),那么你不难选择出最能够满足你测量要求的示波器。
MSO是一个混合测试仪器,它结合了数字存储示波器(DSO)的全部功能和逻辑分析仪的部分功能,以及一些串行协议分析的功能。利用MSO,您可以在同一个屏幕上观察多路时间队列模拟信号,并行数字信号,以及串行解码微波信号。尽管今天很多传统的示波器具有有限的触发能力,一些MSO包含成熟的串行触发和协议解码分析,是汽车电子系统调试的最佳选择。
   相比与成熟的逻辑分析仪,MSO 一般缺乏足够的数字获取通道,而相对于串行协议分析仪,MSO 则缺乏较高的分析提取程度。但是相比之下,MSO的简单使您能够方便的使用,而避免逻辑分析仪和协议分析仪的复杂操作。事实上,MSO最主要得优点就是它的使用模式。使用MSO和使用示波器十分相似。由于MSO集中了大量的功能,它比使用组合的测试方案,例如示波器与逻辑分析仪,或者示波器与串行总线协议分析仪要方便的多。一个好的MOS,例如DSO2902AG2,是对用户友好的,它提供快速的波形刷新,包含串行触发和分析,操作起来与示波器十分相似,而不像操作逻辑分析仪或者协议分析仪那样复杂。

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