深入剖析SN54/74ABTH18502A、SN54/74ABTH182502A掃描測(cè)試設(shè)備

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，測(cè)試設(shè)備對(duì)于確保電路的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的SN54ABTH18502A、SN54ABTH182502A、SN74ABTH18502A、SN74ABTH182502A掃描測(cè)試設(shè)備，憑借其獨(dú)特的性能和先進(jìn)的技術(shù)，成為了眾多工程師在設(shè)計(jì)復(fù)雜電路板時(shí)的理想選擇。本文將深入剖析這些設(shè)備的特點(diǎn)、工作原理、寄存器配置以及相關(guān)的電氣特性，希望能為工程師們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中提供有價(jià)值的參考。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 所屬系列與兼容性

這些設(shè)備屬于德州儀器SCOPE可測(cè)試性集成電路家族，同時(shí)也是Widebus家族的成員。它們與IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990（JTAG）測(cè)試訪問(wèn)端口和邊界掃描架構(gòu)兼容，這使得它們能夠方便地融入現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜電路板組件的高效測(cè)試。

2.2 主要特性

• 通用總線收發(fā)器功能：在正常模式下，這些設(shè)備是18位通用總線收發(fā)器，結(jié)合了D型鎖存器和D型觸發(fā)器，支持透明、鎖存或時(shí)鐘模式下的數(shù)據(jù)流動(dòng)。可以作為兩個(gè)9位收發(fā)器或一個(gè)18位收發(fā)器使用，為設(shè)計(jì)提供了靈活性。
• 總線保持功能：數(shù)據(jù)輸入上的總線保持電路可將未使用或懸空的數(shù)據(jù)輸入保持在有效邏輯電平，無(wú)需外部上拉電阻，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 先進(jìn)設(shè)計(jì)：采用了先進(jìn)的EPIC - ΙΙB BiCMOS設(shè)計(jì)，每個(gè)I/O端口都有一個(gè)邊界掃描單元，提高了掃描效率。
• 豐富的指令集：支持SCOPE指令集，包括IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990要求的指令以及可選的CLAMP和HIGHZ指令，還具備并行簽名分析、偽隨機(jī)模式生成等功能。

2.3 封裝形式

提供64引腳塑料薄四方扁平（PM）封裝和68引腳陶瓷四方扁平（HV）封裝兩種選擇，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

三、工作模式與數(shù)據(jù)流動(dòng)控制

3.1 正常模式

在正常模式下，設(shè)備作為18位通用總線收發(fā)器工作。數(shù)據(jù)在A總線和B總線之間的流動(dòng)由輸出使能（OEAB和OEBA）、鎖存使能（LEAB和LEBA）和時(shí)鐘（CLKAB和CLKBA）輸入控制。

以A到B的數(shù)據(jù)流動(dòng)為例，當(dāng)LEAB為高電平時(shí)，設(shè)備工作在透明模式；當(dāng)LEAB為低電平時(shí)，A總線數(shù)據(jù)在CLKAB保持靜態(tài)低或高邏輯電平時(shí)被鎖存，或者在CLKAB從低到高的轉(zhuǎn)換時(shí)被存儲(chǔ)。當(dāng)OEAB為低電平時(shí)，B輸出有效；當(dāng)OEAB為高電平時(shí)，B輸出處于高阻態(tài)。B到A的數(shù)據(jù)流動(dòng)原理類似，只是使用OEBA、LEBA和CLKBA輸入。

3.2 測(cè)試模式

在測(cè)試模式下，SCOPE通用總線收發(fā)器的正常操作被禁止，測(cè)試電路被啟用，用于觀察和控制設(shè)備的I/O邊界。測(cè)試電路根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990中描述的協(xié)議執(zhí)行邊界掃描測(cè)試操作。

四個(gè)專用測(cè)試引腳（TDI、TDO、TMS和TCK）用于觀察和控制測(cè)試電路的操作。此外，測(cè)試電路還能執(zhí)行其他測(cè)試功能，如對(duì)數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行并行簽名分析（PSA）和從數(shù)據(jù)輸出生成偽隨機(jī)模式（PRPG）。

四、測(cè)試架構(gòu)與狀態(tài)機(jī)

4.1 測(cè)試總線與TAP控制器

串行測(cè)試信息通過(guò)符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990的4線測(cè)試總線（TAP）進(jìn)行傳輸。TAP控制器監(jiān)控測(cè)試總線上的TCK和TMS信號(hào)，從中提取同步（TCK）和狀態(tài)控制（TMS）信號(hào)，并為設(shè)備中的測(cè)試結(jié)構(gòu)生成適當(dāng)?shù)钠峡刂菩盘?hào)。

4.2 TAP控制器狀態(tài)機(jī)

TAP控制器是一個(gè)同步有限狀態(tài)機(jī)，共有16個(gè)狀態(tài)，包括6個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和10個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)。它根據(jù)TCK上升沿時(shí)TMS的電平來(lái)切換狀態(tài)，主要有兩條路徑：一條用于訪問(wèn)和控制選定的數(shù)據(jù)寄存器，另一條用于訪問(wèn)和控制指令寄存器。

• Test - Logic - Reset狀態(tài)：設(shè)備上電時(shí)處于此狀態(tài)，測(cè)試邏輯被復(fù)位并禁用，設(shè)備執(zhí)行正常邏輯功能。指令寄存器被重置為選擇IDCODE指令的二進(jìn)制值10000001，邊界掃描寄存器的部分位被重置為邏輯1，邊界控制寄存器被重置為二進(jìn)制值010，選擇PSA測(cè)試操作。
• Run - Test/Idle狀態(tài)：在執(zhí)行任何測(cè)試操作之前，TAP控制器必須經(jīng)過(guò)此狀態(tài)。這是一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)試邏輯可以處于活動(dòng)測(cè)試狀態(tài)或空閑狀態(tài)。
• 其他狀態(tài)：包括Select - DR - Scan、Select - IR - Scan、Capture - DR、Shift - DR等，每個(gè)狀態(tài)都有特定的功能，用于完成數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器的掃描、更新等操作。

五、寄存器配置

5.1 指令寄存器（IR）

指令寄存器為8位，用于告訴設(shè)備執(zhí)行什么指令。指令包含操作模式（正常模式或測(cè)試模式）、要執(zhí)行的測(cè)試操作、在數(shù)據(jù)寄存器掃描時(shí)選擇哪個(gè)數(shù)據(jù)寄存器以及在Capture - DR期間要捕獲到所選數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)來(lái)源等信息。

在Capture - IR期間，IR捕獲二進(jìn)制值10000001；在Update - IR期間，移入IR的值被加載到影子鎖存器中，當(dāng)前指令被更新。上電或處于Test - Logic - Reset狀態(tài)時(shí)，IR被重置為二進(jìn)制值10000001，選擇IDCODE指令。

5.2 數(shù)據(jù)寄存器

• 邊界掃描寄存器（BSR）：48位長(zhǎng)，每個(gè)正常功能輸入引腳和I/O引腳都有一個(gè)邊界掃描單元。用于存儲(chǔ)要應(yīng)用到設(shè)備輸出引腳的測(cè)試數(shù)據(jù)，以及捕獲正常片上邏輯輸出和設(shè)備輸入引腳處的數(shù)據(jù)。在Capture - DR期間，捕獲的數(shù)據(jù)來(lái)源由當(dāng)前指令確定。上電或在Test - Logic - Reset狀態(tài)下，BSCs 47 - 44被重置為邏輯1，確?？刂艫端口和B端口輸出的單元設(shè)置為良性值。
• 邊界控制寄存器（BCR）：3位長(zhǎng)，用于在邊界運(yùn)行測(cè)試（RUNT）指令的上下文中實(shí)現(xiàn)基本SCOPE指令集未包含的額外測(cè)試操作，如PRPG、PSA和二進(jìn)制計(jì)數(shù)（COUNT）。上電或在Test - Logic - Reset狀態(tài)下，BCR被重置為二進(jìn)制值010，選擇PSA測(cè)試操作。
• 旁路寄存器：1位掃描路徑，可選擇用于縮短系統(tǒng)掃描路徑的長(zhǎng)度，減少完成測(cè)試操作所需的每個(gè)測(cè)試模式的位數(shù)。在Capture - DR期間，旁路寄存器捕獲邏輯0。
• 設(shè)備識(shí)別寄存器（IDR）：32位長(zhǎng)，可選擇并讀取以識(shí)別設(shè)備的制造商、部件編號(hào)和版本。對(duì)于’ABTH18502A和’ABTH182502A，分別在Capture - DR狀態(tài)下捕獲特定的二進(jìn)制值以進(jìn)行識(shí)別。

六、指令與操作

6.1 指令寄存器操作碼

設(shè)備支持多種指令，每種指令都有特定的功能和操作模式。例如，EXTEST指令用于邊界掃描，IDCODE指令用于識(shí)別讀取，SAMPLE/PRELOAD指令用于采樣邊界等。不支持的SCOPE指令默認(rèn)執(zhí)行BYPASS指令。

6.2 邊界控制寄存器操作碼

BCR操作碼根據(jù)BCR位2 - 0進(jìn)行解碼，在RUNT指令的Run - Test/Idle狀態(tài)下執(zhí)行選定的測(cè)試操作。包括樣本輸入/切換輸出（TOPSIP）、偽隨機(jī)模式生成（PRPG）、并行簽名分析（PSA）、同時(shí)進(jìn)行PSA和PRPG（PSA/PRPG）以及同時(shí)進(jìn)行PSA和二進(jìn)制計(jì)數(shù)（PSA/COUNT）等操作。

七、電氣特性與參數(shù)

7.1 絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓范圍、輸入電壓范圍、輸出電流等參數(shù)，使用時(shí)應(yīng)確保不超過(guò)這些額定值，以免對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

7.2 推薦工作條件

不同型號(hào)的設(shè)備在電源電壓、輸入電壓、輸出電流、輸入轉(zhuǎn)換速率和工作溫度等方面有推薦的工作范圍，遵循這些條件可以確保設(shè)備的性能和可靠性。

7.3 電氣特性

詳細(xì)列出了在推薦工作溫度范圍內(nèi)的各種電氣參數(shù)，如輸入鉗位電壓、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓、輸入電流、輸出電流等，為電路設(shè)計(jì)提供了精確的參考。

7.4 時(shí)序要求

在正常模式和測(cè)試模式下，對(duì)時(shí)鐘頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間、建立時(shí)間、保持時(shí)間和延遲時(shí)間等時(shí)序參數(shù)都有明確的要求，工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要嚴(yán)格滿足這些要求，以確保設(shè)備的正常工作。

7.5 開關(guān)特性

給出了不同模式下的開關(guān)特性參數(shù)，如最大時(shí)鐘頻率、傳播延遲時(shí)間、使能和禁用時(shí)間等，這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估設(shè)備的性能和響應(yīng)速度非常重要。

八、總結(jié)與思考

德州儀器的SN54/74ABTH18502A、SN54/74ABTH182502A掃描測(cè)試設(shè)備以其豐富的功能、先進(jìn)的設(shè)計(jì)和良好的兼容性，為電子工程師在復(fù)雜電路板測(cè)試方面提供了強(qiáng)大的工具。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也需要充分考慮這些設(shè)備的電氣特性、時(shí)序要求和操作指令，以確保其性能的充分發(fā)揮。

例如，在選擇合適的指令進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要根據(jù)具體的測(cè)試需求和電路特點(diǎn)進(jìn)行權(quán)衡；在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，要嚴(yán)格遵循設(shè)備的推薦工作條件和時(shí)序要求，以避免出現(xiàn)信號(hào)干擾、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。同時(shí)，對(duì)于這些設(shè)備的進(jìn)一步研究和探索，也有助于我們更好地理解邊界掃描技術(shù)和測(cè)試架構(gòu)，為未來(lái)的電子設(shè)計(jì)和測(cè)試提供更多的思路和方法。

你在使用這些設(shè)備的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？你對(duì)它們的性能和應(yīng)用有什么獨(dú)特的見解？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。