原创 使用逻辑分析仪时需要考虑的问题(二)

没有良好接地是设计工程师进行逻辑分析时另一个容易出问题的地方。探头的地信号为被观察的信号提供一个参考。

因为电流要流动，信号有变化，所以电气信号必须有一个回流电流路径。回流路径常被认为是阻值为0的理想导体。

当其阻值不为0时，在回流路径的阻抗上将产生电压降，从而降低逻辑分析仪测量到的信号幅值。

接地的目的是提供一个具有最小阻抗的回流路径(或接地连接)，从而让逻辑分析仪观察到原始的信号幅度。

一个常见的接地问题是地线太长。长地线上的串联电阻会产生压降。为避免这个问题,地线不能比信号线长太多,以便匹配信号和地之间的寄生电阻。

另一个常见的问题是接地回路的自感。当回路由地线和信号线组成时，在接地路径中会形成一个与回路面积成比例的自感。由于电感具有与频率相关的阻抗，它将降低系统的带宽。在高频情况下，这个字感将阻止电荷流过地线，从而减小带宽。

为缓解这类问题，设计工程师应尽量使接地回路尽可能小。当使用基于连接器或无连接器的探头时，接地回路已预先确定。然而，若使用飞线探头，通常使用电线来连接探头和系统，因而形成大的接地回路。

为避免这种回路，将地线和信号线绞合在一起形成一个对绞线。大多数飞线探头现在都有连接附件，已解决这个问题。

当探测时没有采用足够的接地时就会发生另一种情况。在一些探测配置中(如飞线探头)，地线数目由使用者决定。为理解这个问题，假定一个飞线设定16个信号线仅用一根地线连接。

此时，所有16根信号线的回流电流必须通过单个地线连接。当1个或2个信号回路通过地线时，地线的自感应足够低，其上的压降不会变大。但若是16根信号线，则回流电流就很大了，此时所产生的地线压降不能忽略。

要解决这一问题就要求增加地线的数量，理想的情况是一根信号线对应一根地线。地线的数量也与频率成比例，但是建议不要用一根地线对应两根以上的信号线。

若操作者在使用逻辑分析仪时不能获得准确的数据，首先要考虑的就是检查地线。

如今有多种探头可供选择，有时很难决定采用哪种连接机制以确保探测成功。在某些情况下，甚至要知道哪些解决方案可用也很困难。下面将讨论当设计工程师采用错误的探测解决方案时常犯的错误。

选择错误的探测点

考虑前面提到的串联终端配置系统，该系统由背板上的驱动IC和采用BGA封装的接收器实现。使用者根据使用的方便，在引脚的背板连接器上对系统进行探测。但是，正如前面已经讨论的那样，在驱动器上探测串联终端配置系统将在逻辑分析仪的探头尖产生一个阶梯波形。图4a显示了探测连接方式，图4b则是通过探头检测到的最终波形。

毫无疑问这样的波形是不可接受的。解决的办法是直接在接收器上进行探测。BGA封装最近的物理探测点可能是PCB底面的引线过孔焊盘。图5a展示了一种新的连接方案，它直接用焊料将飞线连接到BGA的引线过孔焊盘。图5b是测试到的信号波形。

使用错误的连接方法

假设用逻辑分析仪观察一个系统的PCB上两个器件之间的信号。该信号走线布在PCB表层，若负载超过3.5pF,则会导致系统失效。设计工程师利用基于Mictor连接器的探头E5380A来观察信号。

由于连接器的管脚分布和结构，信号不能用过它直接连接。这迫使设计工程师将连接器放在走线层，并对每个信号增加过孔。于是，对连接器的走线连接利用另外一层PCB层完成，其走线方向与原始信号的走线垂直。图6显示了该连接器的布线图。

现在考虑一个替代方案，即采用E5390A软接触无连接器探头。此时可将信号连接到探测点的测试焊盘(见图7)，这意味着不会给系统增加额外的走线电容。该探头的网络电容为0.7 pF，通过采用这种连接，可在不导致系统失效的情况下进行逻辑分析。

作者：Brock J. LaMeres，Kenneth Johnson，安捷伦科技公司