第8章数据域分析测试技术 第8章数据域分析测试技术 2021/2/24
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 1 第8章 数据域分析测试技术
第8章数据域分析测试技术 教学目的和要求 了解: 1.数据域测量的基本概念; 2.数据域测量的特点以及基本方法。 掌握: 常用的数据域测量仪器:逻辑笔、逻辑夹、逻辑 分析仪; 2.特征分析仪的电路构成、工作原理以及使用方法 2021/2/24
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 2 教学目的和要求 了解： 1．数据域测量的基本概念； 2．数据域测量的特点以及基本方法。 掌握： 1．常用的数据域测量仪器：逻辑笔、逻辑夹、逻辑 分析仪； 2．特征分析仪的电路构成、工作原理以及使用方法
第8章数据域分析测试技术 随着微型计算机、微控制器、数字信号处理器和大规 模与超大规模集成电路的普遍应用,数字化、微机化产品 的大量研制、生产和使用,数字化产品和系统在电子设备 中已占极大比重,数字化已成为当今电子设备、系统的发 展趋势。为了解决数字设备在研制、生产和检修中的测量 问题,一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量 技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流,为了区 别时域和频域的测量,常把这一类测量称为数据域测量。 也就是说,数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随 时间变化而变化的特性。数据域测量的目的一是确定系统 中是否存在故障,称为合格/失效测试,或称故障检测; 二是确定故障的位置,称为故障定位。其理论基础是数字 电路与逻辑代数。主要研究对象有数字系统中数据流、协 议与格式、数字应用芯片与系统结构、数字系统特征的状 态空间表征等。数字系统的故障诊断、定位和信号的逻辑 分析是数据域测量的典型应用 2021/2/24 3
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 3 随着微型计算机、微控制器、数字信号处理器和大规 模与超大规模集成电路的普遍应用，数字化、微机化产品 的大量研制、生产和使用，数字化产品和系统在电子设备 中已占极大比重，数字化已成为当今电子设备、系统的发 展趋势。为了解决数字设备在研制、生产和检修中的测量 问题，一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量 技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流，为了区 别时域和频域的测量，常把这一类测量称为数据域测量。 也就是说，数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随 时间变化而变化的特性。数据域测量的目的一是确定系统 中是否存在故障，称为合格/失效测试，或称故障检测； 二是确定故障的位置，称为故障定位。其理论基础是数字 电路与逻辑代数。主要研究对象有数字系统中数据流、协 议与格式、数字应用芯片与系统结构、数字系统特征的状 态空间表征等。数字系统的故障诊断、定位和信号的逻辑 分析是数据域测量的典型应用
第8章数据域分析测试技术 81数据域分析测试的特点、方法 与仪器 811数据域分析测试的特点 数据域分析测试的对象是数字系统,而数字系统中的 信号表现为一系列随时间变化并按一定的时序关系形成的 数据流,其取值和时间都是离散的,因而其分析测试方法 兮域及频域都不相同。图8.1装示数据域分析与时域分 析、频域分析的比较。 (t)l 000010101011:1004 0000 No.000.0 00 Na.30~01 (a) No.40100 uOA No.501 No.70 No.8100 状态 图 图81时域、频域与数据域分析的比较 2021/2/24 (a)时域分析;(b)频域分析;(c)数据域分析
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 4 8.1 数据域分析测试的特点、方法 与仪器 8.1.1 数据域分析测试的特点 数据域分析测试的对象是数字系统，而数字系统中的 信号表现为一系列随时间变化并按一定的时序关系形成的 数据流，其取值和时间都是离散的，因而其分析测试方法 与时域及频域都不相同。图8.1表示数据域分析与时域分 析、频域分析的比较。 图8.1 (a) 时域分析； (b) 频域分析； (c) 数据域分析 u(t) O t u (f ) O f 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 No. 0 No. 1 No. 2 No. 3 No. 4 No. 5 No. 6 No. 7 No. 8 No. 9 b3 b2 b1 b0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 (a) (b) (c) 状态图 定时图 b3 b2 b1 b0 CLK 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
第8章数据域分析测试技术 81.1数据域分析测试的特点 8在冬81()所示为一个非正弦信号在示波器上显示的波形;图 所示为在频谱仪上得到的图8.1(a)所示信号的频谱;图 81(c)所示为在逻辑分析仪上得到的 进制计数器输出数据 流(4位二进制码)的定时和状态显示。与传统的测量相比,数 据域测量有以下特点: (1)数字信号通常是按时序传递的 数字系统的正常工作,要求其各个部分按照预先规定的逻 辑程序进行工作,各信号之间有预定的逻辑时序关系。测量检 数字信号之间逻辑时序关系是否符合设计是数据域分析测 主要在务。 (2)数字系统中信号的传递方式多种多样 从宏观上来讲,数字信号的传递方式分为串行和并行两大 类;但从微观上来讲,不同的系统、系统内不同的单元,采用 的传递方式都可能不同,即便是采用同一类传递方式(串行或 也存在着数据宽度 )、数据格式、传输速率、 接自电平、同形步等方面的不同。 2021/2/24 5
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 5 8.1.1 数据域分析测试的特点 图8.1(a)所示为一个非正弦信号在示波器上显示的波形；图 8.1(b)所示为在频谱仪上得到的图8.1(a)所示信号的频谱；图 8.1(c)所示为在逻辑分析仪上得到的一个十进制计数器输出数据 流（4位二进制码）的定时和状态显示。与传统的测量相比，数 据域测量有以下特点： （1）数字信号通常是按时序传递的 数字系统的正常工作，要求其各个部分按照预先规定的逻 辑程序进行工作，各信号之间有预定的逻辑时序关系。测量检 查各数字信号之间逻辑时序关系是否符合设计是数据域分析测 试的主要任务。 （2）数字系统中信号的传递方式多种多样 从宏观上来讲，数字信号的传递方式分为串行和并行两大 类；但从微观上来讲，不同的系统、系统内不同的单元，采用 的传递方式都可能不同，即便是采用同一类传递方式（串行或 并行），也存在着数据宽度（位数）、数据格式、传输速率、 接口电平、同步/异步等方面的不同
第8章数据域分析测试技术 81.1数据域分析测试的特点 (3)数字信号往往是单次或非周期性的 数字设备的工作是时序的,在执行一个程序 时,许多信号只出现一次,或者仅在关键的时候 出现一次,例如中断事件等;某些信号可能重复 出现,但并非时域上的周期信号,例如子程序的 分有用的信号,茵此岩和用请如示波器”类的测 仪器难以观测,也更难以发现故障 (4)被测信号的速率变化范围很宽 即使在同一数字系统内,数字信号的速率也 可能相差很大,如外部总线速率达几百Mb/s、内 核速率达数Gb/s的中央处理器与其外部的低速打 印机、传真机、键盘等。 2021/2/24
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 6 8.1.1 数据域分析测试的特点 （3）数字信号往往是单次或非周期性的 数字设备的工作是时序的，在执行一个程序 时，许多信号只出现一次，或者仅在关键的时候 出现一次，例如中断事件等；某些信号可能重复 出现，但并非时域上的周期信号，例如子程序的 调用等。分析时经常需要存储、捕获和显示某部 分有用的信号，因此若利用诸如示波器一类的测 量仪器难以观测，也更难以发现故障。 （4）被测信号的速率变化范围很宽 即使在同一数字系统内，数字信号的速率也 可能相差很大，如外部总线速率达几百Mb/s、内 核速率达数Gb/s的中央处理器与其外部的低速打 印机、传真机、键盘等
第8章数据域分析测试技术 81.1数据域分析测试的特点 (5)数字信号为脉冲信号 由于被测数字信号的速率可能很高,各通道 信号的前沿很陡,其频谱分量十分丰富。因此 数据域测量必须能够分析测量低至ps级(10-12s) 的信号,如脉冲信号的建立和保持时间等。 (6)被测信号故障定位难 数字信号只有“0”、“1两种电平,数字系统 的故障不只是信号波形、电平的变化,更主要的 在于信号之间的逻辑时序关系,电路中偶尔出现 的干扰或毛刺等都会引起系统故障 2021/2/24 7
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 7 8.1.1 数据域分析测试的特点 （5）数字信号为脉冲信号 由于被测数字信号的速率可能很高，各通道 信号的前沿很陡，其频谱分量十分丰富。因此， 数据域测量必须能够分析测量低至ps级（10 -12s） 的信号，如脉冲信号的建立和保持时间等。 （6）被测信号故障定位难 数字信号只有“0”、“1”两种电平，数字系统 的故障不只是信号波形、电平的变化，更主要的 在于信号之间的逻辑时序关系，电路中偶尔出现 的干扰或毛刺等都会引起系统故障
第8章数据域分析测试技术 812数据域分析测试的方法 数据域分析测试的目的:一是确定系统中是 否存在故障,称为合格/失效测试,或称故障检测; 是确定故障的位置,称为故障定位 对于一个有故障的数字系统,首先要判断其 逻辑功能是否正常,其次要确定故障的位置,最 后分析故障原因,这个过程称为故障诊断。要实 现故障诊断,通常要在被测件的输入端加上一定 的测试序列信号,然后观察整个输出序列信号, 将观测到的输出序列与预期的输出序列进行比较, 从而获得诊断信息、。一般有穷举测试法、结构测 试法、功能测试法和随机测试法等方法。 2021/2/24
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 8 8.1.2 数据域分析测试的方法 数据域分析测试的目的：一是确定系统中是 否存在故障，称为合格/失效测试，或称故障检测； 二是确定故障的位置，称为故障定位。 对于一个有故障的数字系统，首先要判断其 逻辑功能是否正常，其次要确定故障的位置，最 后分析故障原因，这个过程称为故障诊断。要实 现故障诊断，通常要在被测件的输入端加上一定 的测试序列信号，然后观察整个输出序列信号， 将观测到的输出序列与预期的输出序列进行比较， 从而获得诊断信息。一般有穷举测试法、结构测 试法、功能测试法和随机测试法等方法
第8章数据域分析测试技术 812数据域分析测试的方法 1.穷举测试法 穷举测试法是对输入的全部组合进行测试。如果对所 有的输入信号,输出的逻辑关系是正确的,则判断数字系 统是正常的,否则就是错误的。该方法的优点是能检测出 所有的故障。缺点是测试时间和测试次数随输入端数n的 增加呈指数关系增加 2.结构测试法 对于一个具有n个输入端的系统,若采用穷举测试法 则需加2n组不同的输入信号才能对系统进行完全测试。显 然这种穷举测试法无论从人力还是物力上都是行不通的 解决的办法是丛系统的逻辑结构出发,考虑哪些故障,然 后针对这些特定的故障生成测试码,并通过故障模型计算 每个测试码的故障覆盖范围,直到所考虑的故障都被覆盖 为止,这就是结构测试法。该测试法主要针对故障,是最 常用的方法 2021/2/24 9
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 9 8.1.2 数据域分析测试的方法 1．穷举测试法 穷举测试法是对输入的全部组合进行测试。如果对所 有的输入信号，输出的逻辑关系是正确的，则判断数字系 统是正常的，否则就是错误的。该方法的优点是能检测出 所有的故障。缺点是测试时间和测试次数随输入端数n的 增加呈指数关系增加。 2．结构测试法 对于一个具有n个输入端的系统，若采用穷举测试法， 则需加2n组不同的输入信号才能对系统进行完全测试。显 然这种穷举测试法无论从人力还是物力上都是行不通的。 解决的办法是从系统的逻辑结构出发，考虑哪些故障，然 后针对这些特定的故障生成测试码，并通过故障模型计算 每个测试码的故障覆盖范围，直到所考虑的故障都被覆盖 为止，这就是结构测试法。该测试法主要针对故障，是最 常用的方法
第8章数据域分析测试技术 812数据域分析测试的方法 3.功能测试法 功能测试法不检测数字电路内每条信号线的故障,只 验证被测电路的功能,因而比较容易实现。目前,LS、 ⅥLS电路的测试大都采用功能测试法,对微处理器、存储 器等的测试也可采用功能测试法。 4.随机测试法 随机测试法采用的是“随机测试矢量产生”电路,随 机地产生可能的组合数据流,将所产生的数据流加到被测 电路中,然后对输出进行比较,根据比较结果,即可知被 测电路是否正常。该方法不能完全覆盖故障,故只能用于 要求不高地场合 2021/2/24 10
第8章 数据域分析测试技术 2021/2/24 10 8.1.2 数据域分析测试的方法 3．功能测试法 功能测试法不检测数字电路内每条信号线的故障，只 验证被测电路的功能，因而比较容易实现。目前，LSI、 VLSI电路的测试大都采用功能测试法，对微处理器、存储 器等的测试也可采用功能测试法。 4．随机测试法 随机测试法采用的是“随机测试矢量产生”电路，随 机地产生可能的组合数据流，将所产生的数据流加到被测 电路中，然后对输出进行比较，根据比较结果，即可知被 测电路是否正常。该方法不能完全覆盖故障，故只能用于 要求不高地场合