FocusonPCB - Vicenza, 15-16 maggio 2024
Torna a Vicenza il 15 e 16 maggio 2024 Focus on PCB, la terza edizione della fiera dedicata all'intera filiera dei circuiti stampati. Nata dalla volontà del Gruppo PCB Assodel…
Per scegliere bene un analizzatore logico occorre prendere in considerazione tutte e tre le sue funzionalità:
Cominciano dall'aspetto di solito più trascurato e che, invece, nella maggior parte dei casi costituisce l'elemento più importante per sfruttare al meglio ciò che si è comprato: il sistema di sonde.
Le misure eseguite con un analizzatore logico sono tanto precise e affidabili quanto lo è il suo sistema di sonde. Parliamo di sistema di sonde poiché in genere si tratta di una serie di elementi e accessori studiati per lavorare insieme tra loro, e la cui ricchezza e flessibilità è decisiva per la produttività quotidiana quando si lavoro con lo strumento.
Il tipo di sonda da utilizzare in una misura è il diretto risultato dell'attività di progettazione.
E' estremamente utile prevedere a priori nel progetto la realizzazione di punti di contatto ai quali poter collegare le sonde durante le attività di messa a punto della scheda. Così facendo, è possibile convogliare a priori i segnali più interessanti verso un punto della scheda dove porre un connettore al quale collegare poi comodamente la sonda adatta al proprio analizzatore logico.
Purtroppo però, nel mondo reale non possiamo sempre conoscere in anticipo dove e come potrà sorgere un problema sulla nostra scheda, per cui, anche quando avremo pensato a realizzare dei punti di contatto comodi per le nostre sonde, dovremo avere la possibilità di intervenire a posteriori, andando a contattare uno o più di quei segnali sparsi ai quali non possiamo accedere dal connettore o dalle piazzole specifiche pensate per il debug.
Quindi, nella scelta del sistema di sonde adatto, non va mai dimenticata anche la necessità di poter disporre di qualche 'sonda volante' (flying probe) per raggiungere segnali ai quali non avevamo pensato in fase di progetto.
Vediamo più in dettaglio quali sono la caratteristiche più importanti da valutare nella scelta delle sonde per un analizzatore logico.
Accuratezza
Una sonda a basso carico capacitivo permette di garantire la minina intrusività al circuito sotto esame, un fattore estremamente importante per consentire al sistema di funzionare in modo realistico e all'analizzatore logico di generare una rappresentazione corretta di ciò che sta succedendo.
La maggior parte dei sistemi di sonde non avrà mai problemi nel funzionamento a bassa frequenza, ma se il vostro sistema funziona a frequenze di clock elevate, allora bisognerà scegliere modelli con un carico capacitivo il più basso possibile.
Se possibile, è meglio scegliere sistemi di sonde che non prevedono l'uso di adattatori tra la sonda stessa e il circuito in esame. Ogni adattatore supplementare, infatti, introduce un carico supplementare e diventa un ulteriore punto di guasto potenziale della catena di misura.
Prestazioni
Se la sonda ha una banda passante a quella del sistema di acquisizione a cui è collegata, allora la banda passante utile è limitata da quella della sonda.
Quindi, per sfruttare appieno le funzionalità dell'analizzatore logico, è fondamentale utilizzare delle sonde con una banda passante almeno uguale a quella del sistema di acquisizione dell'analizzatore logico stesso.
Bisogna anche fare attenzione al fatto che gli accessori di una determinata sonda non ne limitino la banda passante.
Accessibilità e flessibilità
Capita spesso di dover misurare più segnali che sono fisicamente lontani tra loro oppure che siano distanti dal connettore per le sonde previsto in fase di progetto.
Allora non va dimenticato che un sistema di sonde deve offrire accessori coerenti che facilitino l'accessibilità del segnale ovunque esso sia raggiungibile: su un piedino di un circuito integrato, su una traccia del circuito stampato, su una piazzole di interconnessione o addirittura all'interno di una circuito logico programmabile, dove potrà essere raggiunto solo mediante delle 'sonde virtuali'.
Gli analizzatori logici (o analizzatori di stati logici) possono funzionare con due distinte modalità di campionamento: nel dominio del tempo (time analysis) e nel dominio degli stati (state analysis).
Le due modalità hanno scopi e principi di funzionamento diversi e complementari tra loro.
Quando si vogliono controllare le relazioni temporali tra vari segnali su periodi di tempo anche lungo si utilizza l'analisi temporale utilizzando le tipica visualizzazione e forme d'onda.
Quando, invece, si vuole controllare il comportamento funzionale del sistema, come sequenza di eventi, è utile l'analisi di stato, associata spesso a visualizzazioni di tipo tabellare o di listato.
Alcuni analizzatori logici anche anche la possibilità di funzionare contemporaneamente con la modalità di acquisizione temporale e di stato permettendo di osservare ulteriori correlazioni nel comportamento del sistema in esame.
In sintesi, più ce ne sono, meglio è, non si sa mai. Purtroppo i budget a disposizione non sono infiniti, per cui bisogna porsi dei limiti ragionevoli.
Partendo dal vostro progetto e pensando a quanti segnali pensate vi serva visualizzare congiuntamente (come minimo quelli di un bus che dovrete controllare), ricordatevi però che per le acquisizioni in modalità stato vi serviranno dei canali aggiuntivi per i segnali di clock.
Nei progetti moderni più complessi le necessità in termini di numero di canali possono davvero esplodere, per cui è utile che la piattaforma di analisi prescelta possa essere facilmente espansa secondo necessità.
Per esempio, i processori di ultima generazione già richiedono 100/150 canali se si vogliono coprire tutti gli I/O dei dispositivi. Se poi il progetto utilizza architetture multiprocessore, il numero di canali richiesti per una copertura integrale può facilmente raggiungere le centinaia, o addirittura il migliaio di canali.
Ponete però attenzione al fatto che, per alcuni strumenti, non tutti i canali sono uguali. In alcuni casi, solo un numero limitato di canali può funzionare alla massima velocità di acquisizione, mentre i canali supplementare possono funzionare a velocità inferiore. Tenetene conto se pensate che il vostro progetto attuale o futuro possono necessitare di molti canali.
Bisogna verifica che l'analizzatore logico e il suo sistema di sonde supportino i livelli di tensione di soglia utilizzati dai circuiti logici del proprio progetto, in configurazione sbilanciata (single-ended) oppure differenziale (differential).
Un analizzatore logico deve reagire allo stesso modo del circuito logico utilizzato sulla scheda quando un livello di soglia viene attraversato da un segnale per decidere se il suo stato è da considerarsi alto o basso.
E' molto importante impostare correttamente sullo strumento i livelli di soglia da considerare durante le misure, altrimenti i risultati ottenuti sono del tutto inaffidabili.
Nella modalità di acquisizione nel dominio del tempo, l'analizzatore logico funziona sostanzialmente come un oscilloscopio con molti canali e memorizza i campioni dei segnali acquisiti nella sua memoria in modo asincrono rispetto al segnale di clock del sistema in esame.
Quindi, più è elevata la frequenza di campionamento, maggiore è la risoluzione delle misure acquisite.
Una maggiore velocità di acquisizione è d'aiuto quando si vogliono analizzare con precisione le relazioni temporali esistenti tra i vari segnali.
Va da sé che a una velocità di acquisizione elevata, deve corrispondere una capacità di memoria altrettanto elevata per riuscire ad accumulare un numero di campioni significativo nel dominio del tempo.
Nella modalità di acquisizione nel dominio degli stati, l'analizzatore logico campiona i segnali in modo sincrono rispetto al segnale di clock del sistema in esame.
Il segnale utilizzato come riferimento per il sistema di campionamento dell'analizzatore è indicato come clock esterno.
Per ottenere misure significative, è importante che i segnali siano stabili durante il campionamento i cui istanti vengono determinati dal segnale di clock esterno.
Ciò che avviene durante un evento di clock usato per il campionamento e il successivo nella modalità di stato non è importante e viene perso.
Per facilitare le impostazione necessaria a una buona acquisizione nella modalità stato, alcuni strumenti sono in grado di analizzare preventivamente i segnali da campionare e di suggerire le impostazioni più adatte per i livelli di transizione e le impostazioni di clock. Si tratta di una caratteristica molto comoda per garantirsi velocemente su tutti i canali la correttezza delle impostazioni che garantiscono la stabilità dei segnali negli istanti di campionamento.
La quantità di memoria presente nell'analizzatore logico determina per quanto tempo si può osservare il sistema in esame senza perdere informazioni significative.
Per scegliere la quantità minima di memoria che vi serve, moltiplicate il periodo di tempo di funzionamento del sistema che intendete osservare per la frequenza di campionamento o per la frequenza di clock esterno.
La disponibilità di una grande quantità di memoria aumenta la probabilità di riuscire a catturare degli eventi rari o delle correlazioni tra causa ed effetto che talvolta sono separati notevolmente nel tempo.
Alcuni costruttori hanno introdotto sistemi di gestione della memoria più sofisticati per sfruttarla al meglio in funzione della propria applicazione. Per esempio, in certi strumenti è possibile utilizzare le funzioni di trigger in modo da 'qualificare' i dati che vengono memorizzati nella memoria impedendo che venga inutilmente riempita da eventi non significativi come i cicli di attesa di un processore.
Anche in questo caso, non è sempre semplice definire a priori di quanta memoria si avrà bisogno per affrontare i problemi concreti, per cui è bene che lo strumento scelto possa eventualmente essere espanso in seguito.
La definizione del trigger è una delle attività più importanti nella fase di debug.
Niente si può aggiustare se prima non si riesce a vederlo. I sistemi di trigger degli analizzatori logici moderni sono estremamente sofisticati e flessibili e potenzialmente permettono di scovare tutto.
l problema però è farlo con semplicità, senza perdersi nei meandri dei parametri di impostazione del trigger.
Gli strumenti che offrono procedure semplici e chiare per l'impostazione anche dei trigger più complessi sono certamente quelli che saranno i più apprezzati nelle attività di debug.
Gli analizzatori logici moderni sono in grado di catturare rapidamente talmente tanti dati che il vero problema sta diventando il riuscire e vederli e a interpretarli.
Uno della soluzioni per vedere meglio i risultati è ovviamente quella di avere una schermo più grande, con una risoluzione elevata.
Uno schermo più ampio permette di vedere, quando necessario, più canali contemporaneamente o di mostrare in modo ordinato le informazioni supplementari che servono a rendere una misura più intellegibile nel suo contesto.
Interessante la tendenza recente a offrire strumenti con schermo più largo (formato wide o 16:9) che consente la visione più estesa dei fenomeni nel dominio del tempo a parità di visioni complessive.
Un altro trucco per mostrare più informazioni contemporaneamente disponibile in alcuni analizzatori logici è la modalità 'dual-screen', che consente di collegare un monitor supplementare ove visualizzare o altri canali, oppure informazioni complementari relative ai canali visualizzati nello schermo primario.
Infine, non va dimenticata la possibilità di collegare lo strumento direttamente al PC, dove potrebbe essere presente uno schermo dalle caratteristiche superiori o quello integrato dello strumento.
Una volta che i segnali sono stati accuratamente catturati, è fondamentale riuscire a elaborarli velocemente.
Nello scelta dell'analizzatore logico più adatto alle proprie esigenze, è molto importante verificare quali sono gli strumenti di analisi disponibili di serie o come opzione.
Gli strumenti di analisi disponibili possono andare dai semplici disassemblatori per visualizzare il codice macchina eseguito dal processori ai più complessi sistemi di decodifica di protocollo utili per verificare che su un dato bus non si verificano violazioni dei parametri minimi definiti nelle corrispondenti norme del protocollo, fino ai più sofisticati software per l'analisi di dati vettoriali utili per il debug di complesse applicazioni per il trattamento digitale dei segnali a radiofrequenza.
Mai come in questo caso gli strumenti di analisi più utili dipendono dalla propria applicazione, per cui è difficile dare indicazioni di carattere generale. In linea di massima, comunque, se la piattaforma dell'analizzatore è di tipo aperto, c'è una buona probabilità che tutte le esigenze più comuni siano coperte da software disponibile di serie o come opzione dalla casa costruttrice o da aziende specializzata ed, in ogni caso, resta sempre valida l'ipotesi di scriversi le proprie 'utility' più adatte. In tal caso, è importante un'efficace connettività al PC e la disponibilità di driver e documentazione adeguata.
