整合轉態儲存/觸發定位功能 邏輯分析儀除錯快又準
I2C匯流排在電子產品中是很常見的規格，其優勢就是只需兩條線，就可並聯很多積體電路(IC)進行控制。但因多裝置(Device)及開路汲極(Open Drain)的架構，常使I2C匯流排除錯工作變得更加困難，因此可透過邏輯分析儀的功能，協助測試人員排除問題。
使用轉態儲存進行長時間資料紀錄
在I2C匯流排訊號發生異常時，常常無法明確知道到底是哪個裝置出錯。因此，無法用設定觸發的方式做問題點的定位。此時使用者多半會考慮先把所有的波形都全部擷取回來再慢慢分析。但是邏輯分析儀基本上是以採樣的方式擷取訊號，因此，不管訊號有沒有改變，都會隨採樣擷取動作的進行，而不斷消耗儀器本身的記憶體，導致記憶體逐漸不足的問題衍生而出。
為因應此一挑戰，轉態儲存(Transitional Storage)功能是一種波形資料的儲存模式。該功能只在波形轉態的時候才將波形資料儲存起來，如此一來，當資料不轉態時，邏輯分析儀就可以持續的等候，並且不存進任何資料到記憶體內。相對於傳統每個採樣點都儲存一次資料的作法，轉態儲存將可以為使用者記下更多的資料。由於I2C的傳輸速度整體來看速度都不會很快(表1)，因此會非常適合使用轉態儲存，來拉長可儲存的時間。
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利用I2C觸發定位找出問題點
舉例來說，電路板上I2C匯流排連接裝置A與裝置B，但在長時間燒機測試(Burn-in Test)的過程中，I2C匯流排會經常性發生錯誤的問題。已知的現象是當發生錯誤時，I2C匯流排上會出現無效的位址(Address)，並且在過程中會出現數次，面對此一問題，若想把所有的波形資料都抓下來，其實是相當困難，因為出現問題的時間點及次數都難以掌握，且長達好幾天的燒機測試也會把所有的資料都登錄(Log)下，且須在大量的資料中尋找問題點，是相當費時費力的工作。
為解決此一問題，可採用邏輯分析儀中的I2C觸發功能來進行定位。首先，先把裝置A(Addr：12h)與裝置B(Addr：34h)的有效位址輸入，然後讓邏輯分析儀找出不符合上述兩個條件的地址，實際設定如圖1所示。
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| 圖1 利用I2C觸發功能進行無效位址定位 |
將有效位址輸入完成後，再搭配邏輯分析儀擷取波形後自動儲存功能，就可在燒機的過程中，每次觸發成功就存檔，之後再檢視存檔波形之觸發點即可。善用I2C觸發功能可以快速的協助波形定位，會比資料抓得多更具有意義。同樣的，善用整個使用I2C參數來做為觸發條件，例如地址符合、資料符合或多階式的觸發指定更精準的觸發，這些都是單純使用邊緣觸發(Edge Trigger)所無法做到的功能。
啟用I2C觸發時間違反檢查揪出問題點
I2C匯流排會規範串列時脈(SCL)與串列資料(SDA)必須按規定時間送出，不然整個匯流排的行為將會發生錯誤，導致通訊失敗。有時候實際波形的時間已經超出規格，但卻無法在開發及驗證的過程中被挑出來，因為時間誤差都不大，使得產品雖然仍可正常使用，但問題常常會留到量產時才顯現出來，造成產品不良率攀升，甚至到使用者手上才出現問題。上述這些問題都是產品開發所不願樂見的結果。
如圖2所示，可啟用邏輯分析儀的時間違反檢查當作觸發條件，設定所須檢查的時間值，再讓邏輯分析儀協助挑出時間違反的地方。邏輯分析儀系統採用200MHz採樣率來進行採樣。因此，可檢查的最小時間寬度為5奈秒(ns)。如此一來，就可輔助使用者利用觸發來做時間違反檢查。此舉非常適合於燒機測試時，用來檢測I2C匯流排的訊號時間。
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| 圖2 時間違反觸發功能之設定畫面 |
採用舒密特觸發電路架構 擷取品質良好訊號
採用舒密特觸發電路架構 擷取品質良好訊號
使用邏輯分析儀進行量測時，常會看到一些雜訊，但使用示波器看的時候似乎又沒有，會有這樣的狀況出現，肇因I2C匯流排是開路汲極架構，匯流排上又同時接了很多裝置，還有一些靜電防護零件等等，可能使得I2C波形不見得會是很好的方波。常見的I2C波形如圖3、4所示，但這樣的波形在I2C規範裡面，是正常可接受的，並沒有問題。
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| 圖3 第一種常見的I2C匯流排訊號，上方為SCL，下方為SDA。 |
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| 圖4 第二種常見的I2C匯流排訊號，如SDA訊號。 |
有鑑於此，一般I2C晶片，都會規範在訊號輸入腳位必須要有舒密特觸發(Schmitt Trigger)電路(圖5)，以便於完善的解決訊號輸入後能正確的處理邏輯訊號。為此，邏輯分析儀也可循此法做較完善的訊號擷取動作。圖6為一般邏輯分析儀用單一個觸發準位(Threshold)的方式來做邏輯0與邏輯1的區分。這樣的作法，很容易在待測訊號經過觸發準位附近時，產生不可預期的邏輯變化，使得擷取出來的訊號像是雜訊或彈跳的現象。
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| 圖5 舒密特電路設定畫面 |
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| 圖5 邏輯分析儀採單一觸發準位模式示意圖 |
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| 圖6 邏輯分析儀採舒密特電路觸發模式示意圖 |
若採用低通濾波(Low-pass Filter)的做法，雖然可濾除雜訊，但也可能造成線路問題的高頻雜訊也同時被濾掉，因此，無論如何，這都不是適當的解決方案。
而圖7則是啟用舒密特觸發電路後的畫面，此架構採用兩組觸發電壓，分別為Thres-high與Thres-low。兩個電壓之間，就是所謂不轉態區域，在這個區間內，不管訊號怎麼改變，都不會影響邏輯判斷。如此一來就可正常的擷取到I2C訊號，且真正的高頻雜訊也不會漏掉，也符合I2C晶片設計規範。
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| 圖7 邏輯分析儀與示波器堆疊示意圖 |
堆疊示波器可同時看到I2C數位/類比訊號
在使用了邏輯分析儀所提供的I2C匯流排觸發與分析功能後。擷取下來的波形開始要進行問題分析階段。由於常常很多專案都是軟、硬體共同合作，參與的人很多，若無法同時看到對應的類比訊號，對於釐清問題幫助不大，尤其是線路造成的問題，使得數位訊號並無法清楚呈現出問題點。然而，使用單純邏輯分析儀堆疊示波器也沒有任何幫助，因為一般而言，邏輯分析儀可以抓的時間長度會遠大於示波器，因此，即使示波器能顯示波形，卻也不在正確的位置上。
為解決此一問題，唯有透過邏輯分析儀的觸發功能進行訊號定位，這樣抓到的類比訊號才是有意義的。圖8就是利用堆疊示波器並設定觸發之後，同時抓到數位與類比訊號。使用者可將它發送給須要看波形的人，I2C匯流排數位解碼的部分可讓使用者快速理解他所看到波形。而類比訊號的部分，則忠實的呈現出波形的原貌，兩者相結合，即成為最佳的量測方案。
