ANALIZADORES LOGICOS

ANALIZADORES LÓGICOS

Introducción

Las funciones específicas que poseen los analizadores lógicos confieren a éstos una serie de posibilidades que no poseen otros equipos electrónicos de medida. En este tema se describen los distintos tipos de analizadores utilizados en el dominio digital. Se realiza una comparación previa con los osciloscopios indicando sus similitudes y diferencias y su utilización más idónea en función de la aplicación de medida. Posteriormente se inicia la descripción exhaustiva de los analizadores lógicos destinados al análisis del funcionamiento de sistemas digitales complejos en los que se requiere la observación simultánea de multitud de canales y una gran potencia en sus sistemas de adquisición, disparo y presentación. Tras mostrar el diagrama de bloques básico de un analizador lógico, se describen los diferentes modos de presentación con los cuales se pueden obtener cronogramas, tablas de estados o visualización de los mnemotécnicos correspondientes a las instrucciones de un determinado microprocesador. Seguidamente se estudian los diferentes modos de adquisición y disparo, y los métodos de muestreo con los que poder analizar señales digitales con un consumo óptimo de memoria sin perder resolución horizontal. También se tratan los aspectos concernientes a los sistemas de sondas y puntas de prueba que hacen posible el acceso a las señales de interés en sistemas digitales complejos.

1.1. Clasificación inicial

Realizando una primera clasificación de los equipos destinados al análisis lógico, se pueden distinguir tres tipos de equipos:

- Sondas lógicas. Son equipos muy simples destinados a detectar estados lógicos de uno o varios nodos del circuito bajo ensayo de modo estático, es decir, sin tener registro de la evolución temporal de los estados detectados.

- Analizadores lógicos. Es la denominación general que incluye a los equipos destinados a medir estados lógicos de un circuito en régimen dinámico, esto es, teniendo un registro de su evolución temporal.

- Analizadores de protocolo. Representan una herramienta comúnmente utilizada en la actualidad para la comprobación de funcionamiento de los sistemas que trabajan en red. Estos equipos observan, analizan o simulan los procesos de comunicación que rigen los intercambios de datos entre diferentes dispositivos interconectados entre sí. Antes de continuar con la descripción de los equipos electrónicos anteriormente citados parece conveniente realizar un rápido repaso de los principales conceptos ligados con la lógica digital.

1.2. Tipos de lógica digital.

Niveles lógicos.

Las más comunes son:

- Lógica TTL. Está caracterizada por utilizar circuitos alimentados a +5 V. El nivel alto (H) corresponde a tensiones superiores a 2V (40% de VCC) mientras que el nivel bajo (L) a tensiones inferiores a 0,8 V (16% de VCC). Los valores de tensión intermedios definen un estado indeterminado.

- Lógica CMOS. Está caracterizada por utilizar circuitos de alimentación variable desde +0.5V hasta +18V aunque el valor típico es de +15V. El nivel alto (H) corresponde a tensiones superiores al 70% de la tensión de alimentación mientras que el nivel bajo (L) a tensiones inferiores a 30%. Los valores de tensión intermedios definen un estado indeterminado.

2. Sondas lógicas.

Su componente básico es el comparador lógico compuesto por un par de comparadores con el cual es posible realizar la definición de estados lógicos pertinente. La salida de los comparadores se conecta a elementos de visualización (leds) o sonoros (buzzers) para realizar la indicación del estado lógico detectado. Los circuitos comparadores se suelen diseñar con una pequeña histéresis con la cual se aumenta la inmunidad al ruido. También suelen disponer de un circuito detector de pulsos, tanto positivos como negativos. En la figura 9.1 se puede ver el aspecto externo y el esquemático completo de una sonda lógica.

Para el caso particular de la sonda lógica de la figura anterior, el piloto rojo lucirá mientras se detecte un estado alto y el verde mientras se detecte uno bajo. Además, el zumbador emitirá tonos distintos para cada caso. Cuando se detecte una transición de bajo a alto o viceversa, lucirá el piloto amarillo durante un tiempo suficiente y se emitirá un zumbido especial. Si se mide un estado indefinido no luce ningún led ni se emite ninguna señal

Acústica. Otras sondas lógicas podrían indicar esta circunstancia mediante una indicación especial.

3. Analizadores lógicos.

Como hemos dicho anteriormente, los analizadores lógicos deben permitir realizar un estudio dinámico de la evolución temporal de varios nodos de un circuito digital. Figura 3.1. Analizadores lógicos y osciloscopios digitales.

A la hora de realizar el estudio de funcionamiento de circuitos digitales se pueden elegir como herramienta de análisis osciloscopios digitales DSO (digital storage oscilloscopes) o bien analizadores lógicos LA (logic analyzer). El osciloscopio es un equipo muy familiar que suele ser muy útil en determinadas aplicaciones donde existen pocas señales de interés (2 o 4 como máximo) y donde es necesario obtener medidas con gran exactitud tanto de tensiones (amplitudes, pendientes de subida o bajada, oscilaciones, calidad de las formas de onda, transitorios (glitches), ruido, etc.) como de tiempos (retrasos o solapes, tiempos de propagación, periodos, estabilidad en frecuencia (jitter) etc.). Sin embargo, cuando se necesita realizar el análisis simultáneo de un gran número de señales digitales, o cuando se requiere de un sistema complejo de disparo ligado a un determinado patrón establecido a partir de múltiples señales digitales no siendo exigible una gran exactitud en las medidas de amplitud y tiempo, parece más recomendable el uso de los LA.

La diferencia básica desde el punto de vista de la arquitectura de estos dos equipos estriba en el número y complejidad de sus convertidores analógicos/digitales ADC (analog to digital converter). Mientras que un DSO dispone de como máximo 4 ADC tipo Flash de 8 o 10 bits (2N-1 comparadores internos) los AL pueden disponer de un hasta un centenar (o más) de ADC de 1 bit (con 1 ó 2 comparadores internos).

En la actualidad, los DSO más avanzados están provistos de sistemas de disparo y adquisición suficientemente potentes que permiten realizar medidas complejas en circuitos digitales mientras que los modernos AL disponen de uno o más canales

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