Logikanalysator oder Oszilloskop

Logikanalysator oder Oszilloskop

 

Wenn Sie in einem Mikrocontrollersystem nach Fehlern suchen, dann können Sie dies auf der analogen oder der logischen Ebene tun. Im analogen Bereich nutzen Sie dazu meist ein Oszilloskop ein. Sie brauchen eine möglichst hohe Auflösung, um auch kürzeste Störimpulse (Glitches) erkennen zu können. Hier interessieren u. a. die folgenden Fragen:

  • Treten Schwingungen auf?
  • Ist die Anstiegsgeschwindigkeit steil genug?
  • Kommt es zu Spannungsspitzen oder -einbrüchen?
  • Wird einem Datensignal ein Rauschen überlagert?
  • Sind Frequenzschwankungen zu erkennen (Jitter)?
 
Taktsignal eines Z80 Mikroprozessors

Die zu untersuchenden Aspekte finden sich häufig im Bereich der Spannungsversorgung, aber auch die Takterzeugung kann gehörige Probleme bereiten. Mit einem Oszilloskop messen wir in der Regel auf einem, manchmal auch auf zwei Kanälen, z. B. um die Phasenverschiebung zu ermitteln.

Bei der logischen Fehlersuche hingegen prüfen wir, ob auf den einzelnen Datenleitungen zur richtigen Zeit die richtigen Pegel anliegen. Und da ist ein Logikanalysator das richtige Hilfsmittel. Er verfügt über viele Kanäle, die gleichzeitig dargestellt werden. Da allerdings auch binäre Informationen in einem Mikrocontrollersystem über analoge Pegel dargestellt werden, müssen sie interpretiert werden. Das geschieht über einen Komparator (Vergleicher). Technisch realisiert wird das durch einen Operationsverstärker mit sehr hohem Verstärkungsfaktor.

 
Komparator

Ein Operationsverstärker verstärkt die Spannungsdifferenz, die an seinen beiden Eingängen (grün und blau) anliegen. Bei einem Komparator wird ein Eingang (hier blau) auf die Schwellenspannung gelegt, der andere (grün) ist der Messeingang. Liegt die Spannung am grünen Eingang knapp über der am blauen, springt der Komparator sofort in die positive Sättigung. Da die Spannung allerdings nicht größer werden kann, als die Versorgung springt er auf 5 V.

Sinkt die Spannung allerdings unwesentlich unter die Schwelle wird die negative Sättigung erreicht, die in diesem Fall das GND-Potenzial ist. Da es im Logikbereich "leider" nicht nur TTL-Pegel gibt, ist ein einstellbarer Schwellwert von großem Nutzen.

 

Eine gewisse Problematik tritt dann auf, wenn sich das Eingangssignal direkt an der Schwellenspannung aufhält (grüner Bereich). In diesem Fall könnte es zu einem Flattern kommen, weil das Signal ständig über und unter der Schwelle pendelt. In binären Systemen ist das allerdings kaum vorstellbar, denn die Pegel wechseln mit hoher Geschwindigkeit und außerdem wird selbst bei Angabe einer einzelnen Schwelle intern praktisch immer mit einer Hysterese gearbeitet.

Beispiel: Der Komparator schaltet bei Werten über 1,2 V auf High, aber erst bei 1 V wieder auf Low. Damit ist sichergestellt, dass es beim Pendeln um den Wert 1,2 keine wiederholten Schaltvorgänge gibt.