*數據域測量與測量新技術簡介10.1數據域測量的基本概念10.2數據域測量技術10.3邏輯分析儀10.4測量新技術簡介小結10.1數據域測量的基本概念

10.1.1數據域測量的特點

數據域測量面向的對象是數字邏輯電路，這類電路的特點是以二進制數字的方式來表示信息。由于晶體管“導通”和“截止”可以分別輸出高電平或低電平，因此分別規(guī)定它們表

示不同的“1”和“0”數字，由多位0、1數字的不同組合表示具有一定意義的信息。圖10.1-1輸入、輸出數據流10.1.2數字信號的特點

數字信號的特點如下：

(1)數字信號一般為多路。

(2)數字信號按時序傳遞。

(3)數字信號的傳遞方式有串行和并行兩種。

(4)數字信號具有非周期性。

(5)數字信號頻率范圍寬。

(6)數字信號為脈沖信號。10.2數據域測量技術

10.2.1簡單邏輯電路的簡易測試

數字邏輯電路是以處理“0”、“1”組成的數字信號為目的的電路，它們由與門、或門、非門和各類觸發(fā)器組成。因此，確認電路電平的高低是否符合邏輯值的規(guī)定，邏輯關系是否正確，當輸入變化時，電路翻轉是否正確，都是研究數字電路的基本任務。通常規(guī)定：正邏輯時，“1”相當于高電平，“0”相當于低電平；負邏輯時則相反。

1.基本邏輯部件的測試

對基本邏輯部件的測試可用圖10.2-1所示的電路來進行，其中，圖(a)、(b)、(c)分別為測試與門、或門和非門的電路。圖10.2-1基本邏輯元件的測試

2.邏輯筆的應用

簡單的邏輯電路還可用邏輯筆來進行測試。邏輯筆的外形如圖10.2-2(a)所示，它主要用于指明某一端點的邏輯狀態(tài)。邏輯筆的頂端有兩只指示燈，紅燈指示邏輯“1”(高電平)，綠燈指示邏輯“0”(低電平)。對于被測點的邏輯狀態(tài)，邏輯筆的響應如圖10.2-2(b)所示。圖10.2-2邏輯筆及其響應圖10.2-3選通脈沖的作用圖10.2-4邏輯筆的組成框圖

3.邏輯夾的應用

邏輯筆在同一時刻只能顯示一個被測點的狀態(tài)，而邏輯夾可以同時顯示多個端點的邏輯狀態(tài)。邏輯夾的電路結構如圖10.2-5所示，圖中只畫出了16路輸入信號中的1路，各路結構均相同。每個端點信號均通過一個門判電路，門判電路的輸出通過一個非門驅動一個發(fā)光二極管，當輸入信號為高電平時，發(fā)光二極管發(fā)亮。圖10.2-5邏輯夾的1路電路結構10.2.2窮舉測試和隨機測試

1.窮舉測試法

從基本邏輯元件測試中我們看到，數字電路測試的實質就是對幾個輸入端加入2n個可能的組合信號，然后觀察輸出是否正確。如果所有的輸入信號、輸出信號的邏輯關系都正確，則這個數字電路就是正確的；如果輸出的邏輯關系不正確，則這個數字電路就是錯誤的。這種測試方法就是窮舉測試法。圖10.2-6窮舉測試示意圖

2.偽窮舉測試法

偽窮舉測試的基本思想是：把一個大電路劃分成數個

子電路，對每個子電路進行窮舉測試?？偟膩碚f，對數個

子電路測試的輸入組合數遠遠低于對一個大電路進行窮舉

測試所需的輸入組合數，因此，可大大節(jié)省測試時間。例如，當輸入端數n=16時，如果可將該電路劃分成兩個n=8

的數字電路，則測試輸入組合信號數可由216=65536減少為28+28=256+256=512，測試時間降為原測試時間的1/128。

3.隨機測試法

將圖10.2-6中的“窮舉測試矢量產生”電路換成“隨機測試矢量產生”電路，即為隨機測試法的原理框圖。圖中，“測試矢量產生”即“測試數據流產生”的意思，該電路隨機地產生可能的2n種組合數據的數據流，由它產生的隨機或偽隨機測試矢量序列(數據流序列)同時加到被測電路和已知功能完好的參考電路中，對它們的輸出響應進行比較，根據比較結果，給出“合格/失效”的指示。10.2.3數據域測量技術

1.故障類型

數字電路的故障類型一般可分為物理故障和邏輯故障。內部連線斷開或短接，電路元件不良等都可以造成物理故障。數字電路內部控制邏輯不正確，稱為邏輯故障。

2.故障測試和故障定位

故障測試大體可分為兩種：一種是部件測試，即對單元電路的測試；另一種是整機測試，即對整個邏輯系統(tǒng)的測試。測試的基本方法分為兩種。一種是“靜態(tài)測試”，它是指不加輸入信號或加固定電位時的測試，以判斷電路各點電位是否正確，這種方法主要用于檢測物理故障，根據有問題的電位點，可將故障定位于某個器件。另一種是數字電路的“動態(tài)測試”，在輸入端接入各種可能的組合數據流，測試輸出數據流的情況，以判斷輸出邏輯功能是否正確，這種方法主要用于檢測復雜數字邏輯系統(tǒng)的邏輯故障。另外，物理故障也可以引起邏輯功能的不正確。為此，“動態(tài)測試”既可以檢測系統(tǒng)的邏輯故障，亦可以檢測系統(tǒng)的物理故障，并且縮小了范圍，將檢測出的故障定位于一定的范圍內，實現了故障定位。

3.測試信號產生問題

測試信號產生問題指的是如何得到能夠檢測電路全部“恒0”、“恒1”故障的測試信號流，這個數據流稱為“最小完全故障檢測測試集”，也就是我們前面提到的“最小完全測試集”。

4.可測試性技術

數字電路的可測性有多種定義，其中之一是：若對一數字電路產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達到預定的故障檢測和故障定位的要求，則說明該電路是可測的。

數字電路的可測性包括兩種特性：可控性和可觀察性?？煽匦允侵竿ㄟ^外部輸入端信號設置電路內部的邏輯結點為邏輯“1”和邏輯“0”的控制能力。可觀察性是指通過輸出端信

號觀察電路內部邏輯結點的響應的能力。10.3邏輯分析儀

10.3.1邏輯分析儀的組成

邏輯分析儀的類型繁多，盡管在通道數量、取樣頻率、內存容量、顯示方式及觸發(fā)方式等方面有較大區(qū)別，但其

基本組成結構是相同的。邏輯分析儀的基本組成如圖10.3-1所示。圖10.3-1邏輯分析儀的基本組成框圖10.3.2邏輯分析儀的觸發(fā)方式

1.組合觸發(fā)

邏輯分析儀具有“字識別”觸發(fā)功能，操作者可以通過儀器面板上的“觸發(fā)字選擇”開關預置特定的觸發(fā)字，被測系統(tǒng)的數據字與此預置的觸發(fā)字相比較，當二者符合時產生一次

觸發(fā)。圖10.3-2四通道組合觸發(fā)實例

2.延遲觸發(fā)

在故障診斷中，常常希望既能看到觸發(fā)點前的情況，又能看到觸發(fā)點后的情況，這時可設置一個延遲門，當捕獲到觸發(fā)字后，延遲一段時間后再停止數據的采集，則存儲器中

存儲的數據就包括了觸發(fā)點前、后的數據。

3.限定觸發(fā)

限定觸發(fā)是對設置的觸發(fā)字加限定條件的觸發(fā)方式。有時設定的觸發(fā)字在數據流中出現較為頻繁，為了有選擇地存儲和顯示特定的數據流，邏輯分析儀中增加了一些附加通道作為約束或選擇所設置的觸發(fā)條件。

4.序列觸發(fā)

序列觸發(fā)是為檢測復雜分支程序而設計的一種重要觸發(fā)方式。當取樣數據與某一預先設定的字序列(而不是一個字)相符后才觸發(fā)跟蹤數據流。序列觸發(fā)實例如圖10.3-3所示，假設規(guī)定執(zhí)行通路2的程序后，分析儀才觸發(fā)跟蹤，則分析儀必須在捕獲2849、284A、284C和284E狀態(tài)序列后，才從286F狀態(tài)開始跟蹤數據流。這是一個多級序列觸發(fā)的例子。圖10.3-3序列觸發(fā)實例

5.計數觸發(fā)

較復雜的軟件系統(tǒng)中常常有嵌套循環(huán)的情況存在，在邏輯分析儀的觸發(fā)邏輯中設立一個“遍數計數器”，那么就能針對某次需觀察的循環(huán)進行跟蹤，而對其他各次循環(huán)不進行跟蹤。圖10.3-4計數觸發(fā)實例

6.“毛刺”觸發(fā)

利用濾波器從輸入信號中取出一定寬度的脈沖作為觸發(fā)信號，可以在存儲器中存儲毛刺出現前、后的數據流，這有利于觀察和尋找由于外界干擾而引起的數字電路誤動作的現象和原因。10.3.3邏輯分析儀的顯示方式

1.定時顯示方式

定時顯示方式是指以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲器中的內容顯示在CRT屏幕上，這種方式顯示的是一連串經過整形后的類似方波的波形，高電平代表1，低電平代表0，顯示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，因此也稱為“偽波形”或“偽時域波形”。這種方式可以將存儲器的全部內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。圖10.3-5定時顯示

2.狀態(tài)表顯示方式

狀態(tài)表顯示方式可以以各種數制進行，如二進制、八進制、十進制或十六進制形式。該方式是將存儲器內容顯示在CRT屏幕上，顯示情況如圖10.3-6所示。圖10.3-6狀態(tài)表顯示

3.圖解顯示方式

圖解顯示是將CRT屏幕的X方向作為時間軸，將Y方向作為數據軸進行顯示的一種方式。將欲顯示的數字量通過D/A變換器轉變成模擬量，將此模擬量按照存儲器中取出數字量的先后順序顯示在CRT屏幕上，形成一個圖像的點陣。圖10.3-7BCD計數器圖解顯示圖10.3-8程序運行圖解顯示

4.映像顯示方式

映像顯示方式是把邏輯分析儀存儲器的全部內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，分別經由X、Y方向D/A

變換器變換為模擬量，送入CRT的X與Y通道，則每個存儲器字點亮屏幕上的一個點。圖10.3-9映像顯示圖10.3-10程序運行的映像圖10.3.4邏輯分析儀的應用

邏輯分析儀的應用是將被測系統(tǒng)接入邏輯分析儀，使用邏輯分析儀的探頭檢測被測系統(tǒng)的數據流。邏輯分析儀的探頭是將若干個探極集中起來，其觸針細小，便于探測高密度集成電路。圖10.3-11同步取樣和異步取樣的工作波形比較

1.測試數字集成電路

將數字集成電路芯片接入邏輯分析儀中，利用適當的顯示方式，可得到具有一定規(guī)律的圖像。如果顯示不正常，則可以通過顯示不正確的圖形找出邏輯錯誤的位置。圖10.3-12測量RAM2114的連線圖

2.測試時序關系及干擾信號

利用邏輯定時分析儀可以檢測數字系統(tǒng)中各種信號間的時序關系、信號的延遲時間以及各種干擾脈沖等。

3.檢測微處理機系統(tǒng)的運行情況

微處理機系統(tǒng)在工作過程中經常會發(fā)生硬件故障和軟件故障。圖10.3-13提供了用邏輯分析儀檢測微處理機系統(tǒng)運行情況的連接示意圖。圖10.3-13檢測微處理機系統(tǒng)邏輯分析儀除了可進行故障檢測外，還可監(jiān)視微處理器的一些特定事件。

(1)監(jiān)視微處理器的加電功能。

(2)監(jiān)視中斷功能。

(3)監(jiān)視數據傳送。

4.數字系統(tǒng)的自動測試系統(tǒng)

由微型計算機(帶GPIB總線控制功能)、邏輯分析儀和邏輯發(fā)生器以及相應的軟件可組成數字電路的自動測試系統(tǒng)。使用不同的應用程序，該系統(tǒng)能夠完成中小規(guī)模數字集成芯片的功能測試、某些大規(guī)模數字集成電路邏輯功能的測試、程序自動跟蹤、在線仿真以及數字系統(tǒng)的自動分析功能。測試系統(tǒng)的硬件組成如圖10.3-14所示。圖10.3-14自動測試系統(tǒng)10.3.5邏輯分析儀的發(fā)展概況

由于數字技術和微型計算機技術的發(fā)展十分迅速，因此作為檢測、維護重要設備的邏輯分析儀幾乎是同步迅速發(fā)展的，自推出第一臺邏輯分析儀至今，已發(fā)展到第四代智能的邏輯分析儀。

邏輯分析儀大體上分為邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時分析儀兩大類。這兩類的區(qū)別主要是工作方式和顯示方式不同。目前的發(fā)展趨勢是一臺分析儀同時具有狀態(tài)分析和定時分析功能。10.4測量新技術簡介

10.4.1矢量網絡分析測試技術

隨著電子信息系統(tǒng)和新式武器裝備的發(fā)展，占領和利用有限的頻譜資源已經成為高新技術發(fā)展和軍事電子技術及裝備發(fā)展的一個重要特點。矢量網絡分析測試技術具有以下幾個突出的特點。

(1)工作頻帶寬。

(2)測量精度高。

(3)動態(tài)范圍大。

(4)高速實時測試。10.4.2調制域測試技術

調制域測試技術是20世紀末出現的一個新的測試技術領域，它與過去我們熟知的時域測試、頻域測試一起被稱為目前的“三域”測試技術。時域測試測量輸入信號隨時間而變化的信號值，即測量信號值與時間的關系。頻域測試測量輸入信號隨頻率而變化的信號值，即測量信號值與頻率的關系。調制域測試測量輸入信號隨時間而變化的頻率值，所產生的顯示圖形代表信號的調制域，即測量信號的頻率值與時間的關系。10.4.3VXI總線技術

例如，電子科技大學測試技術及儀器研究所CAD研究室研制的VXI總線測試軟件平臺是我國VXI測試技術的重大突破。其主要技術指標如下：

(1)硬件環(huán)境：內嵌VXI控制器、MXI控制器和GPIB-VXI轉換器，有NIPCI-GPIB、AT-GPIB/TNTHP82350/82341和ES1400等GPIB接口，還有打印機和UPS等其他必要外設。

(2)軟件環(huán)境：Windows98操作系統(tǒng)，支持標準模塊驅動器(VISA32)。

(3)軟件特性：可編輯的圖形化編程環(huán)境，可自定義的虛擬面板，豐富的數據處理函數，開放的外部程序接口，同時管理VXI、GPIB、1553B、RS232儀器和模塊，使用方便的幫助系統(tǒng)。10.4.4智能儀器

智能儀器具有以下標志性的特點。

(1)以軟件為核心，控制能力強大。

(2)具有強大的數據存儲、處理功能。

(3)自動化、智能化程度高。10.4.5虛擬儀器

虛擬儀器具有如下特點：

(1)虛擬儀器的面板是虛擬的，面板上的各種控件圖標與傳統(tǒng)儀器面板上相應的各種開關、調節(jié)旋鈕所完成的功能相同。對虛擬儀器的操作只需用鼠標點擊相應的圖標即可。

(2)由軟件編程實現儀器的各種測量功能。一般地，在以PC為核心組成的硬件平臺的支持下，通過軟件編程設計來實現儀器的測試功能、分析功能等。

(3)虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化，可重復使用，靈活實現多樣化的儀器測試性能。

(4)通過使用標準接口總線和網卡，容易實現測量自動化、智能化和網絡化，實現“資源”共享。小結

(1)數字系統(tǒng)以數據或數據字作為時間或時序的函數，而不是把電壓作為時間或頻率的函數。數據域測量就是對數據流的測量。

(2)簡單邏輯電路的測量可用邏輯筆、邏輯夾等簡易工具進行，它檢測邏輯數據的高電平和低電平。在正邏輯規(guī)定下，高電平用數字“1”表示，低電平用數字“0”表示。對于復雜的數字系統(tǒng)，以一個正確的電路作為參考電路，