Introdução – o que é um logic analyzer?
Logic Analyzer ou analisador lógico é um instrumento de teste utilizado para desenvolvimento e diagnóstico de circuitos lógicos digitais.
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Embora o osciloscópio possa executar muitas das funções de um um analisador lógico, esse aparelho é capaz de capturar e exibir um maior número de sinais digitais, sendo mais apropriado para analisar vários sinais digitais simultaneamente, incluindo depuração de protocolo de comunicação, funcionalidade incluída em modelos mais atuais. Outro ponto importante a destacar é que enquanto o osciloscópio opera em modo analógico, o analisador lógico digital opera em modo digital.
Bom, tem o vídeo a seguir que complementa o site. confere ele também:
Aplicações do analisador lógico digital:
- Sistemas legados: No projeto ou manutenção de qualquer sistema digital que empregue circuitos lógicos que demandem a análise de sinais digitais. Sistemas industriais legados baseados em lógica digital que precisem manter seus equipamentos rodando.
- Análise de protocolo: Dois dispositivos micro processados trocando informação. Embora a troca de informação possa ser considerada eletricamente correta, ela pode estar logicamente comprometida por conta de algum bug no programa como erro no cálculo do CRC ou introdução de erros no link de comunicação por conta de algum ruído elétrico. O analisador lógico, quando corretamente utilizado pode ajudar a identificar esse tipo de falha.
- Análise do barramento / captura de interrupção de hardware em sistemas computacionais. É possível identificar quando ocorre uma interrupção de hardware e analisar o estado do barramento de dados / barramento de endereço no momento exato da interrupção.
- Time chart / carta de temporização: analisar o comportamento de sinais de controle em função do tempo e extrair informações para diagnóstico de equipamentos, por exemplo e em alguns casos.
A escolha de um analisador lógico
Se você vai escolher um, pode ir desde um aparelho dedicado que mais se parece um osciloscópio de n canais até o mais em conta, ou seja, um dos principais fatores sempre é o orçamento. Posto isso de lado, comento as especificações que me atendem: Um analisador lógico com no mínimo 16 canais, com suporte a protocolo de comunicação e que não seja integrado ao osciloscópio. De parâmetros técnicos preciso que o aparelho tenha a maior taxa de amostragem possível e que seja capaz de capturar a menor largura de pulso possível dentro do orçamento que disponho. Acabei escolhendo o LA5016 da Kingst que possui uma taxa de amostragem de 500 Mega Samples @ 16 canais, é capaz de capturar pulsos com largura de até 6,25ns e opera até a frequência de 80MHz segundo especificações do fabricante.
Caso você esteja escolhendo um, fora largura de banda, número de canais, largura de pulso mínimo, se tem suporte a protocolo de comunicação e se é incorporado no osciloscópio ou dedicado, não tem muito mais o que escolher. Só precisa lembrar que esse tipo de equipamento demanda um bom treinamento para se conseguir utilizá-lo efetivamente.
Unboxing do LA5016
Além do que eu falei, o LA5016 possui dois canais PWM que podem gerar sinais de teste para testar circuitos externos, por exemplo e suporta os principais protocolos de comunicação como CAN, I2C, ModBus, USB, UART, Serial e SPI entre outros. As especificações completas podem ser consultadas aqui e abaixo na figura 1 temos a foto do produto que recebi do Correio, sem o plastico bolha e sem Photoshop:
Embora o site do AliExpress diga que o produto venha da China, o meu foi postado na Suécia. Será que tive sorte?
A caixa do LA5016 mede 12,6cm x 8,7cm x 2,5cm, os cabos de medição são de silicone, melhor que muitos dos cabos à venda na Sta Efigênia, vem com cabo USB 3.0, as garras de teste além de um par de conectores reserva.
Unboxing do unboxing
Para os “radiologistas” de plantão que gostam de ver as coisas por dentro, na figura 2 temos a foto da placa PCB do Analisador Lógico. Dá um clique nela para ver em alta definição. Dá para notar que o analisador usa o chipset EP4CE15F17C8N da família Cyclone IV da Altera e para quem gosta de escovar bits, o link do datasheet está neste ->link aqui<-.
Instalação dos drivers
A instalação do driver foi tranquila. Conectei o aparelho, foi detectado pelo Windows 10 sem problemas, baixei a versão mais atualizada do driver e do programa direto do site do fabricante. Tem versão para Linux e Mac e nem precisou usar o DVD de instalação. É o clássico “Yes, Yes, Yes, Ok”.
Demonstrando o analisador lógico
A proposta é demonstrar a partir de dois exemplos:
1-Um circuito de teste utilizando o contador/divisor HCF4060 exibindo as as saídas desse chip.
2-Configurar o shift register CD4035 para gerar um conjunto de ondas quadradas trifásicas (defasadas 120º uma das outras).
1- Contador / Divisor com o HCF4060.
Embora antiguinho, o CD4060 ou HCF4060 é um circuito integrado de tecnologia metal-oxido semicondutor que é um contador divisor de 14 estágios com oscilador incluso. O link do datasheet está nesse link ->aqui<-. Traduzindo: Ele é capaz de gerar um sinal bem bonitinho que os marketeiros gostam de usar no estande de vendas para ajudar a alavancar a venda de osciloscópios, é esse mesmo. Tem outros. A figura 3 abaixo mostra o diagrama esquemático do circuito de teste.
Montando o HCF4060
Embora o circuito acima pareça complicado, ele só faz ligar o clock e todos os pinos das saídas dos divisores de frequência ficam disponíveis para o analisador lógico.
Então no caso, o que temos que fazer é montar a parte do clock conforme a figura 4 abaixo que mostra o protoboard com a fiação mínima para funcionar o clock a cristal. Caso você não tenha um cristal, pode utilizar circuito oscilador RC, bastando consultar o datasheet, lembrando que o oscilador RC opera em torno de 20KHz, muito menos que o oscilador a cristal.
Verificando o funcionamento
Segundo a figura 5 abaixo podemos ver no osciloscópio o sinal de clock no pino 9 funcionando ok. Vcc é 12Volts. Aí estag, quem disse que o clock é uma onda quadrada?.
Funcionou o clock, dá uma conferida com o osciloscópio nas demais saídas para ver se elas estão funcionando. Figura 6 é um print da porta Q4 para referência:
Conferidas todas as portas, já dá para ver que elas mudam de frequência quando comparando umas com as outras, mas não dá para ver claramente como umas se relacionam às outras, ainda mais que para ajustar a forma de onda temos de alterar o tempo de varredura no osciloscópio dificultando uma análise detalhada dos sinais.
Conectando o analisador lógico.
Basta conectar o analisador lógico no circuito conforme diagrama esquemático da figura 3 e figura 7 abaixo. Ligar o clock na primeira saída e as saídas Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q12, Q13 e Q14 em sequência.
Ligar o analisador no computador, inicializar o software. Ah é uma boa prática é nomear no software o que significa cada um dos sinais para que você não fique perdido quando estiver analisando a captura de dados conforme figura 8 abaixo. Clique na imagem para ampliar:
2- CD4035 – Onda quadrada trifásica
O diagrama esquemático para gerar a onda quadrada trifásica segue na figura 9 abaixo. O circuito é baseado nesse link ->aqui<-. O clock você pode pegar do esquemático do HCF4060 na figura 3 acima ou usar um 555. Os sinais F1, F2 e F3 são a saída trifásica, que deve ser ligado no analisador lógico junto com o sinal de clock para análise. Não esqueça de conectar o terra.
Figura 9: Gerador de onda quadrada trifásica, fonte: https://bit.ly/2W48p79
O esquemático da figura acima, traduzido para protoboard vira algo simples como a figura 10 abaixo, a verdadeira “cabeleira do Zezé”, isso aproveitando o clock do protoboard da figura 4!
A figura 11 abaixo mostra a captura do sinal. Dá um clique na imagem para conferir em alta resolução.
Cuidados ao usar o analisador lógico
Seguem aqui algumas considerações ao se utilizar um analisador lógico:
1- Antes de tudo, assegure que as pontas estejam todas bem conectadas pois qualquer mau contato pode comprometer a medição
2- Sempre invista um tempo marcando os sinais tanto nos cabos como no software para você não se perder.
3- Muito cuidado com os parâmetros de captura dos dados configurados no software. Eles influenciam como os dados são mostrados na tela e podem levar a conclusões equivocadas. Conhecer o circuito em análise é fundamental para se conseguir fazer uma leitura adequada.
4- Caso de manutenção de equipamentos, colher a assinatura de um equipamento funcionando ok (um print dos sinais de um equipamento funcionando ok e a configuração do analisador lógico) é uma boa prática.
5- Só pra avisar, todo equipamento de teste é um equipamento elétrico, pode dar choque, envolve risco de morte e deve ser manuseado por pessoal treinado. O analisador lógico utilizado nesse artigo, quando conectado ao PC torna o PC parte do circuito de teste, ou seja, se você colocar alguma coisa em curto circuito no protoboard, e estiver conectado no analisador lógico com o PC, até o PC pode queimar e ir tudo pro espaço. Vai cheirar ampere, entendeu? Não diga que não avisei e se você for criança, peça ajuda a um adulto consciente, ok?
6-Tenha sempre um copo de café e um extintor de CO2 por perto.
Bom, é isso pessoal.
Grande abraço e até a próxima
By Renato de Pìerri 12/03/2019