現(xiàn)代電子測量及實(shí)驗(yàn)技術(shù)(第四部分)

數(shù)字域測量儀器

現(xiàn)代電子測量（第四部分）數(shù)字系統(tǒng)測試的主要特點(diǎn)

數(shù)字信號通常是按時(shí)序傳遞的；信號幾乎都是多位傳輸?shù)模恍畔鬟f方式是多種多樣的；數(shù)字信號的速度變化范圍很寬；信號往往是單次或非周期的；數(shù)字系統(tǒng)的故障判別與模擬系統(tǒng)有很大的區(qū)別。數(shù)字域測量的儀器

數(shù)字信號發(fā)生器邏輯分析儀特征分析儀等邏輯分析儀邏輯分析儀的發(fā)展

20世紀(jì)70年代——HP公司推出狀態(tài)分析儀和Biomation公司推出定時(shí)分析儀，不久之后，狀態(tài)分析儀與定時(shí)分析儀合并成邏輯分析儀。20世紀(jì)80年代后期——邏輯分析儀變得更加復(fù)雜，使用起來也就更加困難。邏輯分析儀與示波器的區(qū)別

首先是通道數(shù)量不同，示波器一般最多可同時(shí)觀察4路信號的時(shí)間波形，而邏輯分析儀則擁有32到136等多個通道；示波器給出的是時(shí)域波形的完整信息，而邏輯分析儀并不測量模擬數(shù)據(jù)，當(dāng)邏輯分析儀針對輸入信號取樣時(shí)，它會根據(jù)信號相對于電壓門限的高低，存儲“1”或“0”值。邏輯分析儀與示波器的區(qū)別

邏輯分析儀有多種顯示方式；邏輯分析儀有完善的觸發(fā)功能；邏輯分析儀有能夠有效的檢測數(shù)字電路中的毛刺；邏輯分析儀有高密度探頭及適配器，從而簡化與待測系統(tǒng)（SUT）的連接。

何時(shí)選擇使用邏輯分析儀

調(diào)試并檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行；同時(shí)跟蹤并使多個數(shù)字信號相關(guān)聯(lián)；檢測并分析總線中違反時(shí)限的操作以及瞬變狀態(tài)；跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況。

邏輯分析儀使用的五個層次第一個層次：只要查看硬件系統(tǒng)的一些常見的故障，例如時(shí)鐘信號和其他信號的波形、信號中是否存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的毛刺信號等故障；第二個層次：要對硬件系統(tǒng)的各個信號的時(shí)序進(jìn)行很好的分析，以便最好地利用系統(tǒng)資源，消除由定時(shí)分析能夠分析出的一些故障；邏輯分析儀使用的五個層次第三個層次：要對硬件對軟件的執(zhí)行情況的分析，以確保寫入的程序被硬件系統(tǒng)完整地執(zhí)行；第四個層次：需要實(shí)時(shí)地監(jiān)測軟件的執(zhí)行情況，對軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)試。第五個層次：需要對現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行系統(tǒng)性的解剖分析，達(dá)到我們對現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)全面透徹地了解和掌握的功能。邏輯分析儀基本分類邏輯狀態(tài)分析儀（LSA，LogicStateAnalyzer）邏輯定時(shí)分析儀（LTA，LogicTimerAnalyzer）目前的邏輯分析基本上都同時(shí)具有狀態(tài)分析和定時(shí)分析的功能。

邏輯狀態(tài)分析和定時(shí)分析的區(qū)別

定時(shí)方式不同：邏輯狀態(tài)分析時(shí)數(shù)據(jù)采集的時(shí)鐘由被測系統(tǒng)提供，如利用CPU的讀、寫信號作為時(shí)鐘，當(dāng)CPU執(zhí)行讀、寫操作時(shí)LSA就顯示數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)采集與被測系統(tǒng)是同步的；邏輯定時(shí)分析時(shí)的數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘是由LTA內(nèi)部提供的，它與被測系統(tǒng)的工作是異步的；

邏輯狀態(tài)分析和定時(shí)分析的區(qū)別

顯示方式不同：LSA用狀態(tài)表、匯編語言或映射圖等顯示數(shù)據(jù)流；LTA用定時(shí)圖的方式顯示時(shí)序信息邏輯分析儀的基本原理框圖

時(shí)鐘選擇內(nèi)部時(shí)鐘外部時(shí)鐘數(shù)據(jù)采集與輸入高速數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)處理與顯示顯示屏觸發(fā)產(chǎn)生與數(shù)據(jù)捕獲控制被測系統(tǒng)數(shù)據(jù)捕獲部分?jǐn)?shù)據(jù)處理與顯示部分邏輯分析儀探頭的功能與要求提供高質(zhì)量信號并傳遞給邏輯分析儀，它利用內(nèi)部比較器將輸入電壓與門限相比較，并確定信號的邏輯狀態(tài)（0或1），門限由用戶設(shè)定，范圍從TTL級別到CMOS、ECL；對待測系統(tǒng)產(chǎn)生的電負(fù)荷最?。贿m合與電路板及設(shè)備以多種方式連接。邏輯分析儀的顯示方式邏輯狀態(tài)分析儀采用各種狀態(tài)表及圖形顯示；邏輯定時(shí)分析儀則采用定時(shí)顯示。

邏輯分析儀的顯示方式狀態(tài)表顯示是采用各種數(shù)制以表格的形式顯示狀態(tài)信息。通常用16進(jìn)制數(shù)顯示地址和數(shù)據(jù)總線上的信息，用二進(jìn)制數(shù)顯示控制總線和其它電路節(jié)點(diǎn)上的信息

狀態(tài)表顯示：邏輯分析儀的顯示方式多數(shù)邏輯分析儀都具有反匯編功能，把采集到信息翻譯成各種微處理器匯編語言源程序進(jìn)行顯示反匯編顯示

：邏輯分析儀的顯示方式這是一種坐標(biāo)顯示，X軸表示數(shù)據(jù)出現(xiàn)的實(shí)際順序，Y軸表示由各輸入通道所組成的數(shù)據(jù)字的數(shù)值。數(shù)據(jù)序列圖形顯示：上圖有四路信號輸入邏輯分析儀，被測系統(tǒng)是一個十進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯分析儀的顯示方式如果被監(jiān)視的是微機(jī)系統(tǒng)的地址總線，則這種方式顯示了程序的運(yùn)行情況。數(shù)據(jù)序列圖形顯示：上圖橫坐標(biāo)是程序的執(zhí)行順序，縱坐標(biāo)是呈現(xiàn)在地址總線上的地址碼。

邏輯分析儀的顯示方式映射圖顯示把每個數(shù)據(jù)與屏幕上的每個光點(diǎn)聯(lián)系起來。如果數(shù)據(jù)是8位，則可把屏幕左上角的光點(diǎn)表示00，右下角的光點(diǎn)表示FFH，余此類推，如下圖所示。映射圖顯示：邏輯分析儀的顯示方式這種顯示方式可將存儲在分析儀存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)一次顯示出來，并且根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序，用大量線連接起來組成一幅圖形。如果某數(shù)據(jù)發(fā)生差錯，則圖形發(fā)生改變。這種顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是用戶能快速地確定數(shù)據(jù)流的正確性。映射圖顯示：

如果用邏輯分析儀觀察CPU的地址總線，則每個光點(diǎn)是程序運(yùn)行中一個地址的映射。上圖表示程序存儲與運(yùn)行映射圖間的對照。

邏輯分析儀的顯示方式常見的直方圖有時(shí)間直方圖和標(biāo)號直方圖兩種。時(shí)間直方圖顯示各程序執(zhí)行時(shí)間的分布情況，用以確定各程序模塊及整個程序的最小、最大和平均執(zhí)行時(shí)間，據(jù)此就可找出花費(fèi)CPU時(shí)間過長及效率低、質(zhì)量不高的程序模塊。直方圖顯示：邏輯分析儀的顯示方式下圖表示了某個由M1240、CLEAR、DASH和DELAY程序模塊組成的軟件的運(yùn)行情況。直方圖顯示——時(shí)間直方圖：由圖可見，執(zhí)行DELAY、DASH程序幾乎花了CPU的全部時(shí)間。邏輯分析儀的顯示方式標(biāo)號直方圖也稱地址直方圖。邏輯分析儀反復(fù)測量并累計(jì)在各個地址范圍內(nèi)事件出現(xiàn)的次數(shù)，最后以直方圖形式顯示測量結(jié)果。

直方圖顯示：

上圖表示了與上例相同程序的標(biāo)號直方圖，它與時(shí)間直方圖的結(jié)果是一致的。

邏輯分析儀的顯示方式一個屏幕分成兩個窗口顯示。下面窗口顯示經(jīng)反匯編后的某微處理器的匯編語言源程序，上而窗口顯示該微處理器在同一時(shí)刻的高分辨率定時(shí)圖。由于上、下兩個窗口的圖形在時(shí)間上是相關(guān)的，因而對電路的定時(shí)和程序的執(zhí)行可同時(shí)進(jìn)行考察，硬件和軟件同時(shí)調(diào)試。

定時(shí)圖與源程序同時(shí)顯示：邏輯分析儀的顯示方式定時(shí)圖與源程序同時(shí)顯示：邏輯分析儀的顯示方式源代碼調(diào)試顯示能夠?qū)⒃创a與指令跟蹤歷史記錄相關(guān)聯(lián)，從而提高程序的調(diào)試效率。指令執(zhí)行時(shí)，用戶能夠立即看到實(shí)際過程。源代碼調(diào)試顯示：邏輯分析儀的觸發(fā)方式由于被測數(shù)據(jù)流通常是很長的，而邏輯分析儀內(nèi)存儲器的深度是有限制的，因此測試時(shí)經(jīng)常對數(shù)據(jù)流中的某個片段感興趣，這個“感興趣的數(shù)據(jù)片段”稱為觀察窗口。功能

：邏輯分析儀的觸發(fā)方式觸發(fā)字：在邏輯分析儀中通過設(shè)定一個或一組數(shù)據(jù)字或事件來獲得觀察窗口，用于設(shè)定觀察窗口的數(shù)據(jù)字稱為觸發(fā)字。跟蹤：當(dāng)邏輯分析儀識別出被測數(shù)據(jù)流中的觸發(fā)字后，就開始采集并存儲在觀察窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)，即開始跟蹤。觸發(fā)：識別出觸發(fā)字而引起跟蹤的動作稱為觸發(fā)?；久~：邏輯分析儀的觸發(fā)方式觸發(fā)終止跟蹤方式：一旦遇到觸發(fā)字就停止跟蹤，在邏輯分析儀的存儲器內(nèi)存儲了觸發(fā)前的數(shù)據(jù)，觸發(fā)字位于存儲器隊(duì)列的最后面，并顯示在顯示器的最后一行?；居|發(fā)

：邏輯分析儀的觸發(fā)方式觸發(fā)開始跟蹤方式：當(dāng)遇到觸發(fā)字時(shí)開始跟蹤（存儲）數(shù)據(jù)流；當(dāng)存儲器存滿數(shù)據(jù)時(shí)就停止跟蹤。因而在分析儀的存儲器內(nèi)存儲了觸發(fā)后的數(shù)據(jù)，觸發(fā)字位于存儲器隊(duì)列的最前面，它顯示在顯示器的第一列。基本觸發(fā)

：邏輯分析儀的觸發(fā)方式中間觸發(fā)方式：存儲器存儲觸發(fā)字以前和以后各一半的數(shù)據(jù)，觸發(fā)字位于存儲器的中間。

基本觸發(fā)

：邏輯分析儀的觸發(fā)方式延遲觸發(fā)：存儲器存儲觸發(fā)字后且經(jīng)一定延遲的數(shù)據(jù)，基本觸發(fā)

：邏輯分析儀的觸發(fā)方式只有當(dāng)采樣數(shù)據(jù)與某一預(yù)先設(shè)定的觸發(fā)字序列（而不是一個觸發(fā)字）相符合才觸發(fā)跟蹤。序列觸發(fā)：序列觸發(fā)邏輯分析儀的觸發(fā)方式把兩級序列觸發(fā)與延遲觸發(fā)結(jié)合起來，就可以構(gòu)成多種觸發(fā)方式。序列觸發(fā)：邏輯分析儀的觸發(fā)方式假如要求檢查在第9次I循環(huán)、第8次J循環(huán)后的第7次K循環(huán)時(shí)在狀態(tài)2841后的程序執(zhí)行情況，則邏輯分析儀應(yīng)識別的觸發(fā)字序列如下：28301次28AE9次28A58次28417次即在2840狀態(tài)出現(xiàn)1398（=9×11×13+8×3+7）后跟蹤數(shù)據(jù)流。

計(jì)數(shù)觸發(fā)：邏輯分析儀的觸發(fā)方式在跟蹤觸發(fā)模式下，被測系統(tǒng)的地址碼被指定為觸發(fā)字，邏輯分析儀僅采集并存儲對應(yīng)于這些指定地址的數(shù)據(jù)。例如：觸發(fā)字為28A0H，在此模式下，則僅當(dāng)?shù)刂房偩€上出現(xiàn)28A0H時(shí)，才獲取數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。常常為了擴(kuò)大跟蹤范圍而觸發(fā)字的某些位設(shè)為任意狀態(tài)（X），如把28X0H設(shè)為觸發(fā)字，則邏輯分析儀將跟蹤2800H、2810H、2820H、…..、28F0H。

跟蹤觸發(fā)：邏輯分析儀的觸發(fā)方式觸發(fā)限定是給觸發(fā)字施加一定的限定條件，只有當(dāng)限定條件為“真”時(shí)，才能識別觸發(fā)字，產(chǎn)生觸發(fā)，否則，如限定條件為“假”，即使出現(xiàn)觸發(fā)字，也不產(chǎn)生觸發(fā)。

觸發(fā)限定：邏輯分析儀的觸發(fā)方式觸發(fā)限定：邏輯分析儀的觸發(fā)方式交互觸發(fā)是指在定時(shí)分析通道與狀態(tài)分析通道之間的相互觸發(fā)。常見的交互觸發(fā)有以下三種方式：由狀態(tài)通道或定時(shí)通道識別觸發(fā)字，兩種通道同時(shí)觸發(fā)；在一種通道識別觸發(fā)字1后，另一種識別觸發(fā)字2時(shí)引起觸發(fā)，這時(shí)兩種通道都識別觸發(fā)；并行觸發(fā)，兩種通道各自的觸發(fā)字都滿足后產(chǎn)生觸發(fā)。

交互觸發(fā)：邏輯分析儀的觸發(fā)方式“非”觸發(fā)：若在識別觸發(fā)字1后，并延遲n個時(shí)鐘或事件后不出現(xiàn)觸發(fā)字2，則產(chǎn)生觸發(fā)?！盎颉庇|發(fā)：只要識別幾個觸發(fā)字中的任意一個就產(chǎn)生觸發(fā)，表示成“觸發(fā)字1+觸發(fā)字2+…”。間隔時(shí)間太長觸發(fā)：如果兩個脈沖的間隔時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間，則在識別第二個脈沖時(shí)觸發(fā)。其它觸發(fā)方式：邏輯分析儀的定時(shí)方式邏輯狀態(tài)分析儀利用外部定時(shí)，它僅提供狀態(tài)和狀態(tài)序列信息；邏輯定時(shí)分析儀利用內(nèi)部定時(shí)，它不分辨狀態(tài)序列，但提供時(shí)間信息；邏輯定時(shí)分析儀僅顯示邏輯狀態(tài)隨時(shí)間的變化，而不是真正被測信號的波形，即不反映被測信號的幅度、邊沿、上沖和噪聲等模擬量；

邏輯分析儀的定時(shí)方式由于利用儀器內(nèi)部時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)，因而時(shí)間分辨率等于時(shí)鐘周期Tp，若提高分辨力，則需提高時(shí)鐘頻率，但此時(shí)或者增加存儲器容量，或者在給定存儲容量的情況下變窄觀察窗口。為了合理滿足分辨力和足夠長的觀察時(shí)間兩項(xiàng)要求，一般選擇采樣時(shí)鐘頻率為被測系統(tǒng)數(shù)據(jù)率的5～10倍。

邏輯分析儀的定時(shí)方式檢測毛刺

：大多數(shù)邏輯定時(shí)分析儀都在信號線上設(shè)有一個專門的毛刺檢測電路，把窄脈沖（毛刺）展寬到能檢測的最小寬度，以避免利用提高采樣率的辦法檢測毛刺。

測量用信號產(chǎn)生器

（信號源）

現(xiàn)代電子測量（第四部分）信號源用途:

信號源用來產(chǎn)生不同頻率、不同的波形。

信號源信號源分類:

按頻率范圍分：有超低頻、低頻、射頻、微波（含毫米波、X光波）等。

信號源信號源分類:

按輸出波形分：：分為正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。非正弦信號發(fā)生器又可包括：脈沖信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器數(shù)字序列信號發(fā)生器圖形信號發(fā)生器數(shù)據(jù)信號發(fā)生器調(diào)幅（AM）信號發(fā)生器調(diào)頻（FM）信號發(fā)生器調(diào)相(ΦM)信號發(fā)生器脈沖調(diào)制（PM）信號發(fā)生器數(shù)字調(diào)制（DM）信號發(fā)生器噪聲信號發(fā)生器。信號源信號源分類:

信號源信號源分類:

按工作原理分：有LC源、鎖相源以及合成源；按信號輸出形成分：有點(diǎn)頻、掃頻源等。

信號源信號源的基本構(gòu)成

:

信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

直接頻率合成在這種技術(shù)中使用了大量晶體，通過混頻、倍頻、分頻、濾波等方法對頻率進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算以獲得所需的最終頻率。特點(diǎn)：工作可靠、頻率轉(zhuǎn)換速度快。缺點(diǎn)：在頻率產(chǎn)生過程中需用大量混頻器、分頻器和窄帶濾波器，這樣就造成電路體積龐大、難以集成化等缺點(diǎn)，而且雜散信號難以濾除。

信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

間接頻率合成（采用鎖相環(huán)路）鑒相器低通濾波器壓控振蕩器(VCO)分頻器(1/N)FrFo輸出頻率與輸人參考頻率的關(guān)系：Fo＝NFr式中，F(xiàn)o為VCO的輸出頻率；N為可變分頻器的分頻比；Fr為輸入?yún)⒖颊袷幤鞯念l率。環(huán)路的最小頻率增量等于Fr。

信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

數(shù)字鎖相環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)：輸出頻率的長期穩(wěn)性提高到與參考振蕩器相同的水平，而參考振蕩器通常采用長期穩(wěn)定性指標(biāo)很好的晶體振蕩器；頻率的改變由可變l／N分頻器完成，它易于實(shí)現(xiàn)程控；因?yàn)橹恍韬苌贋V波器，所以易于集成為體積小、功耗低的集成電路。信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

直接數(shù)字頻率合成

：信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

小數(shù)分頻技術(shù)

：

小數(shù)分頻技術(shù)是建立在整數(shù)分頻基礎(chǔ)上的。根據(jù)公式Fo＝NFr可以看出，如果等式右邊的N值不僅僅只是整數(shù)，而且?guī)в行?shù)部分，則分辨率可以小于參考頻率。信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

小數(shù)分頻技術(shù)

：

輸出頻率：Fo＝（N.F）Fr

F為輸出頻率的小數(shù)部分，亦鎖存器中鎖存的值。信號源信號源中所采用的主要技術(shù):

數(shù)字I—Q調(diào)制技術(shù)：

數(shù)字I-Q調(diào)制可產(chǎn)生：振幅鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）和相位鍵控（PSK）信號。信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻率：

頻率范圍：信號源所能輸出的最高的最低頻率之差；頻率分辨率：信號源最小的頻率可改變量，通常隨著輸出頻率的增加瀕率分辨率會有所下降；信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻率：

頻率準(zhǔn)確度：實(shí)際輸出頻率與標(biāo)稱頻率之差，頻率準(zhǔn)確度常用百分?jǐn)?shù)來表征，頻率準(zhǔn)確度確定了信號源頻率重復(fù)性的好壞；頻率的長期穩(wěn)定度：通常對于大于或等于1秒(s)的頻率漂移或頻率的不穩(wěn)定度稱為頻率的長期穩(wěn)定度，其指標(biāo)通常以10-6/小時(shí)（h）。信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

單邊帶（SSB）相位噪聲：相位噪聲可解釋成一個正弦信號在時(shí)域中過零點(diǎn)的不確定性，反映在頻域上，即表現(xiàn)為譜線的近旁擴(kuò)散。信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

單邊帶（SSB）相位噪聲：單邊帶相位噪聲是在一半邊帶中，偏離載波一定頻率，在1Hz帶寬內(nèi)對噪聲的積分值與載波功率之比的對數(shù)值，單位為dBc/Hz。任何其它帶寬都可“以折合到1Hz帶寬內(nèi)，具體折算方法是帶寬增加10倍，噪聲功率也增加10倍。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

單邊帶（SSB）相位噪聲：在倍頻情況下，相位噪聲每倍頻程將降低6dB；在分頻情況下，每倍頻程將提高6dB；對于差頻方法，其輸出相位噪聲被認(rèn)為不變。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

剩余調(diào)頻：剩余調(diào)頻是指在載波情況下不需要的調(diào)頻。它的實(shí)質(zhì)是對載波邊帶中偏離載波一段頻率（即一個帶寬）的連續(xù)積分。其結(jié)果表征了這段帶寬的噪聲功率。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

剩余調(diào)幅：噪聲引起的信號幅度的波動，剩余調(diào)幅并不影響頻率的短期穩(wěn)定度，但它卻影響頻譜純度。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

雜散：雜散是指除諧波之外所有的離散頻譜，雜散輸出一般是由混頻和分頻產(chǎn)生的，并且是對稱（對稱于載波）出現(xiàn)的。注意：合理的設(shè)計(jì)可以減小雜散，但不可能消除。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

頻譜純度：

諧波：諧波是指基波整數(shù)倍的頻率分量。注意：信號源諧波含量會隨著輸出頻率的不同而有所變化，且在高電平輸出時(shí)諧波會變大。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

輸出：

輸出范圍：信號源輸出的最?。娖剑┕β逝c最大功率之差，通常的單位有V、mV、W、mW、dBm等。如E8244A的輸出范圍表示為：-136～+13dBm。

注意：信號源的輸出電平必須在特定的范圍內(nèi)按照特性阻抗校準(zhǔn)，一般采用50Ω負(fù)載。

信號源主要技術(shù)指標(biāo):

輸出：

輸出電平精度：輸出電平精度是指溫度、電平平坦度、指示器誤差、檢波器精度、衰減器精度和測量誤差等諸多因素造成的電平誤差總和。信號源主要技術(shù)指標(biāo):

輸出：

泄漏