電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀

電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀2023/12/27電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀9.1數(shù)字系統(tǒng)測試的基本原理一、數(shù)據(jù)域測試/數(shù)字系統(tǒng)測試的特點在現(xiàn)代數(shù)字電路和系統(tǒng)中，對其數(shù)據(jù)信息的測試技術就稱為數(shù)據(jù)域測試。它具有以下特點：

響應和激勵間不是線性關系

從外部有限測試點和結果推斷內部過程或狀態(tài)

微機化數(shù)字系統(tǒng)的軟件導致異常輸出

系統(tǒng)內部事件一般不會立即在輸出端表現(xiàn)

故障不易捕獲和辨認給測試帶來困難電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀二、相關術語◆故障偵查/檢測(FaultDetection)：判斷被測電路中是否存在故障◆故障定位：查明故障原因、性質和產生的位置◆以上合稱故障診斷，簡稱診斷◆缺陷(Defect)：物質上的不完善性?！羰?Failure)：缺陷導致電路產生錯誤的運作◆故障(Fault)：缺陷引起的電路異常，缺陷的邏輯表現(xiàn)缺陷和故障非一一對應，有時一個缺陷可等效于多個故障電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆出錯/錯誤(Error)：故障導致的輸出不正常◆真速測試（AT-SpeedTesting)：在功能性操作頻率下的測試◆參數(shù)測試和邏輯測試：交直流參數(shù)和器件的邏輯功能測試◆測試主輸入(PrimaryInput)：可由測試器直接驅動的輸入◆測試主輸出(PrimaryOutput)：可由測試器直接檢測的輸出◆測試圖形/樣式（TestPattern）：為獲得故障而施加的數(shù)據(jù)◆測試矢量（TestVectors）：也稱測試圖形◆測試生成：通過一定算法或工具，獲得電路測試矢量的過程◆故障覆蓋率：測試集所偵查的故障數(shù)與電路總故障數(shù)之比電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀三、故障模型

固定型故障(StuckFault)：某一根信號線不可控，固定在某一邏輯值上。固定1故障(stuck-at-1)，s-at-1固定0故障(stuck-at-0)，s-at-0

橋接故障(BridgeFaults)：兩根或多根信號線間的短接

輸入端間橋接故障

反饋式橋接故障，即輸入與輸出短接故障。橋接故障會改變電路拓樸結構，使得診斷更加困難。

延遲故障(DelayFaults)：電路延遲超過允許值而引起的故障。時延測試驗證電路中任何通路的傳輸延遲不超過系統(tǒng)時鐘周期。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀

暫態(tài)故障(TemporaryFaults)：故障是非固定的。類型：瞬態(tài)故障和間歇性故障瞬態(tài)故障：電源干擾和α粒子輻射等原因造成間歇性故障：元件參數(shù)變化、接插件不可靠等造成四、測試方法（略）組合電路測試：敏化通路法，D算法，布爾差分法時序電路測試：迭接陣列，測試時序數(shù)字系統(tǒng)測試：隨機測試，窮舉測試電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀五、數(shù)據(jù)域測試系統(tǒng)的組成(1)數(shù)字信號源(2)邏輯分析(3)特征分析電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆作用和功能為數(shù)字系統(tǒng)的功能測試和參數(shù)測試提供輸入激勵信號

產生圖形寬度可編程的并行和串行數(shù)據(jù)圖形產生輸出電平和數(shù)據(jù)速率可編程的任意波形產生可由選通信號和時鐘信號控制的預先規(guī)定的數(shù)據(jù)流

(1)數(shù)字信號源電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆結構組成◆采用VCO產生內部時鐘,或PLL產生高精度的時鐘.外部時鐘◆時鐘分離電路提供多個不同時鐘,供不同電路模塊串并轉換，同步，電平調節(jié)電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆序列存儲器在初始化期間寫入了每個通道的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲器的地址由地址計數(shù)器提供。在測試過程中，在每一個作用時鐘沿上，計數(shù)器將地址加1◆多路器可將多個并行輸入位轉換成串行數(shù)據(jù)流。對于低速的數(shù)字信號源，多路器可以不要，從數(shù)據(jù)的每個數(shù)輸出可直接產生一個串行數(shù)據(jù)流◆格式化器將數(shù)據(jù)流與時鐘同步◆格式化器的輸出直接驅動輸出放大器，放大器的輸出電平可編程◆數(shù)據(jù)的產生電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(2)邏輯分析◆邏輯分析用于測試和分析多個信號之間的邏輯關系及時間關系◆邏輯分析儀的特點通道數(shù)多

存儲容量大可以多通道信號邏輯組合觸發(fā)數(shù)據(jù)處理顯示功能強

電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(3)特征分析◆采用特征分析技術的必要性對各節(jié)點逐一地測試與分析使測試成本巨增受封裝的限制，從多節(jié)點觀察測試響應受到限制內測試的需要◆特征分析技術:從被測電路的測試響應中提取出“特征”（Signature），通過對無故障特征和實際特征的比較進行故障的偵查和定位電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆特征分析的實現(xiàn)——線性反饋移位寄存器(LFSR)hi=1，表示接通反饋線；hi=0，表示斷開反饋線反饋系數(shù)hi在二元域上定義的多項式h(x)=xn+h1xn－1+…+hn-1x+1

稱為該線性反饋移位寄存器的特征多項式

單輸入特征分析器電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀工作原理：

用一個已知的進制序列去除被檢驗的二進制序列M，所得到的余數(shù)即為特征。特征分析過程對應為二元域上的多項式除法。被除數(shù)為被測的輸入響應序列，除數(shù)為反饋移位寄存器的特征多項式。相除后，商對應線性反饋移位寄存器的輸出位流，余數(shù)為測試響應的特征。特征分析技術具有很高的檢錯率當測試序列足夠長時，特征分析的故障偵出率不低于，m為用作特征分析的LFSR的長度。當m=16時，故障偵出率高達99.998%電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀由LFSR構成的多輸入特征分析器(MISR)基于特征分析的數(shù)字系統(tǒng)故障診斷原理

被測電路的無故障特征或某種故障下的特征可通過電路的邏輯模擬或故障模擬獲得。通過事前的模擬建立好特征-故障字典，便可用于故障診斷。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀9.2邏輯分析儀主要內容:

一、邏輯分析儀的特點與分類

二、邏輯分析儀的基本組成原理

三、邏輯分析儀的觸發(fā)方式

四、邏輯分析儀的顯示方式

五、邏輯分析儀的技術指標與發(fā)展趨勢

六、邏輯分析儀的應用電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀一、邏輯分析儀的特點與分類輸入通道多數(shù)據(jù)捕獲能力強,具有多種靈活的觸發(fā)方式具有較大的存儲深度,可以觀察單次或非周期信號顯示方式豐富能夠檢測毛刺◆特點電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆分類按工作特點分類:(1)邏輯狀態(tài)分析儀(2)邏輯定時分析儀按結構特點分類:(1)臺式邏輯分析儀(2)便攜式邏輯分析儀(3)外接式邏輯分析儀(4)卡式邏輯分析儀電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀臺式邏輯分析儀卡式邏輯分析儀便攜式邏輯分析儀外接式邏輯分析儀電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀二、邏輯分析儀的組成原理信號輸入信號外時鐘采樣數(shù)據(jù)存儲時鐘選擇內時鐘觸發(fā)產生顯示控制CRT數(shù)據(jù)捕獲數(shù)據(jù)顯示邏輯分析儀原理結構門限電平設定邏輯分析儀的組成主要包括數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩大部分.采樣是通過比較器來完成的！電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀三、邏輯分析儀的觸發(fā)方式◆幾個概念通道1通道8100….1100….1000….1000….0采樣時鐘000….0000….0100….0100….1100….0100….0采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流：邏輯分析儀對被測信號連續(xù)采樣獲得的一序列數(shù)據(jù)。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀觸發(fā)：由一個事件來控制數(shù)據(jù)獲取，即選擇觀察窗口的位置。跟蹤：采集并顯示數(shù)據(jù)的一次過程稱為一次跟蹤。

觸發(fā)字

數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤開始觀察窗口寬度：邏輯分析儀存儲深度電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆觸發(fā)方式(1)組合觸發(fā)：多通道信號的組合作為觸發(fā)條件，即數(shù)據(jù)字觸發(fā)。每個通道的觸發(fā)條件可為：“1”“0”“x”如：8個通道的組合觸發(fā)條件設為：“011010X1”則：該8個通道中出現(xiàn)數(shù)據(jù)：01101001或01101011時均觸發(fā)電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀基本的觸發(fā)跟蹤方式：

觸發(fā)起始跟蹤

觸發(fā)終止跟蹤觸發(fā)字數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤開始觸發(fā)起始跟蹤觸發(fā)字

數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤結束觸發(fā)終止跟蹤電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(2)延遲觸發(fā)觸發(fā)字

數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤開始延遲數(shù)跟蹤結束

數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口觸發(fā)字延遲數(shù)觸發(fā)開始跟蹤加延遲觸發(fā)終止跟蹤加延遲在數(shù)據(jù)流中搜索到觸發(fā)字時，并不立即跟蹤，而是延遲一定數(shù)量的數(shù)據(jù)后才開始或停止存儲數(shù)據(jù)，它可以改變觸發(fā)字與數(shù)據(jù)窗口的相對位置。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(3)序列觸發(fā)導引條件使能第二級觸發(fā)第二級觸發(fā)字無效第二級觸發(fā)字有效第一級觸發(fā)B(導引條件)子程序C(觸發(fā)條件)主程序兩級序列觸發(fā)工作原理多個觸發(fā)字的序列作為觸發(fā)條件，當數(shù)據(jù)流中按順序出現(xiàn)各個觸發(fā)字時才觸發(fā)。序列觸發(fā)常用于復雜分支子程序的跟蹤。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(4)手動觸發(fā)（隨機觸發(fā)）(5)限定觸發(fā)與門限定條件觸發(fā)識別數(shù)據(jù)流觸發(fā)信號限定條件觸發(fā)產生原理無條件的人工強制觸發(fā)，因此觀察窗口在數(shù)據(jù)流中的位置是隨機的。由于某些觸發(fā)條件出現(xiàn)太頻繁，為有選擇地捕獲特定數(shù)據(jù)，可給觸發(fā)條件加上些約束條件。附加的條件未出現(xiàn)，也不能觸發(fā)。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀四、邏輯分析儀的顯示方式每個通道的信號用一個偽方波顯示，多個通道同時顯示。(1)波形顯示電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(2)數(shù)據(jù)列表顯示將每個通道采集到的值組合成數(shù)據(jù)，按采樣順序顯示。8bit作為一個探頭電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(3)反匯編顯示地址（HEX）數(shù)據(jù)（HEX）操作碼操作數(shù)2000200320052006...21422006049723...LDLDSUBINC...HL，2042B，04AHL...將數(shù)據(jù)流按照被測CPU指令系統(tǒng)反匯編后顯示。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀(4)圖解顯示BCD數(shù)據(jù)序列的圖解顯示0510程序執(zhí)行的圖解顯示2000H20FFH主程序子程序循環(huán)程序圖解顯示將屏幕X，Y方向分別作為時間軸和數(shù)據(jù)軸進行顯示的一種方式。它將要顯示的數(shù)據(jù)通過D/A轉換器變?yōu)槟M量，按照存儲器中取出數(shù)據(jù)的先后順序將轉換所得的模擬量顯示在屏幕上，形成一個圖像的點陣。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀

主要技術指標①定時分析最大速率。②狀態(tài)分析最大速率。③通道數(shù)。④存儲深度。⑤觸發(fā)方式。⑥輸入信號最小幅度。⑦輸入門限變化范圍。⑧毛刺捕捉能力。五、邏輯分析儀的技術指標及發(fā)展趨勢電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀

發(fā)展趨勢分析速率、通道數(shù)、存儲深度等技術指標也在不斷提高功能不斷加強。與時域測試儀器示波器的結合，提高混合信號分析能力向邏輯分析系統(tǒng)（LogicAnalyzeSystem）方向發(fā)展。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀六、邏輯分析儀的應用

硬件測試及故障診斷激勵信號被測電路邏輯分析儀例：ROM/ASIC的指標測試(最高工作頻率、壽命測試、高低溫測試)數(shù)據(jù)發(fā)生器ROM邏輯分析儀頻率計地址數(shù)據(jù)外時鐘ROM指標參數(shù)測試電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀例：毛刺信號的測試分頻電路74LS138ABCG/G2A/G2B邏輯分析儀（a）譯碼電路的測試（b）譯碼電路輸出定時圖邏輯定時分析儀測試譯碼電路及其毛刺/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7實例：HB9402電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀

軟件測試與分析03CF042D03F2通路A通路B分支程序的跟蹤測試通路B觸發(fā)條件（03F2）通路A導引條件（042D）邏輯分析儀也可用于軟件的跟蹤調試，發(fā)現(xiàn)軟硬件故障，而且通過對軟件各模塊的監(jiān)測與效率分析還有助與軟件的改進。例1：80C51指令執(zhí)行信號時序測試例2：分支程序跟蹤測試電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀9.3可測性設計主要內容:

一、概述

二、掃描設計技術

三、內建自測試技術（簡）

四、邊界掃描測試技術（簡）電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆可測性設計出現(xiàn)的背景：VLSI◆傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計方法的缺陷◆可測性設計---在系統(tǒng)的設計階段就同時考慮測試的需求，以提高系統(tǒng)的可測試性

◆

可測性的量化----可測性測度可控性（Controllability）—

對電路中各節(jié)點的邏輯值控制難易程度的度量可觀性(Observability)

—對故障信號進行觀察或測量難易程度的度量一、概述

電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆可測性設計考慮的主要問題什么樣的結構容易作故障診斷什么樣的系統(tǒng)，測試時所用的測試矢量既數(shù)量少，產生起來又較方便測試點和激勵點設置在什么地方，設置多少，才能使測試比較方便而開銷又比較少◆結構可測性設計—從可測性的觀點對電路的結構提出一定的規(guī)則，依據(jù)可測性設計的一般規(guī)則和基本模式來進行電路的功能設計，使得設計的電路容易測試電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆掃描通路法二、掃描設計技術◆基本原理---將一個集成電路內所有狀態(tài)存儲器件串接起來，組成一個移位寄存器，使得從外部能容易地控制并直接觀察這些狀態(tài)存儲器件中的內容◆同步時序電路的一般模型

N—

組合電路Yi—狀態(tài)存貯器件PO—主輸出PI—主輸入

◆對狀態(tài)存儲器件的控制和觀測只能通過組合電路間接進行，使測試問題復雜電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆一般掃描通路設計掃描通路設計要保證各個時序元件可以同組合電路完全隔離開來，以便時序元件的狀態(tài)可隨意設置，同時保證時序元件的輸入可觀察.

隔離開關(添加)（添加）電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆電平靈敏掃描設計◆電平靈敏的概念——一個邏輯系統(tǒng)，如果其穩(wěn)定狀態(tài)對任何輸入狀態(tài)改變的響應與系統(tǒng)中電路的延遲無關，并且，如果有兩個以上輸入改變，輸出響應與輸入改變的先后順序也無關，系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)只取決于各輸入變化的最終穩(wěn)定電平，則稱這樣的邏輯系統(tǒng)為電平靈敏的◆電平靈敏設計的目的---保證電路中器件的延遲、上升和下降時間等參量對電路工作無影響◆電平靈敏設計的實現(xiàn)---時序邏輯中的基本存貯元件必須是電平靈敏的◆前者缺陷：切換開關引入延時，切換時存在競爭電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆電平靈敏設計的關鍵元件—串行移位寄存器串行移位寄存器在時鐘CLK控制下工作，A=0orB=0，數(shù)據(jù)鎖存至輸出端。正常工作時，A=0，B=0，由CLK控制數(shù)據(jù)輸出掃描方式時：A=1，CLK=0，SD進入L1；A=0，SD鎖存在輸出端；B=1，L1數(shù)據(jù)進入L2；B=0，數(shù)據(jù)鎖存在L2.不允許A、B同時為1，避免數(shù)據(jù)同時進入鎖存器。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀三、內建自測試技術◆內建自測試(BIST)的基本原理將測試作為系統(tǒng)的一個功能，做在系統(tǒng)中，使系統(tǒng)具有自己測試自己的能力。BIST通過將測試激勵和對測試響應的分析集成在被測系統(tǒng)或芯片中實現(xiàn)◆

BIST用于功能性測試

BIST中通常使用特征分析技術。測試結束后，通過比較被測電路的實際特征和無故障電路特征，以決定被測電路是否存在故障

◆基于掃描的BIST---解決時序電路的內建自測試兩種形式：

每掃描一次測試的BIST每時鐘一次測試的BIST電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀四、邊界掃描測試技術◆邊界掃描測試的基本思想在靠近器件的每一輸入/輸出（I/O）引腳處增加一個移位寄存器單元。在測試期間，這些寄存器單元用于控制輸入引腳的狀態(tài)（高或低），并讀出輸出引腳的狀態(tài)。在功能性操作期間，這些附加的移位寄存器單元是“透明的”，不影響電路的正常工作

◆功能---不僅可以測試IC之間或PCB之間的連接是否正確，還可測試芯片或PCB的邏輯功能

電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆移位寄存器組成邊界掃描通路測試期間功能性操作邊界掃描標準，邊界掃描描述語言電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀9.4數(shù)據(jù)域測試的應用一、誤碼率測試

二、嵌入式系統(tǒng)測試電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀一、誤碼率測試在數(shù)字通信系統(tǒng)中，誤碼率是一個非常重要的指標。◆誤碼率概念誤碼率定義:二進制比特流經過系統(tǒng)傳輸后發(fā)生差錯的概率。測量方法：從系統(tǒng)的輸入端輸入某種形式的比特流，用輸出與輸入碼流比較，檢測出發(fā)生差錯的位數(shù)，差錯位數(shù)和傳輸?shù)目偽粩?shù)之比為誤碼率。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量邏輯分析儀◆誤碼測試原理誤碼儀由發(fā)送和接收兩部分組成，發(fā)送部分的測試圖形發(fā)生器產生一個已知的測試數(shù)字序列，編碼后送入被測系統(tǒng)的輸入端，經過被測系統(tǒng)傳輸后輸出，進入接收部分解碼；接收部分的測試圖形發(fā)生器產生相同的并且同步的數(shù)字序列，與接收到的信號進行比較，如果不一致，便是誤碼；用計數(shù)器對誤碼進行計數(shù)，然后記錄存儲，分析后顯示測試結果。電子測量與儀器第九章數(shù)據(jù)域測量