逻辑分析仪教程：探头设置

使用逻辑分析仪捕获干净的信号对于调试数字电路至关重要。如果由于探头设置不良而错过了逻辑电平，您可能会花费数小时试图找到不存在的错误 - 问题一直出在您的测试设备中！或者，您可能会向电路引入足够大的负载，导致系统完全停止工作。

在更高的频率下，选择合适的探头并将其正确连接到电路变得越来越重要。当您开始处理超过100 MHz的信号时，需要考虑接地、探头阻抗和探头位置。

在本教程中，我们将介绍不同的探头选项、将它们连接到电路的各种方法，以及探测高速电路时要考虑的一些技巧。

探头类型

大多数逻辑分析仪探头可以分为两类：内置探头和事后探头。

内置探头

如果您正在设计用于原型设计的印刷电路板（PCB），则可以考虑添加用于连接逻辑分析仪连接器的特殊封装。

通过为逻辑分析仪连接器添加一个点，您不必将数十个飞线探头连接到电路板上的单个引脚，从而节省大量时间。不利的一面是，您可能需要从产品的最终设计中删除连接器占用空间。

一个内置选项是使用与分析仪上的连接器配接的专用连接器。这需要将组件焊接到电路板上，以便进行调试。

另一种选择是创建一系列具有特定模式安装孔的测试点。压缩型连接器将夹在孔上，并具有接触测试点的引线。这种方法不需要将单独的元件焊接到电路板上，但仍需要电路板空间来占用封装。

事后调查

如果要调试没有内置逻辑分析仪连接器的PCB，则可以使用“飞线”探头。这些探头只是以任何配置连接到电路的电线。通常，您会发现带有钩子或抓斗的附件头的飞线探头。这些抓取器允许您连接到各种电线、引脚和测试点。

探测方法

如果您没有在PCB中内置专门的逻辑分析仪连接器，那么找到连接探头的好位置可能会很棘手。以下是一些可以帮助您的想法：

直接到标头

一些飞线探头端接0.100英寸的母头或公头针座。在这些情况下，您可以简单地直接连接到电路板上相反的接头。

夹在裸露的电线、引脚或针座上

许多飞线探头的头部带有钩子或抓取器，可让您连接到任何裸露的导体。例如，您可以将它们连接到板上的公头或电线末端。

一些电气元件的引线足够大，可以用这些探头抓住。许多电镀通孔 （PTH） 部件和一些表面贴装器件 （SMD） 的引线具有足够的间距来连接。示例包括双列直插式封装 （DIP） 和小外形集成电路 （SOIC） 封装。

夹到测试点

一些板具有内置测试点，用于连接示波器或逻辑分析仪探头。在您需要之前不需要填充测试点组件，并且它们使连接到节点变得更加容易。

焊锡丝到测试点、引脚或走线

有时，您没有可以连接的裸露电线或引线。在这些情况下，您需要添加一根电线，以便可以连接分析仪探头。与上面显示的测试点组件不同，一些电路板具有裸露焊盘，用于接触测试台引线。如果需要探测这些测试点，您可以将电线直接焊接到这些测试点上。

一些细间距 SMD 元件太小，无法用探头抓取，但您仍然可以将 30 AWG 电线焊接到引线上。

如果没有可用的测试点或裸露的引线，您可以手动刮掉阻焊层以露出走线并在其上焊接一根细线。

故障 排除

如果您在捕获良好信号时遇到问题，我们建议您使用此部分作为清单，以确保您采用良好的探测技术。

减少探头负载

每当将探头连接到电路时，都会向该节点添加负载（即使负载非常小）。探头电阻、电容和电感构成探头的阻抗，在高频下，这种阻抗会导致问题。某些系统可能无法在这种负载下工作，或者您可能会获得不准确的读数。

连接器上的大表面积可以形成电容器，长导线会增加电感。通常，您应该为探头使用尽可能短的导线，并使用尽可能小的表面积与电路接触。

如果仍然遇到加载问题，您可能需要考虑购买具有更大阻抗的更好探头。

探测正确的位置

如果您正在探测电缆或长长的走线，则可能正在使用传输线。传输线的行为不像理想的电线，因为它们会受到反射、串扰和干扰的影响。

因此，如果在端接不当的传输线中间进行探测，可能会发现其中一些反射。在示波器上，这些反射看起来像楼梯。您的逻辑分析仪很难解释接近其阈值的电压，因此您可能会得到错误的读数。

示波器上的传输线反射示例

尝试靠近接收器进行探测，从接收器的角度了解信号的外观。

注意接地环路

当电路的两个点应该处于相同的参考电位，但它们之间存在电压差时，就会发生接地环路。如果您的电路中有多个返回路径返回到一个公共点，则可能会发生这种情况。

接地回路示例

这些环路就像电感器一样，在高频下，它们开始阻碍电流的变化。结果，您将看到系统带宽减少。

使用多个接地引线

在低频和低通道数（例如 8 或 16 个通道）下，您可以在连接到系统时使用一个接地探头。然而，随着频率和通道数的增加，更多的电流通过一个接地探头返回，导线的自感开始阻碍更快的开关。

因此，地线上会产生电压，这会降低测量质量。因此，我们建议在处理较高频率时为每根信号线使用接地线。

避免输电线路中的T型结

在传输线上，特别是在高频传输线上，连接未正确端接的分支线会在线路中引入反射并降低信号完整性。

通信总线上的 T 型结示例

为了防止反射，请避免分支PCB走线，这些走线会进入单独的逻辑分析仪测试点。相反，请考虑将测试点放置在尽可能靠近传输线的位置。如果您的逻辑分析仪使用飞线探头，您可能需要购买专门端接的探头，以衰减信号或减少负载。

结论

使用适当的探测技术可以为您节省数小时的头痛时间，试图追踪假阴性。如果您使用飞线探头或将导线固定在引线上，请考虑保持导线尽可能短。这不仅有助于信号完整性，还可以在尝试确定哪根电线去哪里时帮助您保持工作区域的整洁。