深入解析 SN54ABT8543 与 SN74ABT8543 扫描测试设备

在电子设计领域，测试设备对于确保电路的可靠性和性能至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的 SN54ABT8543 和 SN74ABT8543 扫描测试设备，这两款设备在边界扫描测试方面具有显著的优势。

文件下载：SN74ABT8543DW.pdf

一、产品概述

SN54ABT8543 和 SN74ABT8543 是德州仪器 SCOPE 可测试性集成电路家族的成员，与 IEEE 标准 1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构兼容。在正常功能模式下，它们在功能上等同于 ’F543 和 ’ABT543 八进制寄存器总线收发器。

这两款设备采用了先进的 EPIC - ΙΙB BiCMOS 设计，显著降低了功耗。同时，它们提供了多种封装选项，包括塑料小外形（DW）、收缩小外形（DL）封装、陶瓷芯片载体（FK）和标准陶瓷双列直插式封装（JT），以满足不同的应用需求。

二、工作模式及控制机制

正常模式

在正常模式下，数据在 A 到 B 以及 B 到 A 两个方向的流动由锁存使能（LEAB 和 LEBA）、芯片使能（CEAB 和 CEBA）和输出使能（OEAB 和 OEBA）输入控制。以 A 到 B 数据流动为例，当 LEAB 和 CEAB 都为低电平时，设备工作在透明模式；当其中任何一个为高电平时，A 数据被锁存。只有当 OEAB 和 CEAB 都为低电平时，B 输出才有效；否则，B 输出处于高阻抗状态。B 到 A 的数据流动控制机制与此类似，但使用 LEBA、CEBA 和 OEBA。

测试模式

当进入测试模式时，SCOPE 寄存器总线收发器的正常操作被禁止，测试电路被启用，用于观察和控制设备的 I/O 边界。测试电路通过四个专用测试引脚进行控制：测试数据输入（TDI）、测试数据输出（TDO）、测试模式选择（TMS）和测试时钟（TCK）。此外，测试电路还能执行其他测试功能，如对数据输入进行并行签名分析（PSA）和从数据输出生成伪随机模式（PRPG）。所有的测试和扫描操作都与测试访问端口（TAP）接口同步。

三、测试架构与 TAP 控制器

测试信息通过符合 IEEE 标准 1149.1 - 1990 的 4 线测试总线（TAP）进行传输，包括测试指令、测试数据和测试控制信号。TAP 控制器监控来自测试总线的 TCK 和 TMS 信号，并从中提取同步信号（TCK）和状态控制信号（TMS），为设备中的测试结构生成适当的片上控制信号。

TAP 控制器是一个同步有限状态机，共有 16 个状态，包括 6 个稳定状态和 10 个不稳定状态。它有两条主要路径，分别用于访问和控制选定的数据寄存器和指令寄存器，且一次只能访问一个寄存器。

设备在上电时处于测试逻辑复位（Test - Logic - Reset）状态，在此状态下，测试逻辑被复位并禁用，设备执行正常逻辑功能。指令寄存器被重置为选择可选的 IDCODE 指令（如果支持）或 BYPASS 指令的操作码，某些数据寄存器也会被重置为其上电值。

四、寄存器介绍

指令寄存器（IR）

指令寄存器为 8 位长，用于告诉设备要执行的指令。指令包含的信息包括操作模式（正常模式或测试模式）、要执行的测试操作、在数据寄存器扫描期间要选择的三个数据寄存器中的哪一个以及在 Capture - DR 期间要捕获到所选数据寄存器的数据来源。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：长度为 40 位，每个正常功能输入引脚有一个边界扫描单元（BSC），每个正常功能 I/O 引脚有两个 BSC（一个用于输入数据，一个用于输出数据），每个内部解码的输出使能信号（OEA 和 OEB）也有一个 BSC。它用于存储要内部应用到正常片上逻辑输入和/或外部应用到设备输出引脚的测试数据，以及捕获在正常片上逻辑输出和/或设备输入引脚上出现的数据。
• 边界控制寄存器（BCR）：11 位长，用于在 RUNT 指令的上下文中实现基本 SCOPE 指令集未包含的额外测试操作，如 PRPG、带输入屏蔽的 PSA 和二进制递增计数（COUNT）。
• 旁路寄存器：1 位扫描路径，可用于缩短系统扫描路径的长度，从而减少完成测试操作所需施加的每个测试模式的位数。在 Capture - DR 期间，旁路寄存器捕获逻辑 0。

五、指令与操作

指令寄存器操作码

设备支持多种指令，如边界扫描（EXTEST/INTEST）、旁路扫描（BYPASS）、采样边界（SAMPLE/PRELOAD）等，每种指令都有其特定的功能和操作模式。

边界控制寄存器操作码

BCR 操作码通过 BCR 位 2 - 0 进行解码，对应不同的测试操作，如采样输入/切换输出（TOPSIP）、伪随机模式生成（PRPG）、并行签名分析（PSA）等。这些操作在执行 RUNT 指令的 Run - Test/Idle 状态期间进行。

六、技术参数与应用注意事项

电气特性与推荐条件

两款设备在不同的电源电压、输入输出电压、电流和温度范围内有明确的电气特性。例如，SN54ABT8543 适用于 - 55°C 至 125°C 的全军事温度范围，而 SN74ABT8543 适用于 - 40°C 至 85°C 的温度范围。

封装与材料

设备提供多种封装选项，每种封装都有其特定的尺寸、引脚数量、包装数量、环保计划、引脚镀层/球材料、湿度灵敏度等级、峰值温度和设备标记等信息。在选择封装时，需要根据具体的应用环境和要求进行考虑。

设计与应用建议

在设计电路时，必须注意未使用的引脚（输入或 I/O）必须保持高电平或低电平，以防止它们浮空。同时，要根据设备的电气特性和推荐的工作条件来设计电源、时钟和其他相关电路。

综上所述，SN54ABT8543 和 SN74ABT8543 扫描测试设备为电子工程师提供了一种强大的工具，用于测试和验证复杂电路板组件的功能和可靠性。通过深入了解其工作原理、寄存器结构和指令集，工程师可以更好地利用这些设备来优化设计和提高产品质量。你在使用这类测试设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。