Cuando se necesite ver pequeñas variaciones de tensión en las señales. Cuando se necesite una gran precisión para medir intervalos de tiempo.

Transcripción

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2 Para localizar un error de sincronización, se necesita mirar simultáneamente a la entrada y a la salida de un contador de 16 bits, y sólo se tiene un osciloscopio de dos canales. Cómo nos las apañamos? 0 se acaban de desarrollar diagramas de tiempos de una tarjeta llena de circuitos digitales. Cómo los comprobamos? De repente aparece un glitch en una de las líneas de datos de un microprocesador, que hace que los datos que llegan al mismo no sean correctos. Y no se puede disparar exactamente sobre el glitch con un osciloscopio analógico. Cómo se hará para capturarlo y analizarlo? Con una herramienta inadecuada, resolver este tipo de problemas puede ser un proceso muy largo. Y cuanto más largo sea el problema, más nervioso se pone el que trata de resolverlo. En tales casos, ser un héroe depende sólo de la herramienta que se elige para hacer el trabajo rápidamente. Para los anteriores problemas, la solución ideal es el analizador lógico. Este folleto está pensado como una visión global y rápida de las funciones básicas de un analizador lógico. Con él pretendemos reducir al mínimo el tiempo necesario para aprender a manejar el nuevo instrumento. No se refiere a medidas con gran detalle, sino que da una idea general de lo que puede hacer el analizador. Como todos solemos trabajar a presión, queremos ofrecerles un folleto corto y sencillo, que se lea en poco tiempo pero que cubra todos los puntos básicos. Hablaremos de cuestiones como " Por qué me voy a preocupar por el analizador lógico?" o " Qué puede hacer por mi el analizador? ". No se trata del manual de un analizador concreto, aunque los ejemplos se refieren a analizadores Hewlett-Packard. Esperamos que ayude a comprender los analizadores lógicos. 2

3 1. Osciloscopio o analizador lógico? Cuando se puede elegir entre un osciloscopio o un analizador lógico, mucha gente elegirá el osciloscopio. Por qué? Porque casi todos los usuarios saben lo que es un osciloscopio. Hay uno prácticamente en la mesa de cada ingeniero, y es de uso relativamente sencillo. Es uno de los más "generales" de todos los instrumentos electrónicos. Sin embargo, presenta algunos inconvenientes que limitan su utilidad para algunas aplicaciones. Un analizador lógico puede ofrecer más información útil de muchas de estas aplicaciones. Pero como un analizador lógico está "sintonizado" con el mundo digital, no tiene un uso tan amplio como el osciloscopio. En algunos casos se puede emplear uno u otro, porque tienen funciones parecidas. Pero cómo saber qué es lo mejor para cada aplicación? En los siguientes párrafos pretendemos dar unas orientaciones básicas. Cuándo se debe usar el osciloscopio? Cuando se necesite ver pequeñas variaciones de tensión en las señales. Cuando se necesite una gran precisión para medir intervalos de tiempo. Generalmente un osciloscopio es el instrumento que se deberá utilizar cuando se necesite una gran resolución vertical o de tensión. Para decirlo de otro modo, si se necesita ver todas las variaciones de tensión, por pequeñas que sean, se necesita un osciloscopio. Muchos osciloscopios, incluidos los osciloscopios digitales, ofrecen también muy alta resolución en el tiempo. Es decir, pueden medir intervalos de tiempo entre dos eventos con gran precisión. En general, se deberá usar el osciloscopio siempre que se necesite información paramétrica. Cuándo se debe usar el analizador lógico? Cuando se tenga que ver muchas señales a la vez. Cuando se necesite ver en el sistema las señales igual que las ve el equipo. Cuando se necesite disparar sobre un patrón de altos y bajos en varias líneas, y ver los resultados. Los analizadores lógicos derivan de los osciloscopios. Presentan los datos del mismo modo general que el osciloscopio: el tiempo en el eje horizontal, la amplitud de la tensión en el vertical. Pero el analizador lógico no tiene tanta resolución de tensión o de intervalos de tiempo como su pariente el osciloscopio. Puede capturar y presentar a la vez ocho o más señales, algo que no hace el osciloscopio. Un analizador lógico reacciona del mismo modo que lo hace un circuito lógico cuando una señal cruza un umbral del sistema. Es decir, reconoce si la señal está en alto o en bajo. También puede disparar sobre patrones de altos y bajos de dichas señales. Así que cuándo se debe utilizar el analizador lógico? Cuando se necesite mirar más líneas de las que ofrece el osciloscopio, siempre que no se necesite una información ultra-precisa de los intervalos de tiempo. Si se tienen que ver todas las transiciones que se producen en una onda, el analizador lógico no es el instrumento adecuado. Los analizadores lógicos son especialmente útiles para analizar las relaciones de tiempo o los datos de un bus (p. ej., el bus de direcciones, datos o control de un microprocesador). Puede decodificar la información de los buses del microprocesador y presentarla de manera clara (volveremos sobre ésto cuando hablemos de los analizadores de estados). En general, 3

4 cuando ya se ha pasado de la etapa paramétrica del diseño e interesan más las relaciones de tiempo entre diversas señales, y se necesite disparar sobre patrones de altos y bajos lógicos, el instrumento adecuado es el analizador lógico. 2. Qué es un analizador lógico? Ahora que hemos hablado ya algo de cuándo se debe usar un analizador lógico, vamos a ver con más detalle lo que es. Hasta ahora hemos utilizado el término "analizador lógico" de manera poco estricta. De hecho, la mayoria de los analizadores lógicos son en realidad dos analizadores en uno. El primero es un analizador de tiempos, mientras que el segundo es un analizador de estados. Cada uno con sus funciones especificas, de las que hablaremos en las siguientes secciones. Qué es un analizador de tiempos? Un analizador de tiempos es la parte del analizador lógico que más se parece a un osciloscopio. De hecho se pueden considerar como parientes cercanos. El analizador de tiempos presenta la información del mismo modo general que el osciloscopio, con el tiempo en el eje horizontal y la amplitud de tensión en el vertical. Como las formas de onda que presentan ambos instrumentos dependen del tiempo, se dice que presentan la información "en el dominio de tiempo". Cómo elegir el método de muestreo Un analizador de tiempos funciona haciendo un muestreo de las formas de onda de entrada, para determinar cuáles de ellas están en alto o en bajo. Sólo se fija en un umbral de tensión: si la señal está por encima del umbral en el momento en que es muestreada, el analizador lógico indicará un alto o 1. Con el mismo criterio, si la señal está en el momento de ser muestreada por debajo del umbral, el analizador indica un bajo o 0. A partir de estos puntos de muestreo, se genera un listado de unos y ceros que representa una imagen de los bits de la onda de entrada. Para el analizador, la onda está en alto o en bajo: no tiene estados intermedios. El listado almacenado en la memoria del analizador se usa también para reconstruir una imagen de bits de la onda de entrada, como se ve más abajo. Un analizador de tiempos es como un osciloscopio digital con resolución vertical de sólo un bit. Con esta resolución, sólo se pueden presentar en pantalla dos estados: alto o bajo. 4

5 La siguiente figura representa dos pantallas en las que aparece la misma señal (una onda senoidal) presentada por un osciloscopio digital y un analizador de tiempos. Parece que esta tendencia a hacer cuadradas todas las ondas limitaría la utilidad del analizador de tiempos. Pero debemos recordar que no pretendemos utilizarlo como instrumento paramétrico. Si quisiéramos medir el tiempo de subida de una señal con el analizador, estaríamos usando un instrumento inadecuado. Pero si necesitamos comprobar la relación en el tiempo entre distintas líneas, observándolas todas juntas, lo lógico es utilizar un analizador de tiempos. Por ejemplo, imaginemos que tenemos en un sistema una RAM dinámica que se debe refrescar cada 2 ms. Para asegurarnos de que toda la memoria se refresca en ese plazo, usamos un contador para contar secuencialmente todas las filas de la RAM y refrescar cada una de ellas. Si queremos asegurarnos de que el contador cuenta en realidad todas las filas antes de empezar, podemos programar un analizador de tiempos para que se dispare cuando el contador empiece, y presente todas las filas contadas. Aquí no nos interesan mucho los parámetros: lo único que queremos saber es que el contador cuenta de 1 a N y vuelve a empezar. Cuando el analizador de tiempos muestrea una línea de entrada, ésta estará en alto o en bajo. Si la línea está en cualquier estado (alto o bajo) en un momento muestral dado, y en el estado opuesto en el siguiente, el analizador "sabrá" que la señal ha tenido una transición en algún momento entre las dos muestras. Como no sabe cuándo, sitúa el punto de transición en el siguiente momento de muestreo como se ve en la imagen. 5

6 Esto supone cierta ambigüedad sobre cuándo se ha producido realmente la transición y cuándo es presentada por el analizador. Pero en el peor de los casos, esta ambigüedad no abarca más de un periodo de muestreo, suponiendo que otra transición se produjo inmediatamente después del anterior punto de muestreo. Sin embargo, con esta técnica hay que considerar los pros y los contras entre resolución y tiempo total de adquisición. Hay que recordar que cada punto de muestreo ocupa una posición de memoria. De modo que cuanto mayor sea la resolución (mayor velocidad de muestreo), menor será el intervalo de adquisición. Muestreo transicional Cuando capturamos los datos de una línea de entrada con datos de ráfagas, como en el ejemplo de más abajo, debemos ajustar la velocidad de muestreo para obtener una mayor resolución (p. ej., 10 ns) si queremos capturar los impulsos rápidos que se producen al principio. Sin embargo, ésto supone que un analizador de tiempos que tuviera 1 K de memoria (1.024 muestras), dejaría de adquirir datos después de 10,24 µs y no podría capturar la segunda ráfaga. Se puede observar que el analizador muestrea y almacena datos durante largos momentos en los que no se produce actividad. Esto supone ocupar la memoria del analizador lógico sin ofrecer información adicional. Lo que en realidad necesitamos es saber cuándo se producen las transiciones y si son positivas o negativas. Por tanto, el muestreo transicional hace un uso más eficaz de la memoria. Para ello podríamos usar en la entrada del analizador de tiempos un "detector de transiciones" y un contador. El analizador de tiempos almacenaría entonces sólo las muestras precedidas por una transición, con el tiempo transcurrido desde la última. De este modo se ocupan sólo dos posiciones de memoria por transición, y nada si no se produce actividad en la entrada. Esta es la técnica llamada "temporización transicional", que se utiliza en la familia de analizadores lógicos 1650/16500 de Hewlett-Packard. En nuestro ejemplo no sólo podremos capturar así la segunda ráfaga, sino la tercera, la cuarta y la 6

7 quinta, dependiendo de los impulsos por ráfaga que se produzcan. Al mismo tiempo seguimos manteniendo una resolución muy alta, de 10 ns. Ahora sí que podemos hablar de "profundidad efectiva de la memoria", que es igual al total de datos de tiempo capturados dividido por el periodo muestral (10 ns). En nuestro ejemplo de abajo, que presenta la actividad típica de un microprocesador, los datos totales de tiempo capturados son 260 µs (26 µs/div. x 10 divisiones) durante un periodo de muestra de 10 ns, lo que supone una "profundidad efectiva de la memoria" de 26 K. Nota: Esta es una descripción conceptual de la técnica de temporización transicional. Captura de glitches Un inconveniente de los sistemas digitales son los temidos "glitches". Los glitches tienen la mala costumbre de presentarse en los momentos más inoportunos, produciendo resultados desastrosos. Cómo capturar un glitch que se presenta cada 36 horas, pero que deja el sistema prácticamente inútil? Una vez más, el analizador de tiempos viene en nuestro auxilio: los analizadores Hewlett-Packard disponen de funciones de captura de glitches y disparo, que les permiten localizar hasta los problemas más difíciles causados por los glitches. Un glitch puede ser originado por un acoplamiento en capacidad entre trazas, por oscilaciones de la fuente de alimentación, por puntas instantáneas de corriente causadas por el uso simultáneo de varios dispositivos, o por muy diversas causas. Como es muy difícil 7

8 que la mayoría de osciloscopios normales puedan diferenciar un glitch de una transición válida, un osciloscopio no sirve para detectar un glitch. Pero como el analizador de tiempos muestrea los datos de entrada y puede hacer un seguimiento de las transiciones que se produzcan entre muestras, no le resulta difícil detectar los glitches. En el caso del analizador, un glitch se define como una transición que cruza un umbral lógico más de una vez entre dos muestras. El analizador sigue todas las transiciones que se producen entre dos muestras, como acabamos de ver. Para que reconozca los glitches, "enseñamos" al analizador a seguir todas las transiciones múltiples y a presentarlas como glitches. Aunque la presentación de glitches es una función útil, también puede resultar interesante que el instrumento pueda disparar cuando se produzca un glitch y presentar los datos sucedidos inmediatamente antes. Esto nos ayudará a saber que ha causado el glitch. Esta función permite también al analizador capturar datos sólo cuando nosotros queremos (cuando se produce el glitch). Pensemos en el ejemplo que poníamos en el primer párrafo de esta sección: tenemos un sistema que falla periódicamente porque aparece un glitch en una de las líneas. Como no se produce con frecuencia, si quisiéramos almacenar datos todo el tiempo (suponiendo que tuviéramos una memoria de gran capacidad), dispondríamos de una información enorme que después habría que comprobar. Otra alternativa es usar un analizador sin función de disparo por glitches, sentarse delante del instrumento, pulsar el botón RUN y esperar hasta que aparezca el glitch. Desgraciadamente ninguno de los dos casos es muy práctico. Sí podemos decir al analizador que dispare cuando se produzca un glitch, se podrá parar cuando encuentre uno, capturando todos los datos producidos inmediatamente antes. Así dejaremos al analizador que cuide del sistema y, cuando falle, tendremos registrada la causa del error. Disparo del analizador de tiempos Otra palabra con la que estarán familiarizados los usuarios de osciloscopios es "disparo". También se usa con los analizadores lógicos, aunque se suele llamar más bien "punto de traza". A diferencia de los osciloscopios analógicos, que empiezan la traza inmediatamente después del disparo, un analizador lógico captura continuamente los datos e interrumpe la adquisición una vez hallado el punto de traza. Así pues, un analizador lógico puede presentar la información anterior al punto de traza (lo que se conoce como tiempo negativo), así como la posterior. 8

9 Disparo en patrones Programar las especificaciones de una traza en un analizador de tiempos es algo distinto a programar un nivel y una pendiente de disparo en un osciloscopio analógico. Muchos analizadores disparan en patrones de altos y bajos que están presentes en las líneas de entrada. Observemos el menú de traza. Hemos dicho que el analizador empieza a capturar datos cuando los canales 0, 2, 4 y 6 están en alto (1 lógico) y los 1, 3, 5 y 7 están en bajo (0 lógico). La siguiente imagen presenta la pantalla resultante, cuya línea central indica el punto de traza. En este punto, los canales 0, 2, 4 y 6 están en alto, mientras que los 1, 3, 5 y 7 están en bajo. Para facilitar las cosas a algunos usuarios, el punto de disparo de la mayoría de los analizadores se puede programar no sólo en binario (unos y ceros), sino en hexadecimal, octal, ASCII o decimal. Por ejemplo, para programar el anterior ejemplo en hex, la especificación del disparo sería 55, y no El uso de la programación hex para el punto de disparo es especialmente útil cuando analizamos buses de 4, 8, 16, 24 ó 32 bits de ancho. Basta con imaginarse lo que sería tener que programar una especificación de un bus de 24 bits en binario! 9

10 Disparo en flancos El disparo en flancos es un concepto familiar para los que usan osciloscopios analógicos. Cuando se ajusta el botón de nivel de disparo de un osciloscopio, es como si se estuviera situando el nivel de un comparador de tensión que dice al osciloscopio que debe disparar cuando la tensión de entrada sea superior a ese nivel. Un analizador de tiempos funciona esencialmente del mismo modo para disparar sobre flancos, excepto que el nivel de disparo ya está fijado como el umbral lógico. Por qué tienen los analizadores de tiempos una función de disparo sobre flancos? Porque mientras muchos dispositivos lógicos dependen del nivel, las señales del reloj y de control de los mismos son muchas veces sensibles a los flancos. El disparo sobre flancos permite empezar a capturar datos en el momento en que se sincroniza un dispositivo. He aquí un ejemplo sencillo: tomemos el caso de un registro de desplazamiento disparado sobre un flanco, que no desplaza correctamente los datos. Se trata de un problema de los datos o del flanco del reloj? Para comprobarlo, debemos verificar los datos cuando se sincronizan, en el flanco del reloj. Se puede decir al analizador que capture los datos cuando se produce el flanco del reloj (de subida o de bajada) y que capte todas las salidas del registro de desplazamiento. Naturalmente, en este caso deberíamos retrasar el punto de traza, teniendo en cuenta el retardo de propagación a través del registro de desplazamiento. Qué es un analizador de estados? Si nunca se ha usado un analizador de estados, se podría pensar que es un instrumento increiblemente complejo que llevará mucho tiempo dominar. "Además", se podría decir, " para qué tengo que usar un analizador de estados, si soy diseñador de equipos?" Pues la verdad es que muchos diseñadores de equipos se darán cuenta de que un analizador de estados es una herramienta muy útil, sobre todo cuando se trata de localizar pequeños errores de software o fallos de hardware, pues puede eliminar el "pasarse la pelota" entre los equipos de hardware y software cuando se presenta un problema que parece irresoluble. Por otro lado, un analizador de estados no es más difícil de entender que uno de tiempos. En la primera parte de este folleto hablábamos de una de las dos partes principales del analizador lógico: el analizador de tiempos. En algunos aspectos es como un osciloscopio digital, sobre todo cuando presenta formas de onda en el tiempo. Como el eje horizontal de una pantalla de formas de onda es el tiempo, decíamos que veíamos la onda "en el dominio de tiempo". Cuándo se debe usar el analizador de estados? Si queremos saber cuándo usar un analizador de estados, deberemos saber primero que es un "estado". Un "estado" de un circuito lógico es una muestra de un bus o línea que contiene datos válidos. Por ejemplo, un sencillo flip-flop en "D", como el que se ve a continuación. Los 10

11 datos en la entrada "D" no serán válidos hasta que se produzca un flanco positivo de reloj. Entonces, tenemos un estado del flip-flop cuando se produce un flanco positivo del reloj. Si tenemos ocho de estos flip-flops en paralelo y los ocho están conectados a la misma señal del reloj, cuando se produce una transición positiva en la línea del reloj, los ocho capturarán los datos en sus entradas "D". De nuevo se produce un estado cada vez que ocurre una transición positiva en la línea del reloj. Estas ocho líneas son parecidas al bus de un microprocesador. Si se conecta un analizador de estados a estas ocho líneas y le dijéramos que queremos recoger los datos cuando se produzca una transición positiva en la línea del reloj, el analizador haría exactamente eso. Es decir, el analizador de estados no capturará ninguna actividad en la entrada hasta que la señal del reloj se ponga en alto. Esto subraya la principal diferencia entre un analizador de estados y de tiempos. El analizador de tiempos tiene un reloj interno que controla su actividad de muestreo, de modo que muestrea asíncronamente el sistema que queremos probar. Un analizador de estados lo muestrea sincrónicamente, puesto que obtiene la señal de muestreo del propio reloj del sistema. Como regla general, se deberá usar un analizador de estados para ver "lo que" sucede en un bus, y un analizador de tiempos para ver "cuándo" sucede. Por tanto, un analizador de estados presentará generalmente los datos en forma de listado, y un analizador de tiempos los presentará como formas de onda. Tenemos que tener un cuidado extraordinario para no malinterpretar los datos cuando el analizador lógico nos presente los datos de estados como formas de onda y los de tiempos en forma de listado. Para entender los relojes En un analizador de tiempos, el muestreo se realiza bajo la dirección de un sólo reloj interno. Esto simplifica mucho las cosas. Pero en el mundo de los microprocesadores, un sistema puede tener varios "relojes". Veamos un ejemplo sencillo. Supongamos que queremos disparar sobre una dirección concreta de una RAM y ver que datos hay almacenados. Además vamos a suponer que el sistema utiliza un microprocesador Zilog Z80. Durante un ciclo de lectura o escritura, el Z80 pone primero una dirección en el 11

12 bus de direcciones; a continuación realiza un MREQ, para ver si la dirección es válida para una operación de lectura o escritura de la memoria. Por último evalúa una línea RD o WR, según que queramos leer o escribir. La línea WR o de escritura sólo se evalúa después de comprobar que los datos del bus son válidos. Para capturar direcciones del Z80 con nuestro analizador de estados, tendremos que ver cuándo se pone en bajo la línea MREQ. Pero para capturar datos, queremos que el analizador haga un muestreo cuando se ponga en bajo la línea WR (ciclo de escritura) o en alto la RD (ciclo de lectura). Algunos microprocesadores multiplexan los datos y direcciones en las mismas líneas. El analizador debe ser capaz de sincronizar la información de las mismas líneas, pero con distintos relojes. Es decir, en esencia actúa como un demultiplexador para capturar una dirección en el momento adecuado, y después los datos que se presentan en las mismas líneas. Disparo del analizador de estados El analizador de estados ofrece además la posibilidad de calificar los datos que queremos guardar. Si buscamos un patrón concreto de altos y bajos en el bus de direcciones, podemos decir al analizador que empiece a almacenarlos cuando encuentre ese patrón, y siga haciéndolo hasta que se llene su memoria. En el siguiente ejemplo se ha programado el punto de disparo en 8000H (hexadecimal). En este caso se quiere ver que hay en la posición 8000H, de modo que se programa el disparo de datos como "indiferente" (xx). Esto indica al analizador que dispare en la dirección 8000H, con independencia de los datos que hay en ella. El analizador captura la dirección 800OH y todos los estados siguientes. Se puede ver que los datos son C3H en la dirección 8000, y que toda la información se presenta en formato hexadecimal. Podríamos haberla presentado en binario, que sería más útil. Pero también puede ser útil decodificar la información hexadecimal en código ensamblador. 12

13 Desensamblado Si se especifica que toda la información de los buses se tiene que presentar en hex, tendremos una pantalla que se parece a la de arriba. Qué significan todos esos códigos hex? En el caso de un procesador, ciertos caracteres hex suponen una instrucción. Si se está muy familiarizado con los códigos hex, se podrá ver el listado anterior y se sabrá que instrucción representa. Sin embargo, la mayoría no lo sabría. Por ello, la mayoría de los fabricantes de analizadores han diseñado paquetes de software llamados desensambladores o ensambladores inversos, cuyo papel consiste en traducir los códigos hexadecimales a código ensamblador, para que sean más fáciles de leer. Por ejemplo, en la pantalla anterior aparecen C3, 50 y 80. Si vemos estos códigos en el manual del 8085, veremos que representan la instrucción JMP (ir a la posición 80 50) y después otra instrucción JMP (a C3). En vez de tener que consultar cada código, el ensamblador inverso lo hace por nosotros. Mirando la siguiente pantalla y se ve la diferencia: 13

14 Para comprender los niveles de secuencia Los analizadores de estados tienen "niveles de secuencia" que ayudan al disparo y a la memoria. Los niveles de secuencia permiten al usuario cualificar la memoria de datos con mayor precisión que un sólo punto de disparo. Esto significa que se podrá mirar con mayor precisión las ventanas de datos, sin tener que guardar la información que no se desee. Los niveles de secuencia son en general algo parecido a ésto: 1 buscar xxxx después cuando xxxx ir a nivel x 2 buscar después xxxx después cuando xxxx ir al nivel x 3 disparar en xxxx Los niveles de secuencia son especialmente útiles para entrar en una subrutina desde cualquier punto de un programa. La memoria selectiva ahorra espacio y tiempo Los niveles de secuencia hacen posible lo que llamamos memoria selectiva, que significa sencillamente que se guarda sólo una pequeña parte de un todo. Por ejemplo, suponemos que tenemos una rutina en ensamblador que calcula el cuadrado de un número dado. Si la rutina no calculara el cuadrado correctamente, diríamos al analizador de estados que capturara esa rutina. Esto lo hacemos diciendo primero al analizador que busque el principio de la rutina. Cuando ha encontrado la dirección de ese principio, le decimos que busque la dirección final y que almacene lo que hay entre ambas. Cuando encuentre la rutina final, decimos al analizador que deje de almacenar (que no almacene estados). El siguiente diagrama muestra como funciona la memoria selectiva. Ejemplo de aplicación: prealmacenamiento Además de estas funciones, la familia de analizadores Hewlett-Packard 1650/16500 permite especificar además lo que se llama un estado de "prealmacenamiento". Esto significa que el analizador guardará los dos últimos estados, además del que queramos guardar. Pero veamos si ésto nos puede ayudar a resolver algunos problemas. La pesadilla de todos los diseñadores de hardware y software es cuando en una posición de la memoria global de su sistema se sobreescriben de vez en cuando datos erráticos. En nuestro ejemplo, suponemos que la dirección 0BAEH está reservada para una variable global, y en ella se sobreescribe de vez en cuando el dato 44H. 14

15 Podemos disparar el analizador de estados cuando se produzca una escritura en la dirección de memoria 0BAEH el dato 44H ("a") y guardar sólo esos estados. Ahora podemos ver con qué frecuencia se escriben los datos erróneos en la memoria global. Para hallar la causa del problema, tendremos no obstante que saber qué instrucción (lectura del código operativo, "b") ha generado el ciclo errático de escritura. Si indicamos "guardar cuando aparezca "b", definiendo "b" como una lectura del código operativo, guardaremos también los dos ciclos de la instrucción inmediatamente anteriores al de lectura, con lo que tendremos localizado el problema. De este modo sólo necesitamos tres posiciones de la memoria del analizador de estados para localizar el origen del problema. 15

16 3. Reunamos todo esto en un instrumento Hasta ahora se ha hablado de los osciloscopios, analizadores de estados y tiempos y de sus aplicaciones. Si se es diseñador o técnico de mantenimiento de equipos, probablemente se utilizarán aplicaciones distintas para cada una de sus herramientas. En esta sección vamos a hablar de como usar conjuntamente esas herramientas para localizar los fallos de un sistema con mayor rapidez y eficacia. Los síntomas y sus causas Un técnico de mantenimiento de circuitos digitales con frecuencia se preguntará " qué es lo que causa este síntoma? ". Puede ser muy fácil identificar el síntoma de un fallo, pero para resolver el problema hay que encontrar la causa. Muchas veces, los síntomas y las causas pertenecen a dominios distintos. Por ejemplo, un glitch en la línea de control de una memoria puede hacer que se escriban o se lean de la misma datos erróneos. El síntoma (datos erróneos) se puede localizar en el dominio de los datos, usando un analizador de estados y disparándolo sobre la dirección sospechosa de la memoria. Pero la causa puede que no se identifique en el dominio de los datos. Un glitch sólo se puede identificar en el dominio de tiempo, usando o un analizador de tiempos o un osciloscopio. En este ejemplo, interesa más el tamaño del glitch (parámetro), y por tanto el osciloscopio sería la herramienta adecuada. También es posible que el síntoma se halle en el dominio de tiempo (p. ej., una mala señal de reconocimiento en las líneas de E/S) y la causa en el dominio de los datos (una rutina de E/S del programa equivocada). Medidas intermodulares Se llama "medida intermodular" aquella en la que participa más de un instrumento de medida. Una medida intermodular requiere que todas las herramientas de medida se integren en un solo instrumento, que pueda captar los datos simultáneamente. La figura siguiente muestra el menú de configuración de un sistema de un analizador lógico HP 16500A, que consta de analizadores de tiempos y estados, un osciloscopio digital y un generador de patrones para estímulos. 16

17 Disparos cruzados En los ejemplos anteriores hemos hablado de disparar un módulo (analizador de estados, de tiempos u osciloscopio) cuando se produzca el síntoma de un problema. Una vez que se produzca el síntoma y se dispare el analizador adecuado, el módulo que trata de localizar la causa tiene que empezar a capturar datos. Esto se consigue armando un módulo con el disparo del otro. Para que el sistema funcione totalmente, es necesario que cada uno de los módulos pueda recibir y enviar señales de disparo. El bus por el que se transmiten estas señales de disparo se llama "bus intermodular" o IMB. Correlación de tiempos en los disparos cruzados Una vez que se ha conseguido disparar todos los módulos de medida y se han recogido todos los datos, habrá que estudiar los datos capturados. La mayoría está familiarizada con las pantallas de forma de onda de un osciloscopio y se ha explicado en las páginas anteriores como se presentan los datos capturados por un analizador de estados o de tiempos. Para poner en relación un dominio con otro, sería conveniente presentar los datos de ambos dominios en una pantalla. Pero cómo se puede poner en relación un estado y un tiempo, si no es en el punto de una traza? Porque hay que recordar que el analizador de tiempos utiliza un reloj interno de muestreo asíncrono con el sistema, mientras que el de estados hace un muestreo sincronizado con el sistema objeto. Si se cuenta el tiempo transcurrido entre las muestras externas de estado, tenemos suficiente información de tiempos para encontrar alguna relación entre la forma de onda del analizador de tiempos y la correspondiente línea del listado del analizador de estados. 17

18 Ejemplo de aplicación En la figura a continuación se puede ver el resultado de la medida del ejemplo anterior. El analizador de estados se usa para disparar sobre ciertos accesos a la memoria. Tanto el analizador de tiempos como el osciloscopio se disparan por el analizador de estados para ofrecer información de tiempos en varios canales, así como información paramétrica en algunos de ellos. Se puede observar que los cursores se utilizan para establecer la relación entre el dominio de tiempo (osciloscopio y analizador de tiempos) y el de datos (analizador de estados). 4. Cómo se puede conectar el sistema a analizar? Hasta ahora se ha hablado de algunas diferencias entre los osciloscopios y los analizadores de estados y tiempos. Pero antes de que se puedan aplicar estas nuevas herramientas, se debería hablar de otro asunto más: el sistema de sondas. Por el uso de los osciloscopios ya se estará familiarizado con las sondas pasivas. La sonda de un osciloscopio está diseñada para poder acceder fácilmente a un sistema objeto con la mínima distorsión de la señal. Como se quiere obtener información paramétrica como niveles de tensión y tiempos de subida, es importante que la sonda no cargue demasiado el circuito probado. La sonda típica de un osciloscopio tiene una impedancia de 1 Mohmio, en shunt con 10 pf, según el ancho de banda que se utilice. Por otro lado, la sonda de un analizador lógico está diseñada para permitir la conexión de muchos canales con el sistema objeto, con mayor facilidad aún a costa de la precisión de amplitud de la señal que se prueba. Hay que recordar que un analizador lógico sólo distingue 18

19 entre dos niveles de tensión. Tradicionalmente, los analizadores lógicos han utilizado pods con sondas activas, que integraban todos los circuitos necesarios para la detección de señales en ocho canales. Desde estos pods se podían conectar cables a los circuitos que se querían probar. La impedancia típica de la sonda de un analizador lógico es de unos 100 Kohmios en shunt con 8 pf en la entrada del pod activo. Pero los cables de conexión suponen una capacidad parásita de otros 8 pf, con lo que tenemos un total de 16 pf por canal. Carga resistiva frente a carga capacitiva Cómo afecta la impedancia de las sondas a las medidas? La principal causa de la distorsión de las señales son dos fuentes de carga, resistiva y capacitiva. La carga resistiva afecta a la amplitud de la salida a través de un efecto divisor de resistencia. La carga capacitiva afecta al tiempo de la señal en prueba, redondeando y achatando sus flancos. Los errores de amplitud debidos a cargas resistivas no son tan importantes como para que afecten al funcionamiento de la mayoría de los circuitos, incluso aunque se utilicen sondas de 10 Kohmios, como las del osciloscopio HP 54001A de 1 GHz. De hecho, la mayoría de familias lógicas pueden funcionar perfectamente hasta con errores de amplitud del 10%. Como la mayoría de estos CIs digitales tienen impedancias típicas de salida de algunas centenas de ohmios o menos, se puede usar una sonda cuya punta tenga una resistencia de algunos Kohmios. La carga capacitiva de las sondas es más importante a medida que aumenta la velocidad del reloj, como sucede en los nuevos instrumentos. Debido a este aumento, los circuitos son más sensibles a los errores de sincronización, aunque sean de pocos nanosegundos. Por otro lado, la inmunidad básica a los errores de tiempo viene limitada por la velocidad de reloj del circuito. Un circuito CMOS que conduce una cierta carga puede operar perfectamente incluso a altas velocidades del reloj, pero la carga capacitiva extra de la sonda de ese circuito puede producir problemas inesperados de sincronización. En la siguiente tabla se presenta el aumento típico del retardo en una puerta CMOS debido a la capacidad de las sondas: 19

20 Sondas pasivas Con la familia de analizadores lógicos 1650/16500, Hewlett-Packard lanza un nuevo concepto de sondas. En vez de utilizar pods activos para grupos de ocho canales, se ha diseñado una nueva sonda pasiva con 16 canales por cable. Cada canal termina a ambos extremos a 100 Kohmios y 8 pf. Se puede comparar eléctricamente la nueva sonda pasiva con la sonda de un buen osciloscopio. La ventaja de la sonda pasiva, además de su tamaño mucho menor y su mayor fiabilidad, es que puede terminar exactamente en el punto de conexión del sistema objeto, con lo que se evita la capacidad parásita debida a los cables de los pods activos más grandes del circuito en pruebas. El resultado es que el circuito en prueba sólo "ve" ahora una carga capacitiva de 8 pf en vez de los 16 pf de los anteriores sistemas. Preprocesadores y otros accesorios Conectar un analizador de estados a un microprocesador requiere cierto esfuerzo en términos de conexiones mecánicas y de selección del reloj. Hay que recordar que habrá que sincronizar el analizador de estados cuando los datos o direcciones del bus sean válidos. Con algunos procesadores puede que sea necesario utilizar circuitos externos para decodificar ciertas señales, a fin de obtener el reloj para el analizador de estados. Un preprocesador no sólo ofrece conexiones mecánicas más rápidas, precisas y fiables con el sistema objeto, sino que también ofrece la adaptación eléctrica necesaria para capturar mejor el funcionamiento del sistema, como puede ser la sincronización y demultiplexación. Algunos microprocesadores pre-leen de la memoria información que quizá nunca se ejecute. Los preprocesadores pueden también distinguir la información pre-leida de la ejecutada. Además un preprocesador suele incorporar un desensamblador que decodifica la información hexadecimal en forma de nemotécnicos del microprocesador, como ya se vió anteriormente. 20

21 Resumen Esperamos que este folleto ayude a comprender mejor lo que es y lo que hace un analizador lógico. Como la mayoría de los analizadores, constan de dos partes principales, una de tiempos y otra de estados, que se han explicado por separado. Pero juntas constituyen una potente herramienta a disposición del diseñador de circuitos digitales. El analizador de tiempos se parece mucho al osciloscopio, pero es más adecuado para estructuras de tipo bus o aplicaciones en las que hay que procesar varias líneas. También puede dispararse en patrones sobre las líneas, o incluso en glitches. Un analizador de estados se considera más como una herramienta de software. En realidad, tiene mucha más utilidad en el dominio de tiempo. Como tiene su reloj del sistema que prueba, también se puede usar para capturar datos cuando los ve el sistema (en su propio reloj). Con estos conocimientos fundamentales ya se podrá usar un analizador lógico con algo más de confianza. Nota: Este manual es una transcripción casi literal del manual Fundamentos del analizador lógico de Hewlett-Packard en su segunda edición de