Scegliere un analizzatore logico

Se stai cercando un analizzatore logico, come puoi sapere quale è quello giusto per te? Ci sono molte opzioni tra cui scegliere, e guardare le varie specifiche tecniche può essere intimidatorio. Questo articolo ti fornirà alcune caratteristiche potenziali da considerare quando valuti il tuo acquisto.

Formato
La prima decisione importante da prendere è che tipo di analizzatore logico desideri? Esistono tre diverse forme: portatile, modulare e basato su PC. Ciascun formato ha il suo insieme di vantaggi e svantaggi degni di considerazione.

Portatile
Gli analizzatori logici portatili sono generalmente scatole di grandi dimensioni progettate per essere posizionate su un banco da lavoro. Simili a un oscilloscopio, di solito hanno uno schermo e una serie di manopole e pulsanti per navigare tra i vari menu. Molti analizzatori portatili moderni sono semplicemente custodie che avvolgono un computer che esegue un sistema operativo, come Windows.
 

Mentre alcuni di essi possono avere aree di visualizzazione relativamente grandi, spesso non possono competere in termini di dimensioni e spazio con un tradizionale monitor del computer desktop. Stare a lungo a guardare uno schermo piccolo può essere faticoso.

Il nome "portatile" deriva dal fatto che i componenti dell'analizzatore logico sono completamente autocontenuti. Molti di essi dispongono di maniglie grandi che consentono di spostare l'unità, se necessario. Tuttavia, alcuni di essi sono abbastanza ingombranti e possono pesare oltre 13 kg, il che può rendere difficile spostare fisicamente tali attrezzature.

Nonostante il loro ingombro, gli analizzatori logici portatili possono contenere hardware specializzato che consente di misurare segnali a frequenze più elevate. Poiché non richiedono un computer separato, non si è limitati dalla velocità di connessione esterna, come USB ed Ethernet.

Modulare
Gli analizzatori logici modulari possono essere montati in rack o schede che scorrono in un backplane. È possibile sostituire varie unità modulari per creare un insieme unico di attrezzature di prova per le tue esigenze specifiche.

Nella maggior parte dei casi, gli analizzatori modulari richiedono un software per computer per controllare la raccolta e l'analisi dei dati. Avere un computer separato offre un potenziale schermo più grande e un percorso più semplice per l'aggiornamento del software. Tuttavia, si è limitati dalla velocità di connessione (ad esempio, USB o Ethernet) tra l'attrezzatura di prova e il computer.

Mentre i singoli moduli possono essere di dimensioni ridotte (tali da adattarsi al palmo di una mano), non possono funzionare senza il backplane appropriato. Questi backplane possono variare dalle dimensioni di una scatola delle scarpe a una piccola stanza.

Basati su PC
Gli analizzatori logici basati su PC sono simili agli analizzatori modulari nel senso che richiedono computer host per controllare i parametri di acquisizione e visualizzare le forme d'onda. Tuttavia, non richiedono un backplane per funzionare.
 

A causa della dipendenza da un computer host per comandi e controllo, gli analizzatori logici basati su PC sono limitati dalla velocità di connessione. È importante considerare il tipo di connessione disponibile. Ad esempio, USB 3.0 offre velocità di trasferimento dati superiori rispetto a USB 2.0.

Grazie alla necessità di un computer separato per funzionare, il software è facilmente aggiornabile, e si ha la possibilità di utilizzare uno o più schermi più grandi per agevolare il debug. Inoltre, quando abbinati a un laptop, gli analizzatori basati su PC di dimensioni ridotte possono essere estremamente portatili, il che può essere vantaggioso se si sta effettuando il debug di un circuito in un'auto o durante una conferenza.

Specifiche tecniche
Nel corso della ricerca di analizzatori logici, ti imbatterai in una moltitudine di specifiche tecniche. Può essere utile riflettere sui tipi di circuiti che desideri analizzare prima di esaminare le varie specifiche. Ad esempio, stai lavorando con protocolli a bassa velocità, come UART e I2C? Hai bisogno di dozzine di canali per caratterizzare un circuito FPGA complesso? O stai cercando di risolvere problemi con segnali ad alta velocità come Ethernet e HDMI?

In questa sezione, esamineremo alcune delle specifiche importanti che potresti trovare. Nota che gli analizzatori logici di tipo portatile avranno generalmente le migliori specifiche a discapito della portabilità e della facilità d'uso.

Numero di canali
La specifica più ovvia è il numero di canali disponibili sull'analizzatore logico. Un canale è una linea di ingresso con la capacità di campionare e misurare un segnale. Non è raro trovare analizzatori logici con 8, 16, 32 o più canali.
 

Esempio di output di un analizzatore logico con 14 canali

Se hai intenzione di esaminare protocolli con poche linee di segnale, come I2C, SPI, Ethernet, USB, CAN e HDMI, non avrai bisogno di più di 8 o 16 canali. D'altra parte, se prevedi di risolvere problemi con bus di comunicazione parallela, come PCI, ATA e SCSI, vorrai almeno 32 canali.

Eseguire un'analisi in modalità di stato di componenti digitali, come FPGA, microcontrollori e memorie, potrebbe richiedere molti più canali. Alcuni analizzatori logici possono contenere più di 100 canali per assistere in circuiti complessi come questi.

Tasso di campionamento
Il tasso di campionamento determina l'intervallo più breve in cui il tuo analizzatore può effettuare una misurazione da ciascuno dei segnali. Ad esempio, un tasso di campionamento di 100 MS/s (mega campioni al secondo) significa che il tuo analizzatore può campionare un segnale 100.000.000 di volte al secondo.

Il teorema di campionamento di Nyquist-Shannon afferma che è necessario campionare più del doppio della frequenza del tuo segnale originale per essere in grado di ricostruire quel segnale. Detto ciò, una buona regola empirica è che è necessario campionare un segnale digitale almeno 4 volte più velocemente della sua frequenza, e si desidera campionare un segnale analogico almeno 10 volte più velocemente della sua frequenza.

Come esempio, se hai intenzione di risolvere problemi con un bus SPI, che può raggiungere velocità fino a 25 MHz, vorresti un analizzatore con un tasso di campionamento di almeno 100 MS/s.

Larghezza di banda
La larghezza di banda descrive la massima frequenza che la sezione frontale dell'analizzatore può gestire. A differenza del tasso di campionamento, la larghezza di banda è determinata dai componenti analogici utilizzati nelle sonde e nei buffer.

Questo video spiega molto bene le differenze tra larghezza di banda e tasso di campionamento. Anche se mostra un oscilloscopio, gli stessi principi si applicano agli analizzatori logici.
 

La larghezza di banda è determinata dal punto di attenuazione del segnale a -3 dB. Ciò significa che se provi a misurare un segnale con una frequenza pari alla larghezza di banda del tuo analizzatore, la tensione del segnale apparirà 0,707 volte il suo livello effettivo. Puoi misurare segnali con una frequenza più alta, ma appariranno ancora più attenuati. Con un analizzatore logico, ciò potrebbe significare perdere i livelli logici alti perché l'attenuazione li porta al di sotto della soglia!

Tensione
Ci sono alcune cose da considerare per quanto riguarda la tensione. In primo luogo, qual è l'intervallo di tensione di ingresso massimo sicuro su ciascun canale? Alcuni analizzatori possono gestire solo tensioni da 0 a 5 V. Altri dispongono di circuiti di protezione che consentono tensioni più elevate. Ad esempio, supponiamo di avere un analizzatore logico che può gestire in modo sicuro ingressi da +/- 25 V. Di conseguenza, è possibile utilizzare l'analizzatore logico per risolvere problemi di RS-232 senza alcuna circuiteria aggiuntiva.

In secondo luogo, è necessario pensare ai tipi di livelli logici con cui si lavorerà. Se il tuo analizzatore logico è in grado di campionare solo i livelli TTL a 5 V, potrebbe avere una soglia di livello alto di 2 V. Se dovessi collegare questo analizzatore a un circuito logico da 1,8 V, non sarebbe in grado di rilevare nessun livello logico alto! Di conseguenza, dovrai prestare attenzione alle soglie di tensione elencate sul tuo analizzatore.
 

Impedenza di ingresso
La maggior parte degli analizzatori logici avrà una resistenza di pull-down su ciascun canale che collega il segnale di ingresso a terra. Ciò fornisce un livello di sicurezza per l'analizzatore in modo che la sonda non sia flottante quando è scollegata dal circuito.

Questa resistenza sarà spesso nell'intervallo di 100 kΩ a 100 MΩ. Assicurati che il tuo circuito sia in grado di far passare abbastanza corrente attraverso la resistenza di pull-down! Molti chip avanzati, come microprocessori e FPGA, non sono in grado di far passare più di alcuni mA o μA. Una resistenza di pull-down, come ad esempio 100 kΩ, potrebbe causare una caduta di tensione e fornire letture inaccurate su alcune parti.

Le sonde hanno anche un certo livello di capacità, che può essere dovuto a circuiti passivi o alla natura del connettore e del cavo. A frequenze più elevate, il condensatore offre una minore impedenza, il che potrebbe essere un problema per molti circuiti digitali. Ad esempio, a 100 MHz, un condensatore da 10 pF ha circa 150 Ω di impedenza. Raccomandiamo di cercare sonde con la minor capacità possibile.

Altre caratteristiche da considerare
Mentre ti abbiamo fornito una panoramica delle specifiche importanti da considerare durante l'acquisto di un analizzatore logico, potresti voler valutare anche alcune altre funzionalità:

• Triggering: Sei in grado di impostare trigger complessi o trigger nidificati nel software del tuo analizzatore logico?
• Analizzatori di protocollo: Se stai lavorando con bus di comunicazione, il tuo analizzatore logico dovrebbe essere in grado di decodificare tali protocolli (ad esempio SPI, I2C, USB, Ethernet).
• Ingresso analogico: Alcuni analizzatori logici possono misurare e visualizzare segnali analogici simili a un oscilloscopio. Questa può essere una funzionalità utile per impostare trigger avanzati.
• Protezione da sovratensioni: Alcuni analizzatori logici hanno buffer su ciascun ingresso. Ciò può contribuire a prevenire danni all'analizzatore se tocchi accidentalmente una sonda con una tensione più alta.
• Segnali differenziali: Molti protocolli, come USB, utilizzano segnalazioni differenziali. Gli analizzatori con la capacità di misurare e decodificare segnali differenziali possono aiutarti a diagnosticarli.
• Capacità di uscita: Alcuni analizzatori di protocollo sono in grado di trasformare i loro canali di ingresso in uscite. Ciò può evitarti di dover acquistare un'apparecchiatura separata per generare frequenze per testare i tuoi circuiti digitali.
• Facilità d'uso: Se non prevedi di utilizzare il tuo analizzatore logico regolarmente, disporre di uno strumento facile da usare può risparmiarti tempo (poiché non è necessario riapprendere le basi ogni volta che lo usi!).
• Supporto: Hai bisogno di assistenza per il tuo apparecchiatura in caso di problemi? Le aziende offrono livelli di supporto variabili, da assistenza in persona a supporto telefonico o niente affatto.

Conclusione
Acquistare un analizzatore logico può sembrare un compito scoraggiante, ma speriamo che questa guida possa aiutarti a comprendere alcuni dei tecnicismi. Come per la maggior parte delle cose, il costo aumenta all'aumentare delle funzionalità o delle specifiche. L'importante è considerare tutti i casi d'uso probabili e leggere attentamente le informazioni tecniche prima di prendere una decisione.