一、邏輯分析儀的發(fā)展　　
自20世紀70 年代初研制成微處理器，出現(xiàn)4位和8位總線，傳統(tǒng)示波器的雙通道輸入無法滿足8位字節(jié)的觀察。微處理器和存儲器的測試需要不同于時域和頻域儀器。數(shù)域測試儀器應運而生。HP公司推出狀態(tài)分析儀和Biomation公司推出定時分析儀（兩者最初很不相同）之后不久，用戶開始接受這種數(shù)域測試儀器作為最終解決數(shù)字電路測試的手段，不久狀態(tài)分析儀與定時分析儀合并成邏輯分析儀?！　?0世紀80 年代后期，邏輯分析儀變得更加復雜，當然使用起來也就更加困難。例如，引入多電平樹形觸發(fā)，以應付條件語句如IF、THEN、ELSE等復雜事件。這類組合觸發(fā)必然更加靈活，同時對大多數(shù)用戶來說就不是那樣容易掌握了?！　∵壿嫹治鰞x的探頭日益顯得重要。需用夾子夾住穿孔式元件上的16根引腳和雙列直插式元件上的只有0.1″間隙的引腳時，就出現(xiàn)探頭問題。今天的邏輯分析儀提供幾百個工作在200MHz頻率上的通道信號連接就是個現(xiàn)實問題。適配器、夾子和輔助爪鉤等多種多樣，但是可以的辦法的是設計一種廉價的測試夾具，邏輯分析儀直接連接到夾具上，形成可靠和緊湊的接觸?！　〗裉斓陌l(fā)展趨勢
　　邏輯分析儀的基本取向近年來在計算機與儀器的不斷融合中找到了解決的辦法。Tektronix公司TLA600系列邏輯分析儀著重解決導向和發(fā)展能力，亦即儀器如何動作和如何構(gòu)建有特色的結(jié)構(gòu)。導向采用微軟的Windows接口，它非常容易驅(qū)動。改進信號發(fā)現(xiàn)能力必然涉及到儀器結(jié)構(gòu)的變動。在所有要處理的數(shù)據(jù)中著重處理與時間有關聯(lián)的數(shù)據(jù)，不同類型的信息采用多窗口顯示。例如，對于微處理器來說，可以能同時觀察定時和狀態(tài)以及反匯編源碼，而且各窗口上的光標彼此跟蹤相連?！　￡P于觸發(fā)，總是傳統(tǒng)邏輯分析儀中的難題。TLA600系列邏輯分析儀為用戶提供觸發(fā)庫，使復雜觸發(fā)事件的設置簡單化，保證你精力集中解決測試問題上，而不必花時間去調(diào)整邏輯分析儀的觸發(fā)設置。該庫中包含有許多易于掌握的觸發(fā)設置，可以作為通常需要修改的觸發(fā)起始點。需要特殊的觸發(fā)能力只是問題的一部分。除了由錯誤事件直接觸發(fā)外，用戶還希望從過去的時段去觀察信號，找出造成錯誤的根源和它前后的關系。精細的觸發(fā)和深存儲器可提高超前觸發(fā)能力?！　≡赑C機平臺上使用Windows，除了為廣大用戶提供了許多熟知的好處之外，只要給定正確的軟件和相關工具，即可通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制，從目標文件格式中提取源碼和符號，支持微軟公司的CMO/DCOM標準，而且處理器可運行各種控制操作。

　　二、邏輯分析儀的選擇
　　如果數(shù)字電路出現(xiàn)故障，我們一般優(yōu)先就考慮使用邏輯分析儀來檢查數(shù)字電路的完整性，不難發(fā)現(xiàn)存在的故障；但是在其他情況下你是否考慮到使用邏輯分析儀呢？譬如說：第一點如何觀察測試系統(tǒng)在執(zhí)行我們事先編制好的程序時，是不是真正地在按照我們設計好的程序來執(zhí)行呢？如果我們向系統(tǒng)寫入的是（MOV A,B）而系統(tǒng)則是執(zhí)行的（ADD A,B），那會造成什么樣的后果？第二點：怎么樣真正地監(jiān)測軟件系統(tǒng)的實際工作狀態(tài)，而不是用DEBUG等方式進行設置斷點后，查看預先設定的某些變量或內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是我們預先想得到的值。在這里我們有第三、第四等等很多問題有待解決。
　　通常我們將數(shù)字系統(tǒng)分成硬件部分和軟件部分，在研發(fā)設計這些系統(tǒng)時，我們有很多事情要做，譬如硬件電路的初步設計、軟件的方案制定和初步編制、硬件電路的調(diào)試、 軟件的調(diào)試、以及最終的系統(tǒng)的定型等等工作，在這些工作中幾乎每一步工作都要邏輯分析儀的幫助，但是鑒于每個單位的經(jīng)濟實力和人員狀況不同，并且在很多系統(tǒng)的使用中都不是要把以上的每個部分都進行一 遍，這樣我們就把邏輯分析儀的使用分成以下幾個層次：
　　第一個層次：只要查看硬件系統(tǒng)的一些常見的故障，例如時鐘信號和其他信號的波形、信號中是否存在嚴重影響系統(tǒng)的毛刺信號等故障；
　　第二個層次：要對硬件系統(tǒng)的各個信號的時序進行很好的分析，以便可以地利用系統(tǒng)資源，消除由定時分析能夠分析出的一些故障；
　　第三個層次：要對硬件對軟件的執(zhí)行情況的分析，以確保寫入的程序被硬件系統(tǒng)完整地執(zhí)行；
　　第四個層次：需要實時地監(jiān)測軟件的執(zhí)行情況，對軟件進行實時地調(diào)試。
　　第五個層次：需要進行現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)性的解剖分析，達到我們對現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)全面透徹地了解和掌握的功能。
　　對以上的幾個層次的要求，我們可以看出，他們并不都需要很高檔的邏輯分析儀，對于第一層次的使用者，他們甚至用一臺功能比較好的示波器就可以解決問題，針對以上的幾個使用層次，在選擇儀器時可以選用相應的儀器。實際上邏輯分析儀也有幾個層次，他們有：
　　1、 普通2～4通道的數(shù)字存儲器，例如TDS3000系列（加上TDS3TRG高級觸發(fā)模塊），利用它的一些高級觸發(fā)功能（例如脈沖寬度觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、各個通道之間的一定的與、或、與或、異或關系的觸發(fā)）就可以找到我們希望看到的信號，發(fā)現(xiàn)并排除一些故障，況且示波器的功能還可以作為其他使用，在這里我們只不過用了一臺示波器的附加功能，可以說這種方式是最節(jié)省的方式。
　　2、當示波器的通道數(shù)不夠時，也可以選用一些帶有簡單的定時分析功能的多通道定時分析儀器，如早期的邏輯分析儀和現(xiàn)在市面上還有的混合信號示波器，如Agilent的546××D示波器。
　　3、一些功能比較簡單，速度不是特別快的的計算機插卡 式，基于Windows、絕大部分功能都由軟件來完成的虛擬儀器，這類產(chǎn)品在國內(nèi)的很多廠家都有生產(chǎn)。
　　4、采樣速率、觸發(fā)功能、分析功能都很強大的不可擴展的固定式整機。例TLA600系列。
　　5、功能更強擴展性更好的模塊化插卡式整機；對不同的用戶，可以針對需要，選擇不同檔次的儀器。
　　邏輯分析儀的一些技術(shù)指標：
　　1、邏輯分析儀的通道數(shù) ：在需要邏輯分析儀的地方，要對一個系統(tǒng)進行全面地分析，就應當把所有應當觀測的信號全部引入邏輯分析儀當中，這樣邏輯分析儀的通道數(shù)至少應當是：被測系統(tǒng)的字長（數(shù)字總線數(shù)）＋被測系統(tǒng)的控制總線數(shù)＋時鐘線數(shù)。這樣對于一個16位機系統(tǒng)，就至少需要68個通道?，F(xiàn)在幾個廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)多達340通道以上。例Tektronix等。
　　2、定時采樣速率 ：在定時采樣分析時，要有足夠的 定時分辨率，就應當足夠高的定時分析采樣速率，我們應當知道，并不是只有高速系統(tǒng)才需要高的采樣速率（見下表）現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的采樣速率高達2Gs/S，在這個速率下，我們可以看到0.5ps時間上的細節(jié)。
　　以下是一些很常見的芯片的工作頻率和建立/保持時間的列表，我們可以看出，即使它們的工作頻率很低，但在時間分析（Timing)中要求的分辨率也很高。
表一：典型的數(shù)字設備
　　3、狀態(tài)分析速率：在狀態(tài)分析時，邏輯分析儀采樣基準時鐘就用被測試對象的工作時鐘（邏輯分析儀的外部時鐘）這個時鐘的最高速率就是邏輯分析儀的高狀態(tài)分析速率。也就是說，該邏輯分析儀可以分析的系統(tǒng)較快的工作頻率。現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時分析速率在100MHz，最高可高達300MHz甚至更高。
　　4、邏輯分析儀的每通道的內(nèi)存長度：邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲它所采樣的數(shù)據(jù)，以用于對比、分析、轉(zhuǎn)換(譬如將其所捕捉到的信號轉(zhuǎn)換成非二進制信號【匯編語言、C語言 、C++ 等】，等在選擇內(nèi)存長度時的基準是“大于我們即將觀測的系統(tǒng)可以進行最大分割后的最大塊的長度?！?BR>　5、邏輯分析儀的探頭：邏輯分析儀通過探頭與被測器件連接，探頭起著信號接口的作用，在保持信號完整性中占有重要位置。邏輯分析儀與數(shù)字示波器不同，雖然相對上下限值的幅度變化并不重要，但幅度失真一定會轉(zhuǎn)換成定時誤差。邏輯分析儀具有幾十至幾百通道的 探頭其頻率響應從幾十至幾百MHz,保證各路探頭的相對延時最小和保持幅度的失真較低。這是表征邏輯分析儀探頭性能的關鍵參數(shù)。Agilent公司的無源探頭和Tektronix公司的有源探頭具有代表性，屬于邏輯分析儀的高檔探頭。
　　邏輯分析儀的強項在于能洞察許多信道中信號的定時關系?？上У氖?，如果各個通道之間略有差別便會產(chǎn)生通道的定時偏差，在某些型號的 邏輯分析儀里，這種偏差能減小到最小，但是仍有殘留值存在。通用邏輯分析儀，如Tektronix公司的TLA600型或Agilent公司的HP16600型，在所有通道中的時間偏差約為1ns。因而探頭非常重要，詳見本站“測試附件及連接探頭”。
　　a）探頭的阻性負載，也就是探頭的接入系統(tǒng)中以后對系統(tǒng)電流的分流作用的大小，在數(shù)字系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電流負載能力一般在幾個KΩ以上，分流效應對系統(tǒng)的影響一般可以忽略，現(xiàn)在流行的幾種長邏輯分析儀探頭的阻抗一般在20～200KΩ之間。
　　b）探頭的容性負載：容性負載就是探頭接入系統(tǒng)時，探頭的等效電容，這個值一般在1～30PF之間，在現(xiàn)在的高速系統(tǒng)中，容性負載對電路的影響遠遠大于阻性負載，如果這個值太大，將會直接影響整個系統(tǒng)中的信號“沿”的形狀改變整個電路的性質(zhì)，改變邏輯分析儀對系統(tǒng)觀測的實時性，導致我們看到的并不是系統(tǒng)原有的特性。
　c）探頭的易用性：是指探頭接入系統(tǒng)時的難易程度，隨著芯片封裝的密度越來越高，出現(xiàn)了BGA、QFP、TQFP、PLCC、SOP等各種各樣的封裝形式，IC的腳間距最小的已達到0.3mm以下，要很好的將信號引出，特別是BGA封裝，確實有困難，并且分立器件的尺寸也越來越小，典型的已達到0.5mm×0.8mm。
　　d) 與現(xiàn)有電路板上的調(diào)試部分的兼容性。
　　6、系統(tǒng)的開放性：隨著數(shù)據(jù)共享的呼聲越來越高，我們所使用的系統(tǒng)的開放性就越來越重要，現(xiàn)在的邏輯分析儀的操作系統(tǒng)也由過去的專用系統(tǒng)發(fā)展到使用Windows介面，這樣我們在使用時很方便。
　　小結(jié)
　　如果在你的工作中有數(shù)字邏輯信號，你就有機會使用邏輯分析儀。因此應選好一種邏輯分析儀，既符合所用的功能，又不太超越所需的功能。用戶多半會找一種容易操作的儀器，它在功能控制上操作步驟較少，菜單種類也不多，而且不太復雜。
　　從另一方面說，如果需要用較快速度的和最大型的分析能力很強的邏輯分析儀，已有現(xiàn)成的解決方案。這種新穎儀器幾乎不會出現(xiàn)通道對通道的延時以及探頭的負載影響。如果你稍有疏漏，則可能要花費幾萬美元的學費才能取得經(jīng)驗。
　　確實能捕獲到信號才是第一重要的事。當你知道正在捕獲的 數(shù)據(jù)是有用的數(shù)據(jù)時就靠邏輯分析儀能力的發(fā)揮了。

隨著人們環(huán)保和節(jié)能意識的逐漸提高，眾多大中型企業(yè)如鋼鐵冶金、石油化工、火力發(fā)電廠等，已將提高燃燒效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保護環(huán)境等作為提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強產(chǎn)品競爭能力的重要途徑。鋼鐵行業(yè)的軋鋼加熱爐、電力行業(yè)的鍋爐等燃燒裝置和熱工設備，是各行業(yè)的能源消耗大戶。因此，如何測量和提高燃燒裝置的燃燒效率、確定較佳燃燒點，是十分令人關心的。

確定較佳燃燒效率點

供給加熱爐、鍋爐等加熱設備的燃料燃燒熱并不是全部被利用了。以軋鋼加熱爐或鍋爐為例，有效熱是為了使物料加熱或熔化（以及工藝過程的進行）所必須傳入的熱量，爐子煙氣帶走的物理熱是熱損失中主要部分。當鼓風量過大時（即空燃比α偏大），雖然能使燃料充分燃燒，但煙氣中過?？諝饬科螅憩F(xiàn)為煙氣中O2含量高，過剩空氣帶走的熱損失Q1值增大，導致熱效率η偏低。與此同時，過量的氧氣會與燃料中的S、煙氣中的N2反應生成SO2、NOX等有害物質(zhì)。而對于軋鋼加熱爐，煙氣中氧含量過高還會導致鋼坯氧化鐵皮增厚，增加氧化燒損。

當鼓風量偏低時（即空燃比α減小），表現(xiàn)為煙氣中O2含量低，CO含量高，雖說排煙熱損失小，但燃料沒有完全燃燒，熱損失Q2增大，熱效率η也將降低。另外，煙囪也會冒黑煙而污染環(huán)境。

所謂提高燃燒效率，就是要適量的燃料與適量的空氣組成較佳比例進行燃燒。熱效率與煙氣中的CO、O2、CO2含量以及排煙溫度、供熱負荷、霧化條件等因素有關。因此，可通過氧化鋯氧量分析儀測量并控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來調(diào)節(jié)空氣消耗系數(shù)λ，來達到最高燃燒效率。

燃燒效率控制由來已久，上世紀60年代，曾廣泛采用CO2分析儀監(jiān)測煙道氣體中CO2含量來控制空氣消耗系數(shù)λ以達到較佳，但CO2含量受燃料品種影響較大。70年代后，逐漸采用煙氣中O2含量或O2含量和CO含量相結(jié)合的方法來控制燃燒效率。

提高燃燒效率最直接的方法就是使用煙氣分析儀器（如煙氣分析儀、燃燒效率測定儀、氧化鋯氧含量檢測儀）連續(xù)監(jiān)測煙道氣體成分，分析煙氣中O2含量和CO含量，調(diào)節(jié)助燃空氣和燃料的流量，確定較佳的空氣消耗系數(shù)。

測量煙氣中含氧量的儀表稱為氧分析儀（氧量計）。常用的氧分析儀主要有熱磁式和氧化鋯氧量分析儀兩種。

熱磁式氧分析儀

其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體（氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體），在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強處。在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成"熱磁對流"或"磁風"現(xiàn)象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。由于熱敏元件（鉑絲）既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風的作用下出現(xiàn)溫度梯度，即進氣側(cè)橋臂的溫度低于出氣側(cè)橋臂的溫度。不平衡電橋?qū)㈦S著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。

熱磁式氧分析儀雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和調(diào)整等優(yōu)點，但由于其反應速度慢、測量誤差大、容易發(fā)生測量環(huán)室堵塞和熱敏元件腐蝕嚴重等缺點，已逐漸被氧化鋯氧分析儀所取代。

氧化鋯傳感器式氧分析儀

氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷，一種具有離子導電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體，當溫度升高到1150℃時，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時約有7%的體積收縮；當溫度降低時，又變?yōu)閱涡本w。若反復加熱與冷卻，ZrO2就會破裂。因此，純凈的ZrO2不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y2O3）作穩(wěn)定劑，再經(jīng)過高溫焙燒，則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料，這時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產(chǎn)生氧離子空穴，所以ZrO2屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2主要通過空穴的運動而導電，當溫度達到600℃以上時，ZrO2就變?yōu)榱己玫难蹼x子導體。

在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個鉑電極，當氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時，氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移，結(jié)果使氧分壓高的一側(cè)鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負電，因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側(cè)氣體中氧氣含量的差（氧濃差）有關。若一側(cè)氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數(shù)），則另一側(cè)氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢，便可知道煙氣中氧氣含量。

氧化鋯氧分析儀具有結(jié)構(gòu)和采樣預處理系統(tǒng)較簡單、靈敏度和分辨率高、測量范圍寬、響應速度較快等優(yōu)點。

煙氣分析儀器應用領域十分廣泛，例如：

熱電廠循環(huán)流化床鍋爐用于燃燒控制室的煙道氣體監(jiān)測；
鋼鐵廠軋鋼加熱爐用于解決降低氧化燒損或脫碳層厚度時的爐氣氣氛檢測；
全氫熱處理爐用于檢測輻射管是否燒穿漏氣；
研制新型燃燒器（蓄熱式、低NOX式、輻射管式）時用于燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸的設計研究；
汽車尾氣排放檢測；
其他工業(yè)窯爐及垃圾焚燒爐煙氣監(jiān)測。

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