逻辑分析仪与示波器

在现实世界中，电信号是模拟的（包括数字信号！一示波器允许您查看模拟电压及其随时间的变化情况。示波器最适合用于评估信号完整性和测量模拟电路性能。

另一方面逻辑分析仪以数字形式表示信号：逻辑 0 或逻辑 1。这类似于具有 1 位分辨率的示波器。然而，大多数逻辑分析仪的通道比示波器多得多（8、16 甚至超过 100 个通道）。逻辑分析仪是查看数字波形、调试数字通信（例如串行、I2C）以及检定具有多条线路的数字系统（例如FPGA）的绝佳工具。

使用

在调试电路时，为工作选择合适的工具可能是至关重要的一步。示波器的核心可用于测量和可视化具有 1-4 个通道的模拟信号。逻辑分析仪最适合具有4个以上通道的数字系统。

示波器可以帮助您可视化模拟波形并测量各种特性，例如幅度、振铃、瞬态信号、相位和不需要的脉冲。即使在调试数字系统时，您也可以使用示波器轻松测量信号完整性。

示波器示例，在两个通道上显示正弦波和过冲

但是，如果您需要监视和调试数字系统的输出或捕获数字通信（例如串行和I2C），则逻辑分析仪通常是更好的工具。逻辑分析仪通常提供比示波器更多的通道，并且可以在状态模式下显示数据，其中一个通道充当时钟。

在六个通道上显示数字信号的逻辑分析仪示例

差异

示波器和逻辑分析仪之间的差异可以总结在下表中：

示波器	逻辑分析仪
在几个通道上测量和显示模拟信号	在多个通道上测量和显示数字信号
重复存储和显示小快照	显示前记录数据
实时显示信号	允许用户浏览可能较长的录制内容
测量波形的幅度和时序	测量数据捕获点之间的时间
提供实时功能，如快速傅里叶变换 （FFT）	提供数字系统独有的功能，如协议分析仪
用于显示稳定波形的简单阈值或脉冲宽度触发器	用于捕获和过滤数据的复杂触发系统

示波器如何工作？

下图显示了可在数字存储示波器 （DSO） 中找到的基本功能块。请注意，为了简单起见，省略了一些块。

示波器框图

探针：连接到电路的部分。大多数探头有两个尖端，因为示波器测量两点之间的电压（电位差）。

放大器/衰减器：示波器通常包含放大或衰减电信号的电路，以便有效地向用户显示。该电路可以位于探头中或示波器机箱内。

触发选择：许多示波器允许您在内部信号或外部信号（在单独的探头上）之间进行选择，以触发显示捕获波形的扫描。

控制逻辑：内部逻辑或软件，允许您配置如何捕获和显示信号。

ADC：模数转换器。ADC负责定期对电信号进行采样，并将电压转换为存储在存储器中的数字信息。示波器的ADC通常具有8位、12位或16位分辨率。

存储器：来自ADC的采样数据存储到存储器中。该信息用于重建显示器上电信号（波形）的近似值。

时基：用于控制显示器上的水平（时间）轴。触发信息可用于调整时基，使周期性信号（如正弦波）在显示屏中看起来很稳定。

显示：在现代数字示波器上，波形由时基信息和存储器中的数据生成。大多数情况下，波形以电压作为Y轴，时间作为X轴显示。

逻辑分析仪如何工作？

下图显示了大多数逻辑分析仪中的基本功能块。与示波器示例一样，模块已简化。

逻辑分析仪框图

探头：如果您使用的是逻辑分析仪，您可能需要将许多探头安装到狭小的空间中。因此，探头通常很简单：一根带有夹子的电线，很少或没有电路。有些探头可以将数十个通道封装在一个高密度连接器中，这需要在测试系统上有一个专门的安装点。

时钟选择：某些逻辑分析仪允许您选择用于对信号进行采样的时钟。内部时钟将定期采样（定时模式），或者输入通道可用作时钟源（状态模式）。

比较器：与示波器不同，逻辑分析仪将每个输入信号与用户定义的电压阈值进行比较。如果电压高于阈值，则存储为逻辑高电平（1）。否则，它将存储为逻辑低电平 （0）。由于逻辑分析仪不需要ADC，因此它们通常比示波器具有更多的通道。

触发逻辑：逻辑分析仪通常比示波器具有更多的触发功能。任何或所有探测通道都可用于触发捕获的开始，一些高级逻辑分析器将允许您构造一系列 if-then-else 语句来创建复杂的触发器。

触发选择：某些逻辑分析仪允许您选择从捕获的通道触发或单独的“触发”输入。此专用输入可用于与其他测试设备（如示波器）同步。

存储器：与许多现代示波器非常相似，逻辑分析仪将捕获的一系列逻辑 1 和 0 存储在存储器中。存储器可以位于逻辑分析仪的机箱内或计算机上（如USB逻辑分析仪）。

显示：描述捕获的数字信号的波形在显示器上绘制给用户。与示波器类似，每个波形的Y轴是电压。但是，电压是 1 位值：逻辑高电平仅表示电压超过阈值，逻辑低电平表示电压低于阈值。X 轴是时间。

混合信号示波器

有时，您可能会发现自己需要逻辑分析仪和示波器。许多电气工程师的工作台上都会有两台机器。然而，逻辑分析仪和示波器的组合可以在一种称为混合信号示波器（MSO）的设备中找到。

混合信号示波器示例

图片来源：Hameg的“HAMEG Instruments 的 350 MHz 混合信号示波器 HMO3524”已获得许可CC BY SA 3.0

MSO可以捕获和显示模拟和数字信号。它们通常有几个示波器通道以及数十个数字输入。此外，它们还可以根据模拟和数字特性配置复杂的触发器。