電子測量 杜志勇 王鮮芳 第8章

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1、第8章數(shù)據(jù)域測量技術(shù)8.1數(shù)據(jù)域測試的基本概念8.2數(shù)據(jù)域測量技術(shù)8.3邏輯分析儀8.1數(shù)據(jù)域測試的基本概念在測量儀表中，數(shù)字化的測量方法不僅比傳統(tǒng)的模擬的測量方法精度高、測試功能更強(qiáng)，而且還易于實(shí)現(xiàn)測試的智能化和自動(dòng)化。為了解決數(shù)字設(shè)備在研制和生產(chǎn)、檢修中的測試問題，一種新的測試技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生了.由于這些設(shè)備的信息載體主要是二進(jìn)制數(shù)，為了區(qū)別時(shí)域和頻域的測量，常把這一類測試技術(shù)稱為數(shù)據(jù)域測試技術(shù)。8.1.1數(shù)據(jù)域測試的特點(diǎn)數(shù)據(jù)域測試的對象主要是數(shù)字系統(tǒng)，包括芯片、印刷電路板（PCB）、設(shè)備乃至系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的測試相比較，數(shù)據(jù)域測試有許多優(yōu)點(diǎn)。（

2、1）被測信號持續(xù)時(shí)間短。（2）被測信號故障定位難。（3）被測信號的非周期性。（4）信息傳遞方式的多樣化。（5）數(shù)字電路的可測性設(shè)計(jì)和內(nèi)在自測性設(shè)計(jì)技術(shù)。數(shù)據(jù)域測試技術(shù)的最新發(fā)展之一是無接觸測試，即在測試儀器與被測板之間沒有接觸，省去了各種測試夾具及連接器。目前已被采用的有自動(dòng)視覺測試儀（AVT）和熱圖像處理等技術(shù)。8.1.2數(shù)字信號的特點(diǎn)（1）數(shù)字信號一般為多路。（2）數(shù)字信號按時(shí)序傳遞。（3）數(shù)字信號的傳遞方式。（4）數(shù)字信號的非周期性。（5）數(shù)字信號頻率范圍寬。8.2數(shù)據(jù)域測量技術(shù)8.2.1簡單邏輯電路的簡易測試數(shù)字電路是以“0”、“1”組

3、成的數(shù)字信號為目的的電路，他們由與門、或門、非門和各類觸發(fā)器組成。因此，確認(rèn)電路電平的高低是否符合邏輯的規(guī)定，邏輯關(guān)系是否正確，當(dāng)輸入變化時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)是否正確，都是研究數(shù)字電路的基本任務(wù)。對于較簡單的數(shù)字電路，可以利用示波器、邏輯筆、邏輯比較器和邏輯脈沖發(fā)生器等簡單而廉價(jià)的數(shù)據(jù)域測量儀器來進(jìn)行測試。被測電平的高低可以用小燈泡或發(fā)光二極管（LED）的亮暗以及小喇叭發(fā)聲的強(qiáng)弱來檢測。1.基本邏輯部件的測試(a)與門(b)或門(c)非門圖8.1基本邏輯元件的測試對基本部件的測試可以用8.1的電路來進(jìn)行，其中（a）、（b）、（c）分別為測試與門、或門和

4、非門的電路。輸入信號與發(fā)光二極管亮暗的真值表如表8-1所示。如果發(fā)光二極管的亮滅與表中不同，則認(rèn)為電路功能可能有錯(cuò)。器件輸入組合K2置1K2置2與門0011011亮亮亮滅滅滅滅亮或門0011011亮滅滅滅滅亮滅亮非門01滅亮表8-1基本邏輯元件測試真值表8.2.2窮舉法和隨機(jī)測試1.窮舉測試法在基本邏輯元件測試中，我們看到，數(shù)字電路測試的實(shí)質(zhì)。就是對n個(gè)輸入端加入2n個(gè)可能的組合信號，然后觀察輸出是否正確。如果對所有的輸入信號，輸出信號的邏輯關(guān)系都正確，則這個(gè)數(shù)字電路是正確的。如果輸出的邏輯關(guān)系不正確，這個(gè)數(shù)字電路作為參考電路。兩電路加上相同的

5、測試數(shù)據(jù)流，對它們的輸出進(jìn)行比較。如果兩電路輸出數(shù)據(jù)流始終相同，則證明被測電路是正確的，否則被測電路是錯(cuò)誤的。根據(jù)這個(gè)比較結(jié)果，給出“合格/失效”的指示。窮舉測試法如圖8.2所示。窮舉測試法的優(yōu)點(diǎn)是能夠100%的測試出故障，但是測試時(shí)間隨著輸入端n的增加呈指數(shù)增加。例如，n=4時(shí)，2n=16，即輸入端數(shù)為4時(shí)，輸入信號有16種可能的組合情況；n=8時(shí)，2n=256；n=16時(shí)，2n=65536。以此類推，當(dāng)n很大時(shí)，窮舉測試所需的時(shí)間太長導(dǎo)致無法使用，因此，近年來又提出了偽窮舉測試技術(shù)。有興趣的讀者可以找一下這方面的資料。窮舉測試矢量產(chǎn)生被測電

6、路參考電路比較圖8.2窮舉測試示意圖2.隨機(jī)測試法將圖8.2種的“窮舉測試矢量產(chǎn)生”電路換成“隨機(jī)測試矢量產(chǎn)生”電路，該圖即成為隨機(jī)測試法的原理框圖。圖中的“測試矢量產(chǎn)生”產(chǎn)生的就是測試的矢量數(shù)據(jù)流。它能夠隨機(jī)的產(chǎn)生輸入2n種組合的數(shù)據(jù)流，由它產(chǎn)生的隨機(jī)或偽隨機(jī)測試矢量序列同時(shí)加到被測電路和已知功能完好的參考電路中，對他們的輸出響應(yīng)進(jìn)行比較，根據(jù)比較，給出評定。隨機(jī)矢量產(chǎn)生器可以由軟件也可以由硬件構(gòu)成。8.3邏輯分析儀邏輯分析儀是屬于總線分析儀一類的數(shù)據(jù)域測試儀器。它主要用于查找總線（或多線）相關(guān)故障，是數(shù)據(jù)域測試中使用最廣泛的一種儀器。8.3

7、.1邏輯分析儀的基本組成邏輯分析儀的基本結(jié)構(gòu)組成如圖8.3所示。圖8.3邏輯分析儀的基本組成由圖8.3可見，邏輯分析儀主要由數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩部分組成。數(shù)據(jù)捕獲部分用來捕獲并存儲要觀察的數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)輸入部分將各通道的輸入變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)流：而觸發(fā)產(chǎn)生部分則根據(jù)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(dāng)搜索到特定的數(shù)據(jù)字時(shí)，就產(chǎn)生觸發(fā)信號以控制數(shù)據(jù)存儲器開始存儲有效數(shù)據(jù)或停止存儲數(shù)據(jù)，以便將數(shù)據(jù)流進(jìn)行分塊。數(shù)據(jù)顯示部分則將存儲器里的有效數(shù)據(jù)以多種顯示方式顯示出來，以便對捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。整個(gè)系統(tǒng)的工作受外時(shí)鐘或內(nèi)時(shí)鐘的控制。8.3.2邏輯

8、分析儀的觸發(fā)方式正常運(yùn)行的數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流是很長的，各數(shù)據(jù)流的邏輯狀態(tài)也各不相同，而存儲數(shù)據(jù)的存儲容量和顯示數(shù)據(jù)的屏幕尺寸是有限的。因此要全部一個(gè)不