Wybieramy analizator stanów logicznych

W życiu każdego elektronika nadchodzi taki dzień, w którym zaczyna rozglądać się za bardziej specjalistycznym sprzętem, który wspomoże go w codziennych czynnościach. Jednym z takich urządzeń okazuje się analizator stanów logicznych. Wśród dość szerokiego wyboru, moją uwagę przykuły dwa z nich, a mianowicie Saleae Logic Pro 8  oraz Analog Discovery 2 od Digilent. Dzięki uprzejmości sklepu internetowego Kamami, otrzymałem możliwość sprawdzenia obu produktów, aby finalnie zdecydować się na bardziej mi pasujący.

Zanim przejdziemy dalej, musimy zmierzyć się z obiegową opinią, żę wszelkie "analizatory USB" nie należą do przyrządów profesjonalnych ze względu na ich szybkość próbkowania na poziomie 100MS/s. Trudno się tutaj nie zgodzić, jednak należy mieć jednak na uwadze fakt, że są one mimo wszystko przydatne dla hobbystów, uczniów i zastosowań pół profesjonalnych, gdzie nie wymagamy specjalnie wyśrubowanych parametrów.

Zdaję sobie sprawę z tego, że na jednym z popularnych serwisów aukcyjnych możemy dostać podobne urządzenia za kilkadziesiąt złotych, ale jeśli przyjrzymy się im nieco bliżej okazuję się, że są to chińskie podróbki z drobnym dopiskiem "zgodny ze standardem Saleae", które w wątpliwie moralny sposób korzystają z dorobku oryginalnego oprogramowania Saleae. Warto także zazanaczyć, że ich maksymalna prędkość próbkowania nie przekracza 100MS/s lub nawet mniej.

Drugą grupę stanowią nieco droższe urządzenia w segmencie cenowym od 300 do 600 zł, na przykład od Kingst. Konkretniej mówiąc Jiankun Logic Analyzer oznaczony symbolami LA1016 (100MS/s), LA2016 (200MS/s), LA5016 (500MS/s). Oferują nieco lepsze parametry pracy, ale jakoś nie mam ostatnio zaufania do tego rynku, biorąc pod uwagę wsparcie po sprzedażowe. Żeby było zabawniej, znajdziemy również identyczne urządzenia w tych samych obudowach, ale bezczelną naklejką Saleae.

Wróćmy jednak do naszych analizatorów. Saleae jest gabarytowo znacznie mniejszy od swojego konkurenta i sprawia wrażenie bardziej kompaktowej i solidnej konstrukcji wykonanej z czerwonego aluminium (dostępna jest również wersja czarna). W oczy rzuca się również znacznie mniejsza ilość pinów na złączach, gdzie Analog Discovery 2 ma ich więcej. Oba natomiast urządzenia współpracują z systemami Windows, MacOS i Linux, co w moim przypadku stanowi jedno z kryteriów finalnego wyboru.

Analog Discovery 2 i Saleae Logic Pro 8

Co w zestawie?

W skład zestawu Saleae Logic Pro 8 wchodzi oczywiście sam analizator, kabel USB 3.0, komplet przewodów połączeniowych rozdzielonych na dwie pary, szesnaście chwytaków oraz zgrabne etui. Same przewody są odpowiednio opisane numerami i pomimo swej znacznej grubości są bardzo giętkie, co umożliwia wygodne ich łączenie. Z kolei każdy z chwytaków ma wyprowadzone piny, pozwalające na podłączenie do nich dwóch przewodów. Oczywiście korzystanie z chwytaków nie jest obowiązkowe i możemy posłużyć się jedynie przewodami z żeńskimi końcówkami.

Zestaw Saleae Logic Pro 8

Z kolei Digilent Analog Discovery 2 zawiera plastikowe pudełko, kabel USB 2.0, przewody połączeniowe na jednej wtyczce 2x15 oraz przeciwzakłóceniowy filtr ferrytowy. W odróżnieniu od Saleae przewody są zdecydowanie bardziej sztywne i w moim osobistym odczuciu mniej wygodne w użytkowaniu. Ma także na to wpływ sama ich ilość, gdzie nie mamy możliwości skorzystania z mniejszej ich wiązki. Odrobinę boli również brak specjalnych chwytaków, jak to ma miejsce u konkurenta.

Zestaw Digilent Analog Discovery 2

Pinout Analog Discovery 2

Parametry i możliwości

Na początek spójrzmy na tabelkę porównawczą wspólnych cech analizatorów:

Można by stwierdzić, że Analog Discovery 2 w swoim przedziale cenowym odpowiada modelowi Saleae Logic 8, jednak posiada on dwukrotnie większą liczbę wejść cyfrowych, szersze pasmo przenoszenia sygnałów analogowych, a także lepszą rozdzielczość. Wybór wydaje się być dość oczywisty prawda? Jeśli jednak to wciąż za mało, to musicie wiedzieć, że Analog Discovery 2 oferuje jeszcze zupełnie inne cechy, których na próżno szukać w Saleae. A mianowicie:

• Oscyloskop:
  • 2 kanały o częstotliwości próbkowania 100 MS/s i impedancji wejściowej 1 MΩ
  • rozdzielczość 14 bitów
  • maksymalne napięcie wejściowe ±25V (różnicowo 50V)
  • próbkowanie średnie, logarytmiczne, min/max
  • pasmo analogowe do 9MHz przy 3dB (z adapterem BNC do 30MHz przy 3dB)
  • bufor 16K próbek na kanał
• Analizator stanów logicznych:
  • 16 kanałów LVCMOS (1.8V / 3.3V) - tolerancja 5V o częstotliwości próbkowania 100 MS/s
  • bufor 16K próbek na kanał
  • możliwość analizy protokołów SPI, I²C, UART
• Generator przebiegów cyforwych:
  • 16 kanałów LVCMOS (3.3V / 12mA)
  • bufor 16K próbek
• Generator arbitralny:
  • 2 kanały o rozdzielczości 14 bitów i amplitudzie ±5V
  • pasmo sygnału do 9MHz przy 3dB (z adapterem BNC do 12MHz przy 3dB)
  • bufor 16K próbek
  • przebiegi sinusoidalne, prostokątne, trójkątne
  • modulacja AM i FM
• Porty wejścia i wyjścia
  • 16 portów (wejście 1.8V / 3.3V) - tolerancja 5V
  • 16 portów (wyjście 3.3V / 12mA)
  • praca jako wirtualne przycisk, przełączniki i wskaźniki LED
• Wyzwalacze
  • 2 wejścia wyzwalaczy 3.3V
  • wyzwalanie wewnętrzne i zewnętrzne, zboczem, impulsem i nachyleniem zbocza
• Woltomierz
  • pomiary DC, True RMS, AC RMS
  • rozdzielczość 14 bitów
  • zakres napięcia ±25V
• Analizator pomiarów charakterystyk częstotliwościowych
  • pasmo od 1Hz do 10MHz
  • analiza Bodego, Nyquista oraz Nicholsa
• Analizator widma
  • 2 kanały o zakresie częstotliwości od 0 do 50MHz
  • analiza FFT i CZT
  • skalowanie liniowe i logarytmiczne
• Zasilacz
  • zakres napięcia 0V ... +5V i 0V ... -5V
  • maksymalnie 250mW na źródło lub 500mV dla jednego źródła (zasilanie z USB)
  • maksymalnie 2.1W na źródło (zewnętrzny zasilacz)
• Stereofoniczny wzmacniacz audio

Analog Discovery 2 to prawdziwy kombajn w bardzo ciekawej cenie, który z pewnością przyda się zarówno w szkole, na uczelni lub w naszym małym warsztacie. Dodatkowo sklep Kamami przygotował ofertę akademicką w której studenci i wykładowcy mogą nabyć Analog Discovery 2 w cenie 899,00 złotych.

Niestety wybór może nie być aż tak oczywisty dla osób, które interesuje jedynie analizator stanów logicznych z nieco lepszymi parametrami przekraczającymi standardowe 100 MS/s. Tą granicę przekraczają analizatory Saleae Logic Pro 8 i Saleae Logic Pro 16 osiągając pułap 500 MS/s, co pozwala na badanie sygnałów cyfrowych sięgających do 100 MHz. Niestety za taką możliwość przyjdzie nam zapłacić znacznie więcej. Należy mieć również na uwadze, że prędkość 500 MS/s jest osiągalna dla maksymalnie czterech badanych wejść cyfrowych.

Oprogramowanie Saleae Logic

Pomimo mniejszego zakresu zastosowań, nie mogę oprzeć się wrażeniu, że oprogramowanie Saleae Logic jest bardziej dopracowane i przemyślane niż u konkurencji. Sama konfiguracja oraz użytkowanie jest tak bajecznie proste i przyjemne, że można dosłownie zakochać się z miejsca. Nie spotkamy się tutaj z nadmierną ilością ustawień, ale ograniczamy się dosłownie do kilku najważniejszych opcji takich jak: prędkość próbkowania, czas próbkowania w sekundach lub ilości próbek, wybór aktywnych kanałów analogowych i cyfrowych oraz poziomu logicznego. Samo zaś urządzenie jest automatycznie wykrywane i ustawiane do wybranych parametrów pracy. Może to i dziwne, ale samo UI robi też swoją robotę!

Saleae Logic 1.2.12

Przykładowe podłączenie Saleae pod piny UART modułu ESP-12

Jak już wspomniałem, korzystanie z Saleae Logic to czysta przyjemność. Intefejs programu jest na tyle wygodny i intuicyjny, że pozwala na szybkie nawigowanie po przechwyconym przebiegu, jego powiększaniu, pomniejszaniu, ustawienia wyzwalaczy stanem niskim, wysokim, zboczem opadającym lub narastajacym, wystąpieniem stanu logicznego, a także wykonania podstawowych pomiarów za pomcą markerów takich jak: czasy trwania, poziomów napięć czy ustalenie okresu wybranych fragmentów.

Przechwycenie transmisji UART

Saleae Logic pozwala także na włączenie jednego z kilkunastu dostępnych analizatorów, które znacząco ułatwią nam odczytywanie i analizę przechwyconych przebiegów UART, SPI, 1-wire, CAN, DMX-512, I2S i wielu, wielu innych. Taką listą protokołów mogą jedynie poszczycić się przyrządy wysokiej klasy. Niezaprzeczalną zaletą Saleae jest zdolność rejestracji długich zapisów badanych przebiegów, ponieważ korzysta z pamięci komputera i potrafi zgromadzić ją aż w 4GB obszarze. Co ciekawe, badane sygnały podane na wejścia mogą być jednocześnie badane pod kątem cyfrowym jak i analogowym. Niestety także w tym trybie, prędkość 500 MS/s jest osiągalna jedynie dla jednego wejścia pracującego w tym trybie.

Wybrór analizatora przebiegów

Jeśli dla naszego przykładowego odczytu UART wybierzemy Async Serial oraz ustawimy odpowiednie parametry, automatycznie nad przebiegami pojawi się zdekodowana i czytelna informacja. Po prostu bajka!

Podgląd transmisji UART

Oprogramowanie WaveForms 2015

Przykładowe podłączenie Analog Discovery pod magistralę UART

Digilent z kolei oferuje bardziej rozbudowane oprogramowanie o nazwie WaveForms 2015, które staje się naszym centrum badawczo-pomiarowym. Zostało one podzielone z lewej strony okna na kilka sekcji, gdzie każdą z nich można otwierać jednocześnie w kolejnych kartach. Przykładowo - w jednej karcie możemy sterować generatorem przebiegów okresowych, a w drugiej obserwować przebiegi na oscyloskopie. A w jeszcze innej, dokonywać pomiaru woltomierzem.

Główne okno WaveForms 2015

WaveForms zdecydowanie oferuje większe możliwości obserwacji, co dzieje się w naszym układzie elektronicznym, jednak mnogość opcji i ustawień może przyprawić z początku o lekki zawrót głowy. Dodatkowo w moim osobistym odczuciu, interfejs co prawda pozwala na akademickie ustawienia rodem z "laborek" na studiach, ale jest odczuwalnie mniej wygodny. Jest to oczywiście kwestia gustu i indywidualnych preferencji. Tak prezentuje się analizator stanów logicznych:

Podgląd przebiegu cyfrowego na jednym z wejść

Oczywiście obserwacja przebiegów cyfrowych to nie wszystko. Wartym uwagi jest także generator wybranych przebiegów okresowych o zadanych przez nas parametrach, gdzie określamy jego typ, częstotliwość, amplitudę oraz przesunięcie fazowe. Na bieżąco mamy podgląd co dokładnie jest generowane na dedykowanych wyjściach. Za pomocą generatora arbitralnego mamy możliwość generowania następujących przebiegów: sinus, prostokąt, piła, szum, ręczny oraz określony formułą matematyczną.

Generator przebiegów okresowych

W obserwacjach wszelkich przebiegów analogowych, pomoże nam z kolei dwukanałowy oscyloskop. Co bardziej profesjonalni elektronicy pewnie uśmiechną się teraz szyderczo, ale nie zapominajmy proszę, że Analog Discovery 2 powstał głównie z myślą o zastosowaniach edukacyjnych, gdzie jest nie tyle co wystarczającym ale i kompletnym narzędziem w takich przypadkach. Początkujący, studenci jak i średnio zaawansowani elektronicy poczują się tutaj jak w przysłowiowym domu, otrzymując tak wiele, za tak nie wiele :)

Dwukanałowy oscyloskop

WaveForm pozwala także na rejestrację dowolnych przebiegów analogowych i dokonywania pomiarów z zakresu DC, True RMS oraz AC RMS.

Okno logera

Także i tutaj mamy możliwość analizy wybranych protokołów transmisji za pomocą modułu Protocol. Do wyboru mamy analizę magistrali UART, SPI oraz I2c. Jest ich znacznie mniej niż w przypadku Saleae, ale w większości przypadków powinno to nam wystarczyć.

Analiza protokołu transmisji UART

Inną ciekawą kwestią jest możliwość sterowania wejściami analizatora za pomocą modułu Static. Możemy traktować tutaj piny jako przełączniki, stany logiczne w różnych konfiguracjach (otwarte źródło, otwarty dren, dwustanowy, trójstanowy), suwak analogowy, czy wyświetlacz 7-segmentowy:

Sprzęt do testów dostraczył sklep KAMAMI.pl