逻辑分析仪和示波器的比较

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。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。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。

北京海洋兴业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或示波器了。                                                               表1  逻辑分析仪与示波器的比较 

资料来源：根据翟春林主编《业余逻辑分析仪》整理，2003年11月第1版，无线电技术出版社，香港。 

微电子与IT技术二十多年来得到迅速发展，大型集成电路、超大型集成电路和微处理器得到广泛的应用，尤其数字逻辑电路。当一个数字电路或系统所实现的逻辑功能和无故障电路及系统所实现的逻辑功能不同时，就表明这个电路或系统已出现故障。

数字电路或系统的故障一般可分为物理故障和逻辑故障。内部连线断开或短接，电路元件不良等，都可以造成物理故障。数字电路及数字系统内部控制逻辑不正确，称为逻辑故障。在这些故障中不随时间改变的故障称为固定性故障或永久故障，时隐时现的故障称为间歇故障。数字电路及数字系统的故障诊断研究大部分局限于固定性的逻辑故障。为了做好故障检测和故障定位，进而排除故障，确保数字电路及系统工作正常，就必须进行数字电路及数字系统测试，检验电路及系统工作状况。

要诊断数字电路故障必须要借助专用仪器才能解决。逻辑分析仪就是其中一种最有用的仪器，其特点是它具有足够的输入通道、超前观测能力、多种触发方式、存储能力、多功能显示方式和比较功能等方方面面。

确定数字电路及系统中是否存在故障，进而判定故障的位置，为排除硬件和软件故障，提高系统性能提供所需信息，确保电路及系统的可靠性——这类测试称为数据域测试，有别于频域测试、时域测试、调制域测试和统计域测试。

在数字电路或系统中的数字信号具有如下特点：①数字信号几乎都是多位单元传输，并且用逻辑状态0和1来表示每位单元信息特征，他与信号波形本身的形状关系不大；②大部分数位信号是非周期性的，许多情况下仅发生一次；③数字信号按时序传递，各信号之间有预定的时序关系；④数字信号传递方式有串行和并行两种形式；⑤数字信号频率范围宽；⑥数字信号为脉冲信号，各通道信号的前沿很陡，其频谱分量十分丰富；⑦需要测试或检查的错误往往混杂在正常的数据流中。为此对数据域测试提出了特殊要求：①应具备多通道同时测试能力和具有自动跟踪数据流能力；②要用特殊的触发工作方式来捕获感兴趣的数字信息；③测试结果要用多踪显示方式显示出来，等等；这样就出现了数据域测试仪器。

数据域测试仪器按其功能可分为节点测试器、逻辑分析仪和开发系统。其中节点测试器是以节点数据为测试对象，用于诊断节点开路、短路和桥接等故障；逻辑笔、逻辑监视器、逻辑比较仪、逻辑脉冲发生器、电流故障寻检器、特征分析器等属于这一类；它们的特点是结构简单、使用方便。逻辑分析仪以总线概念为基础，能同时对多个节点进行测试。逻辑定时分析仪、逻辑状态分析仪、逻辑分析仪、逻辑分析系统、智慧逻辑分析仪、单片逻辑分析仪、携带型逻辑分析仪、虚拟逻辑仪等属于这类；其特点是具有足够的输入通道、超前观测能力、多种触发方式、存储能力、多功能显示方式和比较能力，结构由捕获和数据显示两大部分组成。开发系统是对自动测试、自动控制、数字通信、智能仪器等各种带有微处理器的数字系统进行数据域测试的多功能仪器，它不仅具有调试系统硬件、软件的各种功能，还能进行即时仿真；专用微机开发系统、通用微机开发系统、多功能逻辑开发系统都属于这一类产品。

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