Как выбрать логический анализатор

Время чтения: 10 минут

Логический анализатор - электронный прибор, способный записывать и отображать изменения цифровых сигналов во времени или, говоря проще, последовательности сигналов. Каждый человек увлекающийся электроникой и программированием сталкивается с желанием посмотреть, что там происходит в устройстве на уровне 0 или 1. Это желание возникает при поиске ошибок в «рабочем» коде.

И, чтобы принять правильное и взвешенное решение о том, какой анализатор купить, предлагаем для начала разобраться как такие приборы устроены.

Объединяет обычные и USB нагрузки то, что и те, и другие имеют в конструкции силовой узел, состоящий из транзистора высокой мощности, узла контроля тока и радиатора с вентилятором. Из-за этого параметры выбора USB нагрузки совпадают с таковыми у обычных: ток, напряжение и мощность.

Структурную схему анализатора можно упростить до вида, показанного на рисунке.

Напряжение с каждого входа попадает в устройство записи, где фиксируется логическое состояние входа. В качественных устройствах входная часть дополняется буфером, защищающим остальную схему от случайного высокого напряжения.

Измерив логическое состояние входа, устройство записи сохраняет его в память. Перед записью данных в память, устройство записи выполняет компрессию (сжатие) для оптимизации ограниченного размера памяти. Тут стоит отметить, что не все логические анализаторы сжимают данные, это свойственно дорогим моделям.

Далее данные попадают на устройство связи с компьютером, на котором запущен софт для отображения записанных данных. Уже в этом программном обеспечении выполняется декодирование протоколов и т.д.

При использовании быстрых интерфейсов связи с компьютером, схема упрощается, исключая процесс записи во внутреннюю память. При этом данные о состоянии логических входов сразу отправляются на компьютер.

Принцип работы цифровых осциллографов схож с работой логических анализаторов. Однако осциллограф записывает изменения с заданным разрешением. Из этого вытекает, что для кодирования одного отсчета в памяти осциллографа выделяется 2n бит, где n – амплитудное разрешение осциллографа.

Получается, что логическим анализатором можно записать и отобразить только фиксированные цифровые сигналы 0 или 1. Осциллографом, можно посмотреть на точные параметры сигнала (шумы, наводки, измерить уровень напряжения и т.п).

Поэтому, если нужно проанализировать качество сигнала, то рекомендуем прочесть нашу статью «Как выбрать осциллограф»

Стоит отметить, что существуют модели анализаторов сигналов, способных записывать амплитудные значения для оценки формы сигнала. Однако при работе в таком режиме сильно падает частота дискретизации и результат измерений не пригоден для расчетов и аналоговых измерений.

Разобравшись с принципом работы логических анализаторов, рассмотрим детально их параметры.

Самым важным параметром является частота дискретизации. Этот параметр отражает время между отсчетами логических состояний на входе, и из него вытекает ограничение на максимальную возможную частоту сигнала для измерения.

Если частота семплирования 100 МГц, то максимально возможная частота - 50 МГц, а время между отсчетами в записанном сигнале составит 1 мкс. Работать и полагаться на точность измерений вы сможете до 33 МГц.

Из этого следует, что при выборе анализатора важно четко понимать, с сигналами какой частоты необходимо работать.

Следующий параметр выбора анализатора — количество каналов. Речь идет о количестве независимых входов для измерений логических состоянии. Тут всё просто — чем больше, тем лучше. При этом важно понимать, что с увеличением количества каналов, часто падает частота дискретизации. По большей части, приборы делают по схеме, когда каналы оцифровываются последовательно. Если каналов несколько, анализатор может не успевать измерять и записывать логическое состояние на входах за время между отсчетами. Это приводит к снижению частоты семплирования.

Существуют анализаторы, в которых измерение происходит синхронно и независимо, но частота дискретизации так же падает от большого количества каналов. Происходит это из-за ограничений пропускной способности шины данных.

Давайте взглянем на DreamSourceLab DSLogic U2Basic. У этого анализатора частота дискретизации 100 МГц и 16 каналов. Если запустить запись во внутреннюю память, то каждый из 16 каналов будут писаться с частотой дискретизации в 100 МГц. Переключив анализатор в потоковый режим передачи, при котором данные сразу отправляются на компьютер, то при оцифровке 16 каналов, частота снизится до 20 МГц. Таким образом, итоговая частота дискретизации зависит от пропускной способности используемой шины USB 2.0.

Размер встроенной памяти в анализаторе логических сигналов влияет на возможную длительность записи данных. Критичный параметр, если записывать длинные последовательности данных для анализа.

Наличие буфера и цепей защиты по входу обезопасят дорогие микросхемы от выхода из строя по причине попадания высокого напряжения на входные разъемы.

Значительную роль в работе логических анализаторов выполняет программное обеспечение, ведь в нем происходит декодирование и анализ измеренных данных. Исключение — автономные портативные приборы, отображающие записанные последовательности на экране.

Программное обеспечение доступно на сайтах производителей логических анализаторов, которое можно установить и запустить, не имея на руках нужного прибора. Используя тестовые режимы или режимы симуляции, можно посмотреть, как будут выглядеть сигналы, полученные с анализатора.

Наш совет — посмотрите на программное обеспечение логического анализатора перед покупкой.

Для примера сравним несколько анализаторов. Рассмотрим модель Saleae Logic8 — дешевый анализатор сигналов, который имеет 8 входов, с частотой дискретизации до 24 МГц (в цифровом режиме) и пропускной способностью в 24 Мб/сек. Значит, если смотреть сразу 8 каналов, то частота дискретизации снизится.

Плюс этой модели - защита от статического напряжения и небольшая цена. Из минусов — настройка триггера ограничивается переключением из режима 1.8-3.6 В в 3.6-5 В.

Saleae Logic8 рекомендуем начинающим, например, тем, кто собирает конструкции на Arduino и хочет посмотреть на общение с модулями.

Взглянем на анализатор Kingst LA1010. Эта модель уже из средней ценовой категории. Заявленная частота дискретизации 100 МГц, у этой модели 16 каналов, и пропускная способность в 20 Мб/сек. Частота 100 МГц работает только в трехканальном режиме, при увеличении числа записываемых каналов до 6 частота падает до 50 МГц, а при 16 каналах до 6 МГц.

Плюс этой модели - защитные цепи по цепям входа; настраиваемый триггер, от -4 до +4 вольт с шагом в 1 сотую вольта; встроенные интерфейсы в программное обеспечение и в добавок два ШИМ выхода, с частотой до 10 МГц. Из минусов — низкая полоса пропускания, из-за чего использование всех 16 каналов — это сомнительная затея, так как при этом частота упадет до 6 МГц.

Kingst LA1010 советуем людям с опытом, тем, кто занимается последовательными интерфейсами (I2C, SPI, CAN и др.), ведь при работе с такими интерфейсами достаточно использовать 2-3 канала и не терять частоту дискретизации.

Если вы работаете с более чем тремя каналами, то лучше взглянуть на анализатор Hantek 4032L. У этого анализатора логических сигналов частота дискретизации 400 МГц, а полоса пропускания 150 МГц, 32 канала, защита от статики и входные буферы с защитой по напряжению. Настройка триггеров по напряжению, глубина памяти в 2 Гб. Программное обеспечение поддерживает большое количество цифровых интерфейсов для понимания.

Сравним несколько USB логических анализаторов, используя таблицу.