【博文精选】DIY工具 - 构建自己的逻辑探针

对于电子车间来说，使用逻辑探头总是必不可少的。但是，而不是购买一个为什么不建立自己的一小部分成本，并让它在一个小时内工作？

我为什么需要逻辑探头？

当您对数字电路进行测试和故障排除时，示波器非常有用。但对于许多人来说，由于价格标签（数百到数千美元）或工作台空间，示波器可能不是解决方案。我个人拥有的第一台示波器是70年代的老式示波器，对于狭窄的工作区来说太笨重了。

对于没有范围的人，有一个（非常简单的）解决方案。此设备无法显示波形的样子，但它可以告诉您信号是否正常

1. 关（0），

2. 在（1），

3. 浮动（Z），或

4. 摆动的

该设备称为逻辑探测器，它是大多数EE应该在其工作台上具有的功能。

逻辑探头的优点是它是一个非常简单的电路，它非常小，可以像钢笔一样保持。它也很便宜。

有趣的是，示波器并不总能显示信号线是否浮动。因此，即使在测量功能方面，逻辑探头也具有超出范围的优势！

原理图

逻辑探针电路由单个4001四通道NOR门组成。第一电路（U1A）是振荡器，第二电路（U1B和U1C）是单稳态多谐振荡器（也称为单稳态）。

逻辑探针的原理图。

浮动输入

如果输入未连接到任何物体（浮动），由于R1，逻辑门U1A将振荡（尽管以VCC / 2为中心的非常小的振荡）。NOR门表现为NOT门（两个输入连接在一起），输出连接到输入（通过R1）。如果输出为逻辑高，那么输入电压也会很高 - 但如果输入电压很高，那么输出电压应该很低（因为它是一个逆变器）。正是这种“异相”设置导致U1A振荡（振荡频率由电阻器R1和U1A的输入电容决定）。

那么当U1A振荡时会发生什么（因为探头是浮动的）？由于振荡不会进入VDD和GND（如果在示波器上查看U1A的输出，它将是一个非常小的振荡，约为VCC / 2），绿色和红色LED（分别为Hi和Low）将是根据R2和R3的大小来关闭或变暗。U1B和U1C被配置为单稳态多谐振荡器（关断时段由R4和C2确定ICfans），其具有连接到LED（D3）的反相输出级（U1D）。当U1A的输出电压从低到高转换时，单稳态触发并打开LED（D3）以指示输入信号已经改变。U1A振荡时（由于输入悬空且反馈电阻R1导致U1A振荡），

对于这种电路配置，单稳态关闭时间约为0.47s。

振荡信号

当探头连接到振荡信号（一个在VDD和GND之间摆动）时，不仅振荡指示器（D3）打开，而且D1和D2也是如此。

注意：逻辑探头还可以让您了解被测信号的占空比。如果信号具有高占空比信号（例如，10％关闭时为90％），则HI LED（D1）将比LO LED（D2）亮得多。

开/关信号

当探头连接到ON或OFF信号时，振荡指示器（D3）将关闭，因为没有触发单稳态（因为逻辑探头的输入信号没有改变）。如果输入为ON，则HI LED（D1）将亮起。如果输入为OFF，则LO LED（D2）将亮起。

接地

为使探头正常工作，必须连接逻辑探头上的接地和被测电路的接地。这是0V ref pad发挥作用的地方。该焊盘为您提供了将探头接地连接到被测电路接地的位置。

附件

根据您的要求，您可以在带探针连接器的盒子中或在独立的笔式工具中构建逻辑探针。如果使用通用探针，盒子版本更方便，因为它更容易使用。笔版本显然可以节省空间并且可以轻松放入工具箱中，但是这样的设计存在一些问题：

1. 您必须在外部使用电线供电（因为电池会使设备过大）。

2. 您还需要将悬空引线连接到电路的接地点，这可能会使逻辑探头不方便使用

我建两个以显示两种机箱类型之间的差异，但我个人更喜欢盒装版本，因为它更整洁，更方便。内置电池和开关也使本机独立于外部电源，如万用表。

BOM-物料清单

 

施工箱版

制作逻辑探针的盒式版本需要加工工具将条形板/ PCB切割成适当的尺寸，在电路中钻孔以便安装，为LED /连接器钻孔，以及铣削钻头以切割开关。所有这些都可以通过钻头完成，但最好是使用钻床。这里显示的条形板切口是使用带锯完成的，然后进行锉削以获得直边。

条形切口适合PP3电池和PP3连接器

电池和条板紧密贴合在表壳内

条形板有一个切口以适合PP3电池，因为电池不适合条板和项目箱盖子之间的空间。在边缘钻出四个3mm孔，与项目箱中的孔对齐（需要3mm自攻螺钉）。

最后的布局有电线，香蕉插座和开关

逻辑探头外壳完整 - 测试振荡信号！

建筑 - PCB版

PCB版本使用单面PCB，下面有所有迹线。尺寸小巧的PCB（75mm x 19mm）使其成为手持设备的理想选择。

但是，这个设计存在一个问题。引脚暴露在下面，因此握住它时会出现错误的结果。为了解决这个问题，您可以使用电工胶带并保护底部，以便在握住探头时，销钉不会与您的皮肤接触。

单面PCB

探头使用弹簧针作为探头尖端，其优点是可以压入测试点并且探头将缩回。由于弹簧针内有弹簧，探头与测试点的接触是可靠的。在弹簧针和PCB之间的焊接连接上使用热胶或环氧树脂是个好主意。这是因为如果引脚刚刚焊接，则唯一的机械强度来自弹簧针垫和PCB基板之间的粘合（不是很强）。

PCB布局 - 所有这些努力保持单面和零跳线！

使用逻辑探头

使用逻辑探针非常简单：

1. 确保探头有电（5V至9V）。

2. 将探头接地连接到您正在测试的电路的接地。

3. 探测电路。

下表显示了LED的组合及其代表的含义。

总结

完成逻辑探测项目后，作为半导体工程师的您现在可以测试和调试自己的电路。当然，这个项目可以通过设计一个具有多个输入的电路来扩展，就像逻辑分析仪一样。这样，您可以同时测试多个点，并更好地了解电路中的实际情况。