Loogikaanalüsaator

Loogikaanalüsaator on mõõteseade digitaalsignaalide mõõtmiseks. Digitaalsetes elektroonikaskeemides kasutatakse valdavalt kahendloogikat kus on kaks võimalikku olekut: 0 (madal, väär) ja 1 (kõrge, tõene). Neile kahele olekule vastab füüsikaline suurus, milleks on tavaliselt elektriline pinge. Viimast mõõdetakse maa ehk üldjuhtme suhtes. Loogikaanalüsaatorid võeti kasutusele ligikaudu samal ajal kui ilmusid esimesed mikroprotsessorid.. Kuigi ostsilloskoobiga saab digitaalsignaale hästi mõõta, on keerulisemate digitaalahelate mõõtmisel peamiseks piiranguks ostsilloskoobi väike sisendite arv. Loogikaanalüsaatorid liigitatakse kolmeks: Keskarvutil põhinev (mainframe), mis koosneb arvutist, juhtseadmetest, ekraanist ja mitmest pesast salvestusliideste jaoks. Eraldiseisev loogikaanalüsaator on kompaktne kõik ühes seade. Arvutipõhine, mis ühendatakse arvutiga kas jada- (USB või RS-232) või paralleelliidese kaudu (LPT). Loogikaanalüsaatoril on kaks peamist kasutusviisi. Esimene kasutusviis on olekute analüüs. See hõlmab uuritava seadme olekute kontrollimist ja võrdlemist soovituga. Siinjuures on skeemi või skeemiosa olek kõigi uuritavate ahelate (näiteks andmesiini) kahendväärtuste (üksikute olekute) kogum. Olekut vaadatakse olukorras kus andmed on kehtivad ehk taktsignaali väljakujunenud olukorras. Kuvatavaks väljundiks võib olla kahendkood, olekute graaf (lõplik olekumasin) või dekodeeritud andmed (näiteks SPI või I2C protokollide käsud). Teine kasutusviis on ajastuse analüüs. Sel juhul uuritakse signaalide ajalisi kestusi ning nende omavahelisi ajalisi viiteid. Siin on väljundiks ajadiagramm ning sarnaselt ostsilloskoobiga kuvatakse ka loogikaanalüsaatori x-teljel aeg ja y-teljel signaali väärtus. Peamine erinevus ostsilloskoobist seisneb aga loogikaanalüsaatori y-telje väärtuste diskreetsuses. Teisiti öeldes on y-teljel ehk vertikaalteljel kuvatavad väärtused kas kõrgel nivool (loogiline 1) või madalal nivool (loogiline 0). Seega näitab vertikaaltelg loogikanivood, mitte signaali pinge amplituudi. Mitme signaali mõõtmisel kuvatakse iga signaal eraldi real. Loogikaanalüsaator käivitatakse trigeri seadistamisega. Trigeri rakendumisel hakkab analüsaator sisendsignaali diskreetima ajahetkedel, mis on määratud diskreetimissagedusega. Diskreetimissagedust saab kasutaja muuta. Suurema väärtuse korral saab signaali ajaliselt vähem salvestada, kuna seadme mälumaht on piiratud. Võendamissageduse valimisel lähtutakse Nyquisti-Shannoni teoreemist, mille järgi peab võendamissagedus olema vähemalt kaks korda suurem sisendsignaali suurimast sagedusest. Selle nõude eiramisel saadakse valed tulemused: lühikene impulss võib jääda märkamatuks, kui see satub kahe võendamishetke vahele. Kui aga lühike impulss satub võendamishetkele kuvatakse see kogu kahe võendamishetke ulatuses. Mitme järjestikuse lühikese impulsi korral võib väljundsignaal oluliselt erineda tegelikust signaalist. Seda tüüpi tulemusi nimetatakse alias-diskreetmoonutusteks. Mõõdetud kahendväärtused salvestatakse puhvermällu. Seejärel saab salvestatud signaali uurida olekute analüüsi või ajalise analüüsi vahenditega. Andmete mällu salvestamiseks on kaks meetodit: esiteks iga diskreedi salvestamine, teiseks ainult oleku muutuste salvestamine. Viimane on mälu kasutuselt kokkuhoidlikum. Eristatakse kolme tüüpi trigereid. Nivoopõhine triger – diskreetimine käivitatakse vastava signaali oleku (0 või 1) saabumisel. Frondipõhine triger – diskreetimine käivitatakse signaali muutusel. Mustripõhine triger – diskreetimine käivitatakse pärast määratud olekute jada läbimist. Diskreetimise käivitamise võib lubada ka alles pärast teatud arvu trigeri sündmuste läbimist. Mõned seadmed näitavad signaali väärtusi ka enne trigeri käivitumist. Sel juhul loogikaanalüsaator pidevalt küll mõõdab sisendsignaali kuid ekraanil kuvatakse signaal alles pärast trigeri käivitumist. Järgnevalt on toodud loogikaanalüsaatori Tektronix TLA5204 olulisemad parameetrid. Ehituselt on Tektronix TLA5204 kohandatud personaalarvuti, mis kasutab Microsoft Windows XP operatsioonisüsteemi ja loogikaanalüüsiks tarvilikke rakendusprogramme. Sisendkanalite arv: 136. Suurim lubatud sisendsignaali sagedus: 235 MHz Lubatud sisendpinge: –2,5…5,0 V Loogika nivoode valimise samm: 5 mV Puhvermälu maht: 32 Mb Ajaline lahutus: 500 ps Loogikaanalüsaatorite sisendkanalite arv varieerub erinevatel seadmetel alates mõnest kuni mitmesajani. Puhvermälu mahust sõltub, kui palju diskreete saab loogikaanalüsaatorisse salvestada. Sellest sõltub ka mõõteakna ajaline kestus. Logic Analyzer Fundamentals, lk.3 (PDF) The Engineering Handbook, Second Edition, CRC Press 2004, S. Mourad, M. S. Haydt, ptk. 132.4 The Engineering Handbook, Second Edition, CRC Press 2004 S. Mourad, M. S. Haydt, ptk. 132.3 The Electronics Handbook, Second Edition, CRC Press 2005, J. C. Whitaker, lk. 2248 Tektronix TLA5000 seeria andmeleht, lk. 3 (PDF) "Tektronix TLA5000 seeria tooteleht". Originaali arhiivikoopia seisuga 24. aprill 2011. Vaadatud 29. aprillil 2011. Logic Analyzer Fundamentals, lk 4 (PDF)