文档介绍：第8章数据域测量
概述
逻辑分析仪
可测试性设计
本章小结
概述
数据域测量的基本概念
数字系统的故障模型与测量方法
数据域测试系统与仪器
数字电路的简易测试
数据域测量的基本概念
数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性,其被测系统的信息载体主要是二进制数据流,其理论基础是数字电路和逻辑代数。
1)数据域测量与时域测量、频域测量的比较
数据域分析测试的对象是数字系统,而数字系统中的信号表现为一系列随时间变化并按一定的时序关系形成的数据流,其取值和时间都是离散的,因而其分析测试方法与时域及频域都不相同。图8-1所示为数据域分析与时域分析、频域分析之间的比较。
(a)时域分析(b)频域分析
(c)数据域分析
图8-1 时域、频域与数据域分析的比较
2)数据域测量的特点
(1)数字信号通常是按时序传递的。 测量检查各数字信号之间逻辑时序关系是否符合设计要求是数据域分析测试的最主要任务。 (2)数字系统中信号的传递方式多种多样。 从宏观上来讲,数字信号的传递方式分为串行和并行两大类。从微观上来讲,不同的系统、甚至系统内不同的单元,采用的传递方式都可能不同。因而为适应不同的应用场合,数据分析测试仪器往往具有多通道测试能力,有的甚至高达500多个通道。 (3)数字信号往往是单次或非周期性的。 数字设备的工作是时序的,在执行一个程序时,许多信号只出现一次,或者仅在关键的时候出现一次;某些信号可能重复出现,但并非时域上的周期信号。
(4)被测信号的速率变化范围很宽。
(5)数字信号为脉冲信号。
数字信号往往表现为突变的电压或电流,因此它是脉冲信号。由于被测数字信号的速率可能很高,各通道信号的前沿很陡,其频谱分量也十分丰富,所以数据域测量仪器必须能够分析测量短至ps级的信号,如脉冲信号的建立和保持时间等。
(6)被测信号故障定位难。
通常,数字信号只有“0”、“1”两种电平,数字系统的故障不只是信号波形、电平的变化,更主要的在于信号之间的逻辑时序关系,电路中偶尔出现的干扰或毛刺等都会引起系统故障。同时,由于数字系统内许多器件都挂在同一总线上,因此当某一器件发生故障时,用一般方法进行故障定位比较困难。
数字系统的故障模型与测量方法
数据域测量的任务一是确定系统中是否存在故障,称为故障检测;二是确定故障的位置,称为故障定位。三是分析产生故障的原因,寻求排除故障的方法,称为故障处理。其理论基础是数字电路与逻辑代数。
各种数字系统中故障数目的差异是很大的,一个系统中故障的种类也是各种各样的,多种故障的组合方式则更多。因此,为了便于研究故障,对故障进行分类,从而归纳出典型的故障,这个过程叫做故障的模型化。
1)固定型故障
固定型故障模型主要反映电路或系统中某一信号线的不可控性,即在系统运行过程中总是固定在某一逻辑值上。如果该线(或该点)固定在逻辑高电平上,则称之为固定“1”型故障;如果该线(或该点)固定在逻辑低电平上,则称之为固定“0”型故障。
2)暂态型故障
(1)瞬态故障。瞬态故障往往不是由电路或系统中硬件引起的,而是由电源干扰和粒子的辐射等原因造成的,因此这一类故障无法人为地复现,这种故障在计算机内存芯片中经常出现。
(2)间歇性故障。间歇性故障是可复现的非固定型故障。
3)桥接型故障 桥接型故障可以表达两根或两根以上信号线之间的短接故障,这是一种MOS工艺中常出现的缺陷。按桥接型故障发生的物理位置分为两大类:一类是元件输入端之间的桥接故障,另一类是元件输入端和输出端之间的桥接故障。
4)延迟型故障 所谓延迟型故障,是指因电路延迟超过允许值而引起的故障。在工程实际中往往遇到这种情况,一个电路的逻辑是正确的,但却不能正常工作,究其原因,是电路的定时关系上出现了故障,这就是延迟型故障。电路中的传输延迟一直是限制数字系统时钟频率提高的关键因素,对于高频工作的电路,任何细小的制造缺陷都有可能引入不正确的延时,导致电路无法在给定的工作频率下正常工作。
数据域测量的任务有三个:一是确定系统中是否存在故障,称为故障检测;二是确定故障的位置,称为故障定位;三是分析产生故障的原因,寻求排除故障的方法,称为故障处理。对于一个有故障的数字系统,首先要判断其逻辑功能是否正常,其次要确定故障的位置,最后分析故障原因,这个过程称为故障诊断。故障诊断一般有穷举测试法、结构测试法、功能测试法和随机测试法等四种方法。
(1)穷举测试法
穷举测试法是对输入的全部组合进行