ロジックアナライザ – metoree本番管理

ロジックアナライザとは

ロジックアナライザ(英語:Logic analyzer)はデジタル信号専用のアナライザ（解析装置）で、デジタル回路の動作検証を主な目的とする測定器です。

信号を分析する装置として、主にアナログ信号の解析に用いられるオシロスコープと比較される場合があります。

ロジックアナライザはデジタル回路の検証やトラブルシューティングにおいて必須のツールで、製品の開発や製造現場で用いられています。

複数の信号の入力に対して、アナログ特性は測定せず、閾値を用いて０と1に変換して処理を進めます。信号をデジタルデータとして扱うことから、デジタル回路において以下のような用途で使用されます。

試験対象システム（SUT:System under test）の測定箇所にプローブを設置し、信号をロジックアナライザに入力します。取り込まれた信号は、まずコンパレータに入力されます。

コンパレータではユーザーが任意に設定するスレッショルド電圧(閾値)と比較され、これより高ければ”1”、低ければ“0”として後段へ伝達されます。即ち、コンパレータを通過した後はデジタル信号として扱われるということです。

コンパレータの出力は、クロックとトリガ条件に対応してデジタル信号として出力されます。クロックはロジックアナライザの内部のサンプリングクロックを用いる場合と、SUTからの外部クロックに準ずる場合があり、用途により使い分けます。

前者は各信号間のタイミング情報を得るために行われ、後者はステートを得るためです。トリガ条件は特定のロジックパターンや、任意のイベント数のカウント、イベントの持続時間など様々な項目の設定ができます。

試験対象回路の信号レベルから適切な閾値を設定し、得ようとする情報に対して適切なクロック、トリガ条件を設定することが重要です。

プローブをSUTへ接続し、個々の入力信号に名称を設定します。この時、バスなど複数の信号を測定する場合は、グループ化して登録すると測定結果を観測しやすいです。

次いで信号をサンプリングする時間を決めます。サンプリングクロックの周波数が高くなるほど、より細かい信号測定が可能となります。一方、取り込めるデータ量は一定なので、観測できる時間幅は狭くなります。なお信号のサンプリングインターバルは、以下の式から求めることが可能です。

サンプリングインターバル(秒)＝1/周波数(Hz)

最後にトリガ条件設定です。トリガ条件設定では測定の開始以外にも、トリガが発生した時の画面表示方法の指定が行えます。画面表示方法では、トリガが１回発生したらストップするのか、トリガが発生するたびに測定結果を更新するのかを指定できます。

オシロスコープが信号の波形などアナログ特性を観測できるのに対して、ロジックアナライザは信号からデジタルデータ(情報)を取り扱います。

一つの信号から得られる情報量はオシロスコープの方が多いですが、同時に観測できる信号は4つ(4チャンネル)程度に限られるのに対し、ロジックアナライザは同時に多数の入力信号を扱えることが特徴です。

ロジックアナライザには、使用する上でいくつか注意点があります。SUTやロジックアナライザの故障を防いだり、正しい測定結果を得るために知っておくと役に立ちます。

SUTの電源が切れていることを確認する
SUTにプローブを接続する際、測定箇所とその周辺部がプローブを介して接触する恐れがあります。SUTが通電されていると、その瞬間に大きな電流が流れて故障する場合があります。従って、常にプローブの接続が終わってからSUTに通電するよう心掛けて下さい。

用途に応じたプローブを選択する
プローブには測定する信号毎にリードを個別に接続するフライングリード・プローブ、ロジックアナライザ専用のコネクタと接続するコネクタ・プローブ、基板のフットプリントに直接接続するコネクタレス・プローブなどがあります。用途に応じてプローブを選択してください。

用途に応じて測定条件を設定する
測定したい信号の変化頻度や測定範囲に応じて、サンプリングクロックや記録時間の設定をおこないます。ロジックアナライザの性能にもよりますが、分解能やメモリ容量を踏まえて、正しい測定結果が得られるよう設定や機種の選定を行いましょう。

参考文献
https://www.softech.co.jp/mm_071107_plc.htm
https://ekuippmagazine.com/measuring/logicanalyzer/
http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5988-7905JA.pdf