ロジックアナライザ

ロジックアナライザは、デジタルシステムまたはデジタル回路から複数のロジック信号をキャプチャして表示する電子機器です。ロジックアナライザは、キャプチャしたデータをタイミング図、プロトコルデコード、ステートマシントレース、オペコードに変換したり、オペコードをソースレベルのソフトウェアと相関させたりすることができます。ロジックアナライザには高度なトリガー機能があり、デジタルシステム内の多くの信号間のタイミング関係を確認する必要がある場合に役立ちます。^[1]

現在、市場には 3 つの異なるカテゴリのロジック アナライザが存在します。

• モジュラーLA は、シャーシまたはメインフレームとロジック アナライザ モジュールの両方で構成されています。^[2] メインフレーム/シャーシには、ディスプレイ、コントロール、制御コンピュータ、および実際のデータ キャプチャ ハードウェアがインストールされる複数のスロットが含まれています。モジュールにはそれぞれ特定の数のチャネルがあり、複数のモジュールを組み合わせて非常に多くのチャネル数を実現できます。モジュラー ロジック アナライザは通常より高価ですが、複数のモジュールを組み合わせて多くのチャネル数を実現できることと、モジュラー ロジック アナライザの一般的に高いパフォーマンスにより、価格が正当化されることがよくあります。非常にハイエンドのモジュラー ロジック アナライザの場合、ユーザーは独自のホスト PC を用意するか、システムと互換性のある組み込みコントローラを購入する必要があります。^[3]

• ポータブルLA ^[4]は、スタンドアロンLAと呼ばれることもあります。ポータブルロジックアナライザは、すべてを1つのパッケージに統合し、オプションは工場でインストールされています。ポータブルロジックアナライザは、一般的にモジュラーロジックアナライザよりもパフォーマンスが低いですが、コスト意識の高いユーザーによって汎用デバッグに使用されることがよくあります。
• PC ベースのLA。ハードウェアはUSBまたはEthernet接続を介してコンピューターに接続し、キャプチャした信号をコンピューターのソフトウェアに中継します。これらのデバイスは、PC の既存のキーボード、ディスプレイ、CPU を利用するため、通常、はるかに小型で安価です。

ロジック アナライザーは、複雑なデジタル イベントのシーケンスでトリガーされ、テスト対象システム(SUT)から大量のデジタル データをキャプチャできます。

ロジック アナライザが初めて使用されるようになったとき、デジタル システムに数百個の「クリップ」を取り付けるのが一般的でした。その後、専用コネクタが使用されるようになりました。ロジック アナライザ プローブの進化により、複数のベンダーがサポートする共通のフットプリントが実現し、エンド ユーザーにさらなる自由がもたらされました。2002 年 4 月に導入されたコネクタレス テクノロジ (ベンダー固有の商標名で識別される: Compression Probing、Soft Touch、D-Max) は人気を博しています。これらのプローブは、信号あたり 0.5 ～ 0.7 pF 未満の負荷で、プローブと回路基板間の耐久性と信頼性に優れた機械的および電気的接続を提供します。

プローブが接続されると、ユーザーは各信号の名前でアナライザをプログラムし、複数の信号をグループ化して操作を容易にすることができます。次に、キャプチャ モードを選択します。「タイミング」モードでは、入力信号が内部または外部のクロック ソースに基づいて一定の間隔でサンプリングされます。「状態」モードでは、1 つ以上の信号が「クロック」として定義され、これらのクロックの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジでデータが取得され、オプションで他の信号を使用してこれらのクロックを修飾します。

モードを選択したら、トリガー条件を設定する必要があります。トリガー条件は、単純なもの (単一信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジでトリガーするなど) から非常に複雑なもの (TCP/IP スタックの上位レベルをデコードするようにアナライザーを構成し、特定の HTTP パケットでトリガーするなど) までさまざまです。

この時点で、ユーザーはアナライザーを「実行」モードに設定し、1 回トリガーするか、繰り返しトリガーするかを選択します。

データがキャプチャされると、単純なもの (波形や状態リストの表示) から複雑なもの (デコードされた Ethernet プロトコル トラフィックの表示) まで、さまざまな方法で表示できます。一部のアナライザは「比較」モードでも動作し、キャプチャされた各データ セットを以前に記録されたデータ セットと比較し、このデータ セットが一致しているかどうかに応じてキャプチャを停止するか、オペレータに視覚的に通知します。これは、長期にわたる実験テストに役立ちます。最近のアナライザは、トリガーが成功したときにテスト データのコピーをエンジニアに電子メールで送信するように設定することもできます。

ICを含む多くのデジタル設計は、ユニットが構築される前に欠陥を検出するためにシミュレーションされます。シミュレーションでは通常、ロジック分析が表示されます。多くの場合、複雑な個別ロジックは、入力をシミュレーションし、境界スキャンを使用して出力をテストすることで検証されます。ロジック アナライザは、シミュレーションでは見つからないハードウェアの欠陥を発見できます。これらの問題は通常、シミュレーションでモデル化するのが難しすぎるか、シミュレーションに時間がかかりすぎ、複数のクロック ドメインにまたがることがよくあります。

フィールドプログラマブルゲートアレイはロジックアナライザの一般的な測定ポイントとなり、ロジック回路のデバッグにも使用されます。

ロジック アナライザーは、1 つまたは複数の通信フレームを示す長いロジック シーケンスをキャプチャできるため、 I2C、SPI、UARTなどのシリアル プロトコルを分析する場合にも非常に便利です。通常、ロジック アナライザー ソフトウェアはプロトコル レイヤーも解釈するため、ファームウェアのデバッグが面倒な作業ではなくなります。

1960 年代にデジタル コンピューティングと集積回路が登場すると、 ^[5]オシロスコープでは対処が難しい新しい困難な問題が発生するようになりました。コンピューティングの歴史で初めて、多数の信号を同時に表示することが不可欠になりました。初期のソリューションでは、複数のオシロスコープのハードウェアを 1 つのパッケージに統合しようとしましたが、画面が乱雑で、明確なデータ解釈ができず、プローブの制約もあって、このソリューションはほとんど使用できませんでした。

1973 年 10 月のHewlett-Packard Journalで発表された HP 5000A ロジック アナライザは、おそらく「ロジック アナライザ」と呼ばれる最初の市販機器でした。ただし、HP 5000A は 2 チャンネルに制限されており、2 列の 32 個のLEDで情報を表示していました。最初の真の並列機器は 12 チャンネルの HP 1601L で、HP 180 シリーズ オシロスコープ メインフレームのプラグインであり、オシロスコープの画面を使用して 16 列の 12 ビット ワードを 1 と 0 で表示しました。これは 1974 年 1 月のHewlett-Packard Journalで発表されました。^[6]

ミックスド シグナル オシロスコープは、デジタル ストレージ オシロスコープの機能とロジック アナライザを組み合わせたものです。これらの利点には、アナログ信号とデジタル信号を時間的に同時に表示できること、デジタル信号またはアナログ信号のいずれかでトリガーしてもう一方の信号でキャプチャできることなどがあります。ミックスド シグナル オシロスコープの制限としては、状態モード データをキャプチャできないこと、チャンネル数が限られていること、ロジック アナライザほどの分析の深​​さと洞察力が得られないことなどが挙げられます。

• バスアナライザー

• ロジックアナライザを使いこなす - Keysight

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