Analizatory stanów logicznych stanowią grupę przyrządów pomiarowych nie tyle niezbędnych, co bardzo przydatnych elektronikom. W wielu przypadkach można sobie jakoś radzić posługując się oscyloskopem cyfrowym, jednak dostępna liczba kanałów okazuje się zwykle niewystarczająca do pracy. Prawdziwe problemy pojawiają się, gdy trzeba poddawać analizie wielobitowe magistrale komunikacyjne lub oglądać sygnały na wyprowadzeniach różnych rodzajów interfejsów cyfrowych. Analizator stanów logicznych staje się wówczas niezastąpiony.

Współczesne analizatory stanów logicznych nie są na ogół konstruowane jako samodzielne przyrządy, dysponujące własnym ekranem i elementami regulacyjnymi. Najczęściej są to przystawki do komputerów, zawierające jedynie odpowiednie układy interfejsowe, bloki akwizycji i porty komunikacyjne. Analiza danych jest natomiast prowadzona na komputerze, dopiero po przetransferowaniu danych. Z oczywistych powodów nie odbywa się to w czasie rzeczywistym, ale też zwykle nie jest wymagane.

Mini w modzie

Analizator stanów logicznych Saleae Logic16 w fabrycznym etui jest niewiele większy od dobrze znanej kierowcom gąbki służącej do wycierania szyb, zaś wielkość samego przyrządu może wręcz budzić zdumienie. Elektronika została umieszczona w gustownym pudełeczku przypominającym bardziej damską puderniczkę, niż obudowę skomplikowanego urządzenia elektronicznego, jednak dołączenie kabelków pomiarowych szybko nadaje mu poważnego wyglądu. Pudełko ma wymiary 79,2×79,2×9,8 mm, jest wykonane obrabiarką CNC z jasnego lub czernionego aluminium. Elastomerowe denko obudowy powoduje, że urządzenie nie ślizga się po stole podczas pracy, o co nie byłoby trudno biorąc pod uwagę masę wynoszącą zaledwie ok. 74 g. Analizator Logic16 wykonano przy zastosowaniu bardzo nowoczesnych środków technicznych. Przykładem może być 4-warstwowy obwód drukowany, użyte podzespoły elektroniczne i mechaniczne. Na jednej z bocznych ścianek umieszczono gniazda przeznaczone dla dwóch wiązek przewodów pomiarowych. Każda zawiera wyprowadzenia 8 wejść logicznych i kabelek masy. Logic16 jest przystosowany do pracy z powszechnie spotykanymi standardami napięciowymi: 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V i 5 V. Wyróżniane są jednak tylko dwie grupy poziomów progowych: U_L≤0,7 V, U_H≥1,4 V dla standardów 1,8…3,6 V i U_L≤1,4 V, U_H≥3,6 V dla standardu 5 V. Każda linia pomiarowa ma impedancję 180 kΩ || 7 pF i jest zabezpieczona przed przepięciami specjalnymi diodami o ultraniskich pojemnościach. Zabezpieczony jest też interfejs USB, za pośrednictwem którego analizator komunikuje się z komputerem. Użyto do tego samoregenerujących się bezpieczników polimerowych.

Pasmo analogowe analizatora pozwala mierzyć przebiegi cyfrowe (falę prostokątną) o maksymalnej częstotliwości 25 MHz, ale częstotliwość próbkowania jest ustalana w 17 punktach przedziału 250 kHz…100 MHz. Wybierając odpowiednią częstotliwość próbkowania uzyskuje się optymalną w danym przypadku rozdzielczość skali czasu. Od tego parametru zależy więc błąd pomiaru szerokości impulsu. Przykładowo, dla częstotliwości próbkowania równej 100 MHz błąd ten wynosi ±10 ns, natomiast dla częstotliwości próbkowania 12,5 MHz należy liczyć się z błędem rzędu ±80 ns. W celu minimalizacji przesłuchów międzykanałowych zalecane jest wyłączanie nieużywanych kanałów. Dodatkową korzyścią takiej strategii jest możliwość pracy z maksymalną, dla wybranej konfiguracji, częstotliwością próbkowania. Parametr ten silnie zależy od liczby używanych kanałów – każde podwojenie liczby kanałów powoduje zmniejszenie o połowę maksymalnej częstotliwości próbkowania (rys. 1).

Rys. 1. Zależność maksymalnej częstotliwości próbkowania od liczby aktywnych kanałów

Piękno i wygoda w każdym calu

Staranność wykonania analizatora Logic16 nie ogranicza się wyłącznie do części elektrycznej i mechanicznej. Równie urzekająco wygląda okno robocze programu obsługującego ten przyrząd. Ma ono charakterystyczny, oryginalny design (rys. 2). Obsługa programu jest bardzo łatwa i intuicyjna, można się jej nauczyć dosłownie w ciągu kilku minut. Pracując z szesnastoma sygnałami należy się liczyć ze sporą ilością informacji wyświetlanych na ekranie. Istotna jest zatem szybka identyfikacja poszczególnych kanałów. Prowadzi się ją w oparciu o własne nazwy nadawane kanałom (można korzystać z predefiniowanych zestawów), ułatwieniem są również kolorowe paski umieszczone na ekranie przy numerach kanałów. Są one identyczne z kolorami kabelków przypisanych do poszczególnych sond pomiarowych.

Rys. 2. Charakterystyczny design programu Saleae Logic

Podczas przemieszczania kursora ekranowego wzdłuż dowolnego przebiegu cyfrowego dokonywana jest automatyczna detekcja jego trzech sąsiednich zboczy. Wyznaczają one pewną wirtualną falę prostokątną, dla której zostają określone takie parametry jak: szerokość impulsu, okres, współczynnik wypełnienia i częstotliwość (rys. 3).