3.3-V ABT扫描测试设备：SN54/74LVTH18504A与SN54/74LVTH182504A深度解析

在电子设备的设计与测试领域，边界扫描技术是确保复杂电路板组件可测试性的关键。德州仪器（TI）的SN54LVTH18504A、SN54LVTH182504A、SN74LVTH18504A和SN74LVTH182504A这几款3.3-V ABT扫描测试设备，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了工程师们在设计中常用的选择。

文件下载：SN74LVTH182504APM.pdf

产品概述

这几款设备是TI SCOPE可测试性集成电路家族的成员，同时也属于Widebus系列。它们支持IEEE Std 1149.1 - 1990边界扫描标准，通过4线测试访问端口（TAP）接口实现对测试电路的扫描访问，极大地方便了复杂电路板组件的测试工作。

核心特性

1. 混合模式信号操作：采用先进的3.3-V ABT设计，支持混合模式信号操作，能够在3.3-V VCC的情况下实现5-V的输入和输出电压，为不同电压系统之间的接口提供了便利。
2. 宽电压范围支持：支持低至2.7 V的非稳压电池操作，增强了设备在不同电源环境下的适应性。
3. 通用总线收发器（UBT）：结合了D型锁存器和D型触发器，可在透明、锁存或时钟模式下工作，满足多样化的数据传输需求。
4. 总线保持功能：数据输入上的总线保持电路消除了对外部上拉/下拉电阻的需求，简化了电路设计。
5. 内置电阻：’LVTH182504A设备的B端口输出具有等效的25-Ω串联电阻，无需外部电阻，进一步减少了电路板的元件数量。
6. JTAG兼容性：与IEEE Std 1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构兼容，方便进行标准化的测试操作。
7. 丰富的指令集：支持SCOPE指令集，包括IEEE Std 1149.1 - 1990所需的指令以及可选的CLAMP和HIGHZ指令，还具备并行签名分析、伪随机模式生成等功能。

工作模式

正常模式

在正常模式下，这些设备作为20位通用总线收发器工作。数据流向由输出使能（(OEAB)和(OEBA)）、锁存使能（(LEAB)和(LEBA)）、时钟使能（(CLKENAB)和(CLKENBA)）和时钟（(CLKAB)和(CLKBA)）输入控制。以A到B的数据流向为例，当(LEAB)为高电平时，设备工作在透明模式；当(LEAB)为低电平时，根据(CLKENAB)和(CLKAB)的状态，A总线数据可以被锁存或存储。当(OEAB)为低电平时，B输出有效；当(OEAB)为高电平时，B输出处于高阻抗状态。B到A的数据流向与此类似。

测试模式

在测试模式下，设备的正常操作被禁止，测试电路被启用，用于观察和控制设备的I/O边界。测试电路根据IEEE Std 1149.1 - 1990协议执行边界扫描测试操作。四个专用测试引脚（(TDI)、(TDO)、(TMS)和(TCK)）用于观察和控制测试电路的操作，同时还具备并行签名分析（PSA）和伪随机模式生成（PRPG）等测试功能。

测试架构与状态机

测试架构

设备的串行测试信息通过符合IEEE Std 1149.1 - 1990的4线测试总线（TAP）传输。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相应的片上控制信号。

状态机

TAP控制器是一个同步有限状态机，包含16个状态，其中6个稳定状态和10个不稳定状态。状态机有两条主要路径，分别用于访问和控制所选的数据寄存器和指令寄存器。在设备上电时，处于测试逻辑复位（Test - Logic - Reset）状态，此时测试逻辑被复位并禁用，设备执行正常逻辑功能。通过控制(TMS)信号，状态机可以在不同状态之间切换，实现各种测试操作。

寄存器详解

指令寄存器（IR）

指令寄存器为8位，用于告诉设备要执行的指令。指令包含操作模式（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选择哪个数据寄存器以及在Capture - DR期间要捕获到所选数据寄存器的数据来源等信息。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，当前指令被更新。

数据寄存器

1. 边界扫描寄存器（BSR）：48位，用于存储要应用到设备输出引脚的测试数据，以及捕获正常片上逻辑输出和设备输入引脚的数据。在Capture - DR期间，其数据来源由当前指令确定。在设备上电或处于测试逻辑复位状态时，BSC 47 - 46被复位为逻辑1，确保控制A端口和B端口输出的单元处于安全值。
2. 边界控制寄存器（BCR）：3位，用于在边界运行（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、PSA和二进制计数（COUNT）。在设备上电或处于测试逻辑复位状态时，BCR被复位为二进制值010，选择PSA测试操作。
3. 旁路寄存器：1位，可用于缩短系统扫描路径的长度，减少完成测试操作所需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。
4. 设备识别寄存器（IDR）：32位，可用于识别设备的制造商、零件编号和版本。不同型号的设备在Capture - DR状态下会捕获不同的二进制值来进行识别。

指令集分析

设备支持多种指令，每种指令都有其特定的功能和应用场景。例如，边界扫描（EXTEST）指令符合IEEE Std 1149.1 - 1990的EXTEST指令，用于捕获设备输入和I/O引脚的数据，并将扫描到I/O BSC中的数据应用到设备I/O引脚；识别读取（IDCODE）指令用于读取设备的识别信息；采样/预加载（SAMPLE/PRELOAD）指令用于采样边界数据等。

电气特性与参数

绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于确保设备的安全运行至关重要。这些额定值包括电压范围、电流限制、输入钳位电流、输出钳位电流、封装热阻和存储温度范围等。例如，输出在高电平或断电状态下的电压范围为 - 0.5 V至7 V，不同型号和端口的输出电流限制也有所不同。

推荐工作条件

推荐工作条件规定了设备在正常工作时的最佳参数范围，包括电源电压、输入电压、输出电流、输入转换速率和工作温度等。例如，电源电压范围为2.7 - 3.6 V，高电平输入电压要求为2 V以上，低电平输入电压要求为0.8 V以下。

电气特性

电气特性描述了设备在推荐工作条件下的各项性能指标，如输入钳位电压、输出高/低电平电压、输入电流、输出电流、静态电流和电容等。这些特性对于评估设备的性能和进行电路设计具有重要意义。

时序要求与开关特性

设备的时序要求和开关特性决定了其在不同工作模式下的操作速度和稳定性。在正常模式和测试模式下，对时钟频率、脉冲持续时间、建立时间、保持时间、延迟时间和上升时间等都有相应的要求。开关特性则包括最大时钟频率、传播延迟时间、使能/禁用时间等参数。

封装与布局建议

设备提供64引脚塑料薄四方扁平（PM）封装和68引脚陶瓷四方扁平（HV）封装两种封装形式。同时，文档还提供了示例电路板布局、焊盘图案、模板设计等信息，为工程师进行电路板设计提供了参考。

总结

SN54/74LVTH18504A和SN54/74LVTH182504A这几款3.3-V ABT扫描测试设备以其丰富的功能、良好的兼容性和可靠的性能，为电子工程师在设计复杂电路板组件时提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择设备的工作模式和指令，同时注意电气特性和时序要求，以确保设备的正常运行和测试的准确性。大家在使用这些设备的过程中，有没有遇到过一些独特的问题或者有什么特别的经验呢？欢迎在评论区分享交流。