El Analizador Lógico

La rápida evolución de los sistemas electrónicos digitales creo la necesidad de una nueva generación de instrumentos, ya que los sistemas tradicionales de medida no podrían analizar por completo estos sistemas.

En paralelo a la aparición del primer microprocesador, a finales de los años 60 se produjo también la de los primeros analizadores.

Con la introducción de sistemas con buses, especialmente aquellos basados en microprocesador, el numero de señales se ha incrementado de forma notable; además, estas señales no deben ser medidas individualmente porque solo tienen sentido en relación a las demás y formando un conjunto con ellas. En consecuencia, esta tarea ya no puede ser resuelta con un clásico instrumento de medida como puede ser el osciloscopio.

La importancia de ver todas las señales simultáneamente queda clara si nos referimos al ciclo de lectura de un microprocesador, por ejemplo, de 16 bits. Para verificar que estos bits de datos son leídos correctamente de la memoria es necesario valorar cerca de 48 canales a la vez.

De esta manera podemos observar que ciertas situaciones, en relación a operaciones con microprocesadores, pueden ser explicadas solo si todas las lineas de dirección y datos se muestran junto con las señales de control relacionas en esa operación.

Evolución histórica

Este tipo de equipos de medida se desarrollo con la idea de resolver varios problemas de medida en un solo aparato, de esta manera que se detectaran el mayor numero de anomalías y que pudiera analizar el mas alto porcentaje de circuitos digitales.

Los primeros analizadores lógicos consistían básicamente en analizadores en estados lógicos y exteriorizaban sus medidas simplemente a través de un visualizador o display en sistema hexadecimal. En el aparecían los distintos estados sucesivos de los buses de datos o de direcciones del sistema digital que estaba probándose.

Este equipo evoluciono rápidamente hasta los modelos actuales, en los que podemos observar que tienen como mínimo dos posibilidades:

1. Análisis de diagramas de estados
2. Análisis de diagramas de tiempo

El aspecto exterior de un analizador lógico es similar al de un osciloscopio, aunque el numero de mandos o controles externos que podemos visualizar es bastante superior en el del primero. La presentación de datos, tanto en el caso de diagramas de estado como de tiempos, se realiza a través de una pantalla de rayos catódicos. Interiormente, su componente principal es un microprocesador, el cual gobernará todas las funciones que nos permita en analizador lógico.

Composición de un analizador lógico

Un analizador puede dividirse en cuatro bloques:

1. Adquisición de datos
2. Almacenamiento de datos
3. Control de funciones
4. Presentación de datos

La toma de datos se realiza con sondas de elevada impedancia de entrada. Otro de los puntos importantes en la adquisición de datos es el disponer de un nivel lógico de entrada ajustable para, así  adaptarse a las diferentes familias de circuitos integrados que nos podemos encontrar en cualquier circuito, como pueden ser las TTL o CMOS. El número de canales de entrada que se precisan depende, en gran medida, de la aplicación que queramos dar al analizador lógico. Normalmente se utilizan de 16 canales, pero, con la incorporación de los nuevos microprocesadores de 32 y 64 bits, es necesario utilizar analizadores de más canales o ampliar, por medio de algunos periféricos, la capacidad de los de 16.

Para la adquisición de datos se emplean, fundamentalmente, dos tipos de proceso: uno el sincrónico y el otro el asincrónico, aunque para algunos casos determinados se utilizan otros medios conocidos bajo el nombre de almacenamiento, o "latch", y entrelazado.

El módulo de control tiene como misión principal la de disparo del sistema de adquisición de datos en el instante oportuno. El procesamiento que se emplea más habitualmente es el de identificación de una palabra determinada de información donde se comparan los datos recogidos por el analizador con una palabra de 16 bits escogida anteriormente por el usuario. En el instante en que se coinciden se produce el disparo.

El bloque encargado de la presentación en pantalla de los datos almacena estos, en primer lugar, en la memoria para, seguidamente, llevar a cabo la operación de visualización, existiendo dos posibilidades distintas:

1. Tabla de estados lógicos
2. Diagrama de tiempos

Controles de un analizador lógico

Cualquier analizador lógico que incorpora un microprocesador consta de cuatro funciones básicas que se controlan con las distintas teclas que incorporan dichos instrumentos. Estas son: la adquisición de datos, el almacenamiento de datos, la sección de control y la presentación en pantalla. Podemos destacar en la adquisición de datos que estos se reciben en paralelo.

Formato de visualización de datos

Cuando en nuestro analizador lógico pretendemos visualizar datos, comparando el estado de varias señales en un mismo instante, la representación de cada uno de ellos se puede realizar en diversos formatos tales como: binario, hexadecimal, decimal, octal, ASCII, etc. En el teclado de control de funciones del analizador lógico hay un numero determinado de pulsadores que nos permitirá seleccionar dicho formato.

Adquisición de datos

Este método se utiliza básicamente para la representación de las formas de onda o diagramas de tiempos. La frecuencia a la que el analizador lógico forma los datos esta determinada por el oscilador interno del reloj del instrumento de medida. El valor de frecuencia se hace importante cuando se desean capturar fenómenos transitorios o ruidos que causen alteraciones ne el equipo.

Adquisición de datos sincrónicos

Se utiliza normalmente para efectuar el análisis de estados lógicos, representándose en sistema binario, octal o hexadecimal. En este caso, la secuencia de la adquisición de datos del analizador depende de la frecuencia de reloj del equipo de vamos a probar. Dependiendo de las características del analizador, podremos tomar simultáneamente dos  o mas frecuencias diferentes. Se utiliza básicamente en sistemas con bus, donde es absolutamente necesario encontrar una señal que indique cuando son validos, en el bus, los datos, direcciones y lineas de control.

Adquisición de datos mediante almacenamiento

Uno de los principales motivos de error en el diseño de circuitos digitales es la aparición de rebotes o "glitches". Hay pulsos estrechos, creados frecuentemente por influencia entre lineas de señal, que son más rápidos que la velocidad de muestreo. Para asegurar que estos picos de corta duración  que causan bastantes problemas, son también almacenados en la memoria del analizador se utiliza el modo conocido con el nombre de "latch".

Adquisición de datos entrelazado

En los casos en que la velocidad máxima estándar asincrónica no es lo suficientemente "asincrónica", hay un método llamado entrelazado para duplicar la velocidad y ampliar la memoria de, normalmente, 16 canales del analizar. Podemos ver que las memorias A+B y C+D trabajan en paralelo para el dato de entrada y el reloj de registro de memoria se conmuta de un bloque a otro, una vez que una palabra de 16 bits ha sido grabada en una de las dos memorias.