測控技術第八章

測控技術第八章第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

時域、頻域和數(shù)據(jù)域測量的比較

在時域、頻域測量中，測量對象是未知的，其測量目的是得到信號或系統(tǒng)的特性。在數(shù)域測量中，測量的正確結果是已知的，測量目的是檢驗系統(tǒng)工作是否正常，查找故障。

第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一一、引言

數(shù)字系統(tǒng)所處理的是一些脈沖序列，多為二進制信息、通常一般化地稱之為“數(shù)據(jù)”，因此，有關的測試分析也就稱為數(shù)據(jù)域測試分析。數(shù)據(jù)域測試就是對數(shù)字電路和系統(tǒng)進行故障診查、定位和診斷。數(shù)字系統(tǒng)的測試錯誤，大都屬于信號數(shù)據(jù)流的錯誤，如狀態(tài)線沒有在適當?shù)臅r候出現(xiàn)，存儲器地址讀錯、信息數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失信息比特等這類不正確數(shù)據(jù)系列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤。

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在數(shù)字集成電路中，特別是LSI和VLSI中，內(nèi)部電路規(guī)模龐大、十分復雜，而外部可觀測點（引腳）則甚少；常常不得不依靠少數(shù)外部測試點上所得的有限結果來推斷電路內(nèi)部所發(fā)生的復雜過程。此外，在數(shù)字系統(tǒng)中，除硬件故障會引起外部信息錯亂之外，還可能由于軟件的問題而導致異常輸出。凡此種種因素．都給數(shù)字系統(tǒng)的測試和分析帶來極大困難，也因此形成了數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)測試分析的重大差別。為此迫切要求提供全新的、適當?shù)臏y試和分析方法，以及相應的測試儀器和系統(tǒng)。第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一1、數(shù)字信號的特點數(shù)字信號一般為多路傳輸?shù)模蚨蠖嗦窚y試；數(shù)字信號是按時序傳遞的，測試要求測出時序和邏輯關系；數(shù)字信號按一定的格式、結構和方式傳遞的脈沖信號；數(shù)字信號多數(shù)是單次、非周期的；測試儀要能捕獲、存儲、顯示所需的單次、非周期信號；數(shù)字信號的速度范圍寬；在擬定數(shù)據(jù)域測試方案設計、制造數(shù)據(jù)域測試儀器時，都應考慮上述數(shù)字信號的特征。

第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2、數(shù)據(jù)域測試的基本方法與可測試性

數(shù)字系統(tǒng)測試的目的，一是確定系統(tǒng)中是否存在故障，二是確定故障的位置。前者稱為合格/失效測試，或稱故障檢測，后者稱為故障定位。窮舉測試法——

把任何可能的輸入組合加于被測系統(tǒng)，看是否得到應有的輸出結果。偽窮舉測試法——

把一個大電路劃分成數(shù)個子電路，對每個子電路進行窮舉測試。

第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一隨機測試法——

隨機產(chǎn)生輸入可能的2n個組合數(shù)據(jù)流，對它們的輸出響應進行比較，根據(jù)測試結果，給出“合格/失效”指示。功能性測試

——

對微處理器的測試，包括對RAM的測試和對裸uP的測試是屬于子系統(tǒng)級的功能性測試。還有利用被測系統(tǒng)自身的應用程序來對系統(tǒng)進行測試的方法，這類方法只對該系統(tǒng)的應用所涉及的功能進行測試，

第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

數(shù)字電路可測性的一個定義是：若對一數(shù)字電路產(chǎn)生和施加一組輸入信號，并在預定的測試時間和測試費用范圍內(nèi)，達到預定的故障診斷要求，則說明該電路是可測的。可測性包括兩種特性：可控性和可觀察性。

第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一3、數(shù)據(jù)域測試儀器的分類

數(shù)據(jù)域測試儀器按其功能可分為三大類：節(jié)點測試器、邏輯分析儀和開發(fā)系統(tǒng)。節(jié)點測試器——

以節(jié)點信息為測試對象，通過分析，比較測試節(jié)點處的信息，診斷節(jié)點開路、短路和橋接等故障。邏輯分析儀——

以總線概念為基礎，能同時對多個節(jié)點進行測試。它能對邏輯電路、軟件的邏輯狀態(tài)進行記錄和顯示，通過各種控制功能實現(xiàn)對邏輯系統(tǒng)的分析。微機開發(fā)系統(tǒng)——

對各種帶有微處理器的數(shù)字系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)域測試，不僅具有調試系統(tǒng)軟、硬件的各種功能，還能進行實時仿真。

第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二、邏輯分析儀的基本概念

邏輯分析儀能夠用表格形式、波形形式或圖形形式顯示具有多個變量的數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數(shù)字系統(tǒng)的軟件，從而實現(xiàn)對數(shù)字系統(tǒng)軟、硬件的測試。邏輯分析儀可分為兩大類：邏輯定時分析儀和邏輯狀態(tài)分析儀。這兩類分析儀的基本結構是相似的，主要區(qū)別表現(xiàn)在顯示方式和定時分式上。邏輯定時分析儀用時間關系圖顯示被測數(shù)據(jù)，即用多路矩形脈沖（理想化波形）或高低電平表示邏輯“1”和“0”，這種圖形方式便于分析時間關系。邏輯定時分析儀用來測試兩個系統(tǒng)之間的數(shù)字信號傳輸情況和時間關系。邏輯定時分析儀有內(nèi)部時鐘源，在內(nèi)部時鐘的控制下，與被測系統(tǒng)異步工作，它主要用于測試系統(tǒng)的硬件。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

邏輯狀態(tài)分析儀用狀態(tài)表顯示被測數(shù)據(jù)的邏輯狀態(tài)，它顯示直觀，能從大量的數(shù)碼中發(fā)現(xiàn)錯碼，便于進行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對系統(tǒng)進行實時狀態(tài)分析，檢查在被測系統(tǒng)時鐘作用下的信息狀態(tài)，因此狀態(tài)分析儀內(nèi)部沒有時鐘源，它采用被測系統(tǒng)的時鐘，與被測系統(tǒng)同步工作。邏輯狀態(tài)分析儀主要用于軟件分析。目前，大多數(shù)邏輯分析儀同時具有定時分析和狀態(tài)分析的功能。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一1、邏輯分析儀的組成

第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一被測信號經(jīng)過多通道邏輯測試探頭形成并行數(shù)據(jù)，送至比較器，對輸入波形進行整形。經(jīng)整形后的數(shù)據(jù)送至采樣器，在時鐘脈沖控制下進行采樣。被采樣的信號按順序存放在數(shù)據(jù)存儲器（RAM）中。觸發(fā)信號產(chǎn)生器按照給定的數(shù)據(jù)捕獲方式，在數(shù)據(jù)流中搜索特定的數(shù)據(jù)字，當搜索到特定數(shù)據(jù)字時，產(chǎn)生觸發(fā)信號控制數(shù)據(jù)存儲器，使它開始或停止存儲數(shù)據(jù)，以便確定數(shù)據(jù)窗口。得到顯示命令后，按照先后順序逐一讀出數(shù)據(jù)，由CRT按設定的方式進行被測量數(shù)據(jù)的顯示。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2、邏輯分析儀的觸發(fā)方式

邏輯分析儀可以同時采集多路信號，以便于對被測系統(tǒng)正常運行的數(shù)據(jù)流的邏輯狀態(tài)和各信號間的相互關系進行觀測和分析。通常被測數(shù)據(jù)流是很長的，而存儲器的容量有限，并且用戶有時僅對長數(shù)據(jù)流中的某個片段感興趣。這個“數(shù)據(jù)片段”稱為觀察窗口。在邏輯分析儀中通過設定一個或一組數(shù)據(jù)字或事件來獲得觀察窗口。這種用于設定觀察窗口的數(shù)據(jù)字稱為觸發(fā)字；當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的數(shù)據(jù)，這稱為跟蹤；識別出觸發(fā)字而引起跟蹤的動作稱為觸發(fā)。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一（1）基本觸發(fā)

也稱字組合觸發(fā)，它把邏輯分析儀各通道的信號和預置的觸發(fā)字進行比較，當所有對應的各位都相同時，產(chǎn)生一次觸發(fā)?；居|發(fā)包括以下一些方式：觸發(fā)終止跟蹤方式；觸發(fā)開始跟蹤方式；中間觸發(fā)方式；延遲觸發(fā)

第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一（2）序列觸發(fā)

也稱多級觸發(fā)，當采樣數(shù)據(jù)與某一預先設定的觸發(fā)字序列相符合時才觸發(fā)跟蹤，是為檢測復雜分支程序而設計的一種重要觸發(fā)方式。在兩級觸發(fā)中，最簡單、最常用的形式是使能觸發(fā)，又稱為引導觸發(fā)，為了有選擇地跟蹤特定數(shù)據(jù)流，可以利用發(fā)生某一條件作為允許觸發(fā)條件，只有當這一條件滿足后出現(xiàn)的觸發(fā)字才能產(chǎn)生觸發(fā)信號。把兩級觸發(fā)和延遲觸發(fā)或和某種基本觸發(fā)結合起來，可構成多種形式的兩極序列觸發(fā)。

第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一（3）計數(shù)觸發(fā)

設立“遍數(shù)計數(shù)器”，針對某次需觀察的循環(huán)進行跟蹤。（4）跟蹤觸發(fā)

把被測系統(tǒng)的地址碼指定為觸發(fā)字，僅采集并存儲對應于這些指定地址的數(shù)據(jù)。（5）觸發(fā)設定

給觸發(fā)字施加一定的限定條件，只有當限定條件為真時，才能識別觸發(fā)字，產(chǎn)生觸發(fā)。（6）交互觸發(fā)

也稱鏈路觸發(fā)，指不同性質的分析通道之間的相互觸發(fā)。

第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一3、邏輯分析儀的顯示方式

邏輯分析儀提供了多種顯示數(shù)據(jù)的方式，以滿足實時數(shù)字系統(tǒng)硬件與軟件的測量和維修功能。主要的顯示方式有以下幾種。（1）定時圖顯示

是以波形圖的形式將存儲器中的內(nèi)容顯示在CRT屏幕上，顯示的是邏輯電平與時間的關系。由于顯示的不是被測點信號的實際波形，所以也稱為“偽波形”或“偽時域波形”。這種方式可將存儲器的全部內(nèi)容按通道順序顯示出來，也可以改變通道順序顯示，以便于進行分析和比較。

第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一（2）狀態(tài)表顯示

可以以各種數(shù)制顯示地址和數(shù)據(jù)總線上的信息，用二進制數(shù)顯示控制總線和其它電路節(jié)點上的信息。邏輯狀態(tài)分析儀還能進行反匯編，把采集到的信息翻譯成各種微處理器匯編語言源程序。

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一（3）圖解顯示方式

將CRT屏幕的X方向作為時間軸，將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進行顯示的一種方式。將欲顯示的數(shù)字量通過DAC轉換式模擬量，將此模擬量按照存儲器中取出數(shù)字量的先后順序顯示在CRT屏幕上，形成一個圖像的點陣。如圖顯示的是一個簡單的BCD計數(shù)器的工作圖形。

第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一（4）映像顯示方式

是把邏輯分析儀器的全部內(nèi)容以點圖形式一次顯示出來。與圖解顯示不同，這種顯示方式是將每個存儲器字分為高位和低位兩部分，分別經(jīng)由X、Y方向的DAC變換為模擬量，送入CRT的X通道和Y通道，則每個存儲器字點亮屏幕上的一個點。BCD計數(shù)器用映像圖顯示的結果如圖所示。第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

若計數(shù)器有故障，則點圖形將發(fā)生變化，可以對照正確的映像圖，發(fā)現(xiàn)CRT顯示的波形是否正確。這種顯示方式的優(yōu)點是用戶能快速地確定數(shù)據(jù)流的正確性，比起逐行檢查狀態(tài)表要方便得多。用映像顯示方式也可觀察程序的運行情況。上述四種顯示方式各具特點，可以互相補充使用。映像圖方式適宜對系統(tǒng)工作進行“全景檢查”，圖解顯示方式適宜對可疑區(qū)進行較仔細的檢查，狀態(tài)表可對故障區(qū)進行最仔細的研究。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一4、定時方式

邏輯定時分析儀采用儀器內(nèi)部時鐘采樣數(shù)據(jù)，能提供顯示邏輯狀態(tài)隨時間變化的偽波形。為了滿足分辨力和足夠長的觀察時間這兩個要求，通常選擇采樣時鐘頻率為被測系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的5~10倍。為了避免誤觸發(fā)，邏輯定時分析儀中采用觸發(fā)濾波，對觸發(fā)識別信號進行時間濾波。

第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一邏輯定時分析儀的一個重要功能是檢測毛刺。所謂毛刺，是指在一個采樣周期內(nèi)出現(xiàn)的極窄的尖鋒脈沖。檢測毛刺的一種方法是提高采樣頻率，相應地要增加存儲容量和提高存儲器工作速度。為了避免使用大容量的高速存儲器，大多數(shù)邏輯定時分析儀都有專門的毛刺檢測電路，用于捕捉毛刺的鎖定方式、毛刺方式以及毛刺觸發(fā)方式。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一5、邏輯分析儀的應用

數(shù)字系統(tǒng)工作過程中，經(jīng)常會發(fā)生硬件和軟件故障。將系統(tǒng)的多路并行地址信號和數(shù)據(jù)信號分別接到邏輯分析儀的輸入探頭，用讀寫控制線作為邏輯分析儀的觸發(fā)信號，將正在運行的系統(tǒng)的地址線和數(shù)據(jù)線上