深入剖析 SN54BCT8245A 和 SN74BCT8245A 扫描测试设备

在电子设计领域，测试设备的性能和功能对于确保电路的可靠性和稳定性至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的 SN54BCT8245A 和 SN74BCT8245A 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。

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产品概述

SN54BCT8245A 和 SN74BCT8245A 是德州仪器 SCOPE™ 可测试性集成电路家族的成员，它们集成了八进制总线收发器，旨在支持 IEEE Standard 1149.1 - 1990 边界扫描，从而方便对复杂电路板组件进行测试。

特点

• 功能等效性：在正常工作模式下，它们的功能与 ’F245 和 ’BCT245 八进制总线收发器等效。
• 兼容性：完全兼容 IEEE Standard 1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构。
• 测试同步性：测试操作与测试访问端口（TAP）同步，确保测试的准确性和稳定性。
• 可选测试复位信号：通过识别 TMS 引脚的双高电平电压（10V）来实现可选的测试复位信号。
• 丰富的指令集：支持 IEEE Standard 1149.1 - 1990 所需的指令，以及可选的 INTEST、CLAMP 和 HIGHZ 指令。
• 多种测试功能：包括并行签名分析（PSA）、伪随机模式生成（PRPG）、样本输入/输出切换等。
• 多种封装选项：提供塑料小外形（DW）封装、陶瓷芯片载体（FK）以及标准塑料和陶瓷 300 - mil DIPs（JT, NT）封装。

工作温度范围

• SN54BCT8245A：适用于 -55°C 至 125°C 的全军事温度范围。
• SN74BCT8245A：适用于 0°C 至 70°C 的温度范围。

引脚和功能

引脚配置

两款设备的引脚配置根据不同封装有所不同，但主要引脚功能保持一致。以 DW、JT 和 NT 封装为例，主要引脚包括：

• A1 - A8 和 B1 - B8：A 总线和 B 总线的 I/O 端口，未连接时内部上拉电阻会将其拉至高电平。
• DIR：正常功能方向控制输入，未连接时内部上拉电阻会将其拉至高电平。
• OE：正常功能输出使能输入，未连接时内部上拉电阻会将其拉至高电平。
• TCK：测试时钟，所有测试操作与 TCK 同步，未连接时内部上拉电阻会将其拉至高电平。
• TDI：测试数据输入，用于将数据串行移入指令寄存器或选定的数据寄存器，未连接时内部上拉电阻会将其拉至高电平。
• TDO：测试数据输出，用于将数据从指令寄存器或选定的数据寄存器串行移出，未激活且无外部驱动时，内部上拉电阻会将其拉至高电平。
• TMS：测试模式选择，用于控制 TAP 控制器的状态，未连接时内部上拉电阻会将其拉至高电平，还可通过识别双高电平（V IHH）提供可选的测试复位信号。
• VCC：电源电压。

正常模式功能表

输入		操作
OE	DIR
L	L	B 数据到 A 总线
L	H	A 数据到 B 总线
H	X	隔离

从这个功能表中，我们可以清晰地看到 OE 和 DIR 引脚的不同组合如何控制数据的传输方向，这在实际电路设计中非常重要。你是否在自己的设计中也经常会遇到对数据传输方向进行控制的需求呢？

测试架构和状态机

测试架构

设备通过符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 4 线测试总线（TAP）传输串行测试信息，包括测试指令、测试数据和测试控制信号。TAP 控制器监控 TCK 和 TMS 信号，从中提取同步和状态控制信号，并为设备中的测试结构生成适当的片上控制信号。

TAP 控制器状态机

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。主要有两条路径：一条用于访问和控制选定的数据寄存器，另一条用于访问和控制指令寄存器，且一次只能访问一个寄存器。

主要状态及功能

• Test - Logic - Reset：设备上电时处于此状态，测试逻辑被复位并禁用，设备执行正常逻辑功能。对于 ’BCT8245A，指令寄存器复位为二进制值 11111111，选择 BYPASS 指令；边界控制寄存器复位为二进制值 10，选择 PSA 测试操作。
• Run - Test/Idle：执行任何测试操作前，TAP 控制器必须经过此状态。在此状态下，测试逻辑可以处于活动测试状态或空闲状态，边界控制寄存器选择的测试操作将在此状态下执行。
• Capture - DR：选择数据寄存器扫描时，TAP 控制器必须经过此状态，选定的数据寄存器会根据当前指令捕获数据值。
• Shift - DR：进入此状态后，数据寄存器被置于 TDI 和 TDO 之间的扫描路径中，数据在每个 TCK 周期内串行移位。
• Update - DR：如果当前指令要求用当前数据更新选定的数据寄存器，则在进入此状态后的 TCK 下降沿执行更新操作。
• Capture - IR：选择指令寄存器扫描时，TAP 控制器必须经过此状态，指令寄存器捕获当前状态值。对于 ’BCT8245A，捕获的状态值为固定二进制值 10000001。
• Shift - IR：进入此状态后，指令寄存器被置于 TDI 和 TDO 之间的扫描路径中，指令数据在每个 TCK 周期内串行移位。
• Update - IR：进入此状态后的 TCK 下降沿，当前指令被更新并生效。

寄存器概述

指令寄存器（IR）

• 长度为 8 位，用于告诉设备要执行的指令，包括操作模式（正常模式或测试模式）、要执行的测试操作、数据寄存器扫描时要选择的三个数据寄存器中的哪一个，以及 Capture - DR 期间要捕获到选定数据寄存器的数据来源。
• 在 Capture - IR 期间，IR 捕获二进制值 10000001；在 Update - IR 期间，移位到 IR 中的值被加载到影子锁存器中，当前指令更新并生效。上电或处于 Test - Logic - Reset 状态时，IR 复位为二进制值 11111111，选择 BYPASS 指令。

数据寄存器

边界扫描寄存器（BSR）

• 长度为 18 位，包含每个正常功能输入引脚和输出引脚的一个边界扫描单元（BSC）。
• 用于存储要应用到正常片上逻辑输入和/或设备输出端子的测试数据，以及捕获正常片上逻辑输出和/或设备输入端子出现的数据。
• BSR 的扫描顺序是从 TDI 经过位 17 - 0 到 TDO，其内容在 Capture - DR 期间的捕获源由当前指令决定，在 Run - Test/Idle 期间可能会根据当前指令改变，在 Test - Logic - Reset 状态下不变。

边界控制寄存器（BCR）

• 长度为 2 位，用于在 RUNT 指令的上下文中实现基本 SCOPE™ 指令集未包含的附加测试操作，如 PRPG 和 PSA。
• 在 Capture - DR 期间，BCR 的内容不变；上电或处于 Test - Logic - Reset 状态时，BCR 复位为二进制值 10，选择 PSA 测试操作。

旁路寄存器

• 为 1 位扫描路径，可选择以缩短系统扫描路径的长度，从而减少完成测试操作所需应用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。

指令和测试操作

指令寄存器操作码

设备支持多种指令，不同指令对应不同的操作和功能，以下是部分常见指令的介绍：

• Boundary scan（EXTEST/INTEST）：符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 EXTEST 和 INTEST 指令，选择 BSR 进入扫描路径，设备工作在测试模式，输入 BSCs 捕获设备输入端子的数据，输出 BSCs 捕获正常片上逻辑输出的数据，扫描到输入 BSCs 的数据应用到正常片上逻辑输入，扫描到输出 BSCs 的数据应用到设备输出端子。
• Bypass scan（BYPASS）：符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 BYPASS 指令，选择旁路寄存器进入扫描路径，Capture - DR 期间旁路寄存器捕获逻辑 0，设备工作在正常模式。
• Sample boundary（SAMPLE/PRELOAD）：符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 SAMPLE/PRELOAD 指令，选择 BSR 进入扫描路径，设备工作在正常模式，输入 BSCs 和输出 BSCs 分别捕获设备输入端子和正常片上逻辑输出的数据。
• Control boundary to high impedance（HIGHZ）：符合 IEEE Standard 1149.1a - 1993 的 HIGHZ 指令，选择旁路寄存器进入扫描路径，Capture - DR 期间旁路寄存器捕获逻辑 0，设备工作在修改后的测试模式，所有设备输出端子置于高阻抗状态，输入端子保持正常工作，正常片上逻辑功能正常执行。
• Control boundary to 1/0（CLAMP）：符合 IEEE Standard 1149.1a - 1993 的 CLAMP 指令，选择旁路寄存器进入扫描路径，Capture - DR 期间旁路寄存器捕获逻辑 0，设备工作在测试模式，输入 BSCs 的数据应用到正常片上逻辑输入，输出 BSCs 的数据应用到设备输出端子。

边界控制寄存器操作码

BCR 操作码根据 BCR 位 1 - 0 解码，不同的操作码对应不同的测试操作：

• Sample inputs/toggle outputs（TOPSIP）：在每个 TCK 上升沿，设备输入端子的数据被捕获到输入 BSCs 的移位寄存器元素中，然后更新到输入 BSCs 的影子锁存器并应用到正常片上逻辑输入；输出 BSCs 的移位寄存器元素中的数据在每个 TCK 上升沿翻转，更新到影子锁存器并应用到设备输出端子。
• Pseudo - random pattern generation（PRPG）：在每个 TCK 上升沿，BSCs 的移位寄存器元素中生成伪随机模式，然后更新到影子锁存器并应用到设备输出端子，同时也更新到输入 BSCs 的影子锁存器并应用到正常片上逻辑输入。在执行此操作前，应将初始种子值扫描到 BSR 中，全零种子值不会产生额外模式。
• Parallel - signature analysis（PSA）：在每个 TCK 上升沿，设备输入端子的数据被压缩成 16 位并行签名，存储在 BSCs 的移位寄存器元素中，然后更新到输入 BSCs 的影子锁存器并应用到正常片上逻辑输入，输出 BSCs 的影子锁存器中的数据保持不变并应用到设备输出。执行此操作前也需将初始种子值扫描到 BSR 中。
• Simultaneous PSA and PRPG（PSA/PRPG）：在每个 TCK 上升沿，设备输入端子的数据被压缩成 8 位并行签名，存储在输入 BSCs 的移位寄存器元素中，更新到影子锁存器并应用到正常片上逻辑输入；同时，在每个 TCK 上升沿，输出 BSCs 的移位寄存器元素中生成 8 位伪随机模式，更新到影子锁存器并应用到设备输出端子。同样，执行此操作前需将初始种子值扫描到 BSR 中，全零种子值不会产生额外模式。

电气和时序特性

绝对最大额定值

在操作过程中，需要注意设备的绝对最大额定值，如输入电压范围、输入钳位电流、输出电流、最大功耗、存储温度范围等。超过这些额定值可能会导致设备永久性损坏，影响设备的可靠性。

推荐操作条件

为了确保设备的正常运行，应在推荐的操作条件下使用，包括电源电压、高低电平输入电压、输入钳位电流、高低电平输出电流、工作自由空气温度等。				SN54BCT8245A			SN74BCT8245A			单位
		最小	标称	最大	最小	标称	最大
VCC	电源电压	4.5	5	5.5	4.5	5	5.5	V
VIH	高电平输入电压	2			2			V
VIHH	双高电平输入电压（TMS）	10		12	10		12	V
VIL	低电平输入电压			0.8			0.8	V
IIK	输入钳位电流			-18			-18	mA
IOH	高电平输出电流（Any A, TDO）			-3			-3	mA
	高电平输出电流（Any B）			-12			-15	mA
IOL	低电平输出电流（Any A, TDO）			20			24	mA
	低电平输出电流（Any B）			48			64	mA
TA	工作自由空气温度	-55		125	0		70	°C

时序要求

所有测试操作与 TCK 同步，TDI、TMS 和正常功能输入的数据在 TCK 上升沿捕获，TDO 和正常功能输出端子的数据在 TCK 下降沿出现。TAP 控制器通过在 TCK 下降沿改变 TMS 的值，然后在 TCK 上升沿推进其状态。

开关特性

设备的开关特性包括时钟频率、脉冲持续时间、建立时间、保持时间、延迟时间等，在不同的工作模式（正常模式和测试模式）下有不同的参数要求。例如，在测试模式下，时钟频率最大为 20 MHz，不同输入输出之间的传播延迟时间也有相应的规定。在实际设计中，你是否会特别关注这些开关特性对电路性能的影响呢？

封装和物料信息

封装选项

提供多种封装选项，包括 LCCC（FK）、CDIP（JT）、SOIC（DW）等，不同封装适用于不同的应用场景和工作环境。每种封装的引脚数量、工作温度范围、环保特性、引脚镀层材料等都有所不同。	可订购设备	状态	封装类型	封装图纸	引脚	数量	环保计划	引脚镀层/球材料	MSL 峰值温度	工作温度（°C）	设备标记	样品
5962 - 9172801Q3A	有效	LCCC	FK	28	1	非 RoHS & 绿色	SNPB	不适用	-55 至 125	5962 - 9172801Q3A SNJ54BCT 8245AFK	有
5962 - 9172801QLA	有效	CDIP	JT	24	1	非 RoHS & 绿色	SNPB	不适用	-55 至 125	5962 - 9172801QL A SNJ54BCT8245AJT	有
SN74BCT8245ADW	有效	SOIC	DW	24	25	RoHS & 绿色	NIPDAU	1 级 - 260°C - 无限制	0 至 70	BCT8245A	有
SN74BCT8245ADWR	有效	SOIC	DW	24	2000	RoHS & 绿色	NIPDAU	1 级 - 260°C - 无限制	0 至 70	BCT8245A	有
SNJ54BCT8245AFK	有效	LCCC