深入了解SCANSTA112：7端口多分支IEEE 1149.1（JTAG）多路复用器

在电子测试领域，IEEE 1149.1（JTAG）标准为电路板和芯片的测试提供了强大的支持。而TI的SCANSTA112作为一款7端口多分支IEEE 1149.1（JTAG）多路复用器，更是为复杂系统的测试带来了新的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下这款器件。

文件下载：SCANSTA112VS NOPB.pdf

一、产品概述

SCANSTA112是TI推出的一款支持多分支地址和多路复用IEEE - 1149.1扫描链的器件，它是SCANPSC110和SCANSTA111的超集，继承了前两者的所有特性和功能。该器件主要用于将扫描链划分为可管理的大小，或者将特定设备隔离到单独的链上，从而提高故障隔离能力、缩短测试和编程时间，并减少向量集的大小。

二、产品特性

1. 地址能力

• 8个地址输入支持多达249个唯一插槽地址、一个询问地址、一个广播地址和4个多播组地址（地址000000保留），具备真正的IEEE 1149.1分层和多分支可寻址能力。

  2. 端口配置

• 拥有7个与IEEE 1149.1兼容的可配置本地扫描端口，双向背板和LSP₀端口是可互换的从端口。
• 当成为从端口时，能够忽略背板端口的TRST信号。

  3. 工作模式

• 缝合器模式（Stitcher Mode）：可绕过1级和2级协议。
• 透明模式（Transparent Mode）：可通过单条指令启用，方便地将背板IEEE 1149.1引脚缓冲到单个本地扫描端口。

  4. 其他特性

• 通用本地端口直通位可用于传递闪存编程的写入脉冲或监控设备状态。
• 具有已知的上电状态，所有本地扫描端口都有TRST RST。
• 配备32位TCK计数器和16位LFSR签名压缩器。
• 本地TAP可通过OE输入变为三态，允许备用测试主设备控制本地TAP（LSP₀ - ₃有三态通知输出）。
• 工作电压范围为3.0 - 3.6V Vcc，支持热插拔。

三、产品架构

1. TAP控制器

作为设备的中央控制，是一个16状态的状态机。指令寄存器和各种测试数据寄存器可被扫描以实现SCANSTA112的各种功能，这些寄存器的行为符合IEEE Std. 1149.1的定义。

2. 选择控制器

提供了使1149.1协议能够在多分支环境中使用的功能。它主要将地址输入与插槽标识进行比较，并使SCANSTA112能够进行后续的扫描操作。

3. 本地扫描端口网络（LSPN）

包含用于选择不同端口配置的多路复用逻辑。LSPN控制块包含每个本地扫描端口（LSP₀, LSP₁...LSP₆）的本地扫描端口控制器（LSPC），该控制块接收来自SCANSTA112指令寄存器、模式寄存器和TAP控制器的输入。每个本地端口包含与本地TAP接口所需的所有四个边界扫描信号以及可选的测试复位信号（TRST）。

4. TDI/TDO交叉主/从逻辑

用于在主/从配置中定义双向B0和B1端口。

四、引脚描述

SCANSTA112的引脚众多，不同引脚具有不同的功能，以下是一些主要引脚的介绍：

1. 电源和接地引脚

• VCC（10个引脚）：提供电源。
• GND（10个引脚）：接地。

  2. 控制引脚

• RESET：复位输入，无论当前状态如何，都会强制设备复位。
• ADDMASK：地址掩码输入，允许屏蔽较低的插槽输入引脚。
• MPsel B1/B0：主端口选择，控制选择LSP B0或LSP B1作为背板端口。
• SB/S：选择扫描桥或缝合器模式。
• LSPsel (0 - 6)：在缝合器模式下，这些输入定义哪些LSP应包含在扫描链中。
• TRANS：透明模式启用输入，该引脚的值在加电时加载到控制寄存器的TRANSENABLE位中，用于控制在缝合器模式下扫描链中寄存器和焊盘位的存在。
• TLR_TRST和TLR_TRST 6：设置LSP TAP处于TLR状态且设备未复位时TRST的驱动值。

  3. 测试相关引脚

• TDI B0, TDI B1：背板测试数据输入，所有背板扫描数据通过该输入引脚提供给SCANSTA112。
• TMS B0, TMS B1：背板测试模式选择，控制SCANSTA112的TAP控制器的顺序，也控制本地扫描链上的TAP的顺序。
• TDO B0, TDO B1：背板测试数据输出，该输出将来自SCANSTA112和本地TAP的测试数据驱动回扫描主控制器。
• TCK B0, TCK B1：来自背板的测试时钟输入，是控制SCANSTA112和本地扫描端口所有扫描操作的主时钟信号。
• TRST B0, TRST B1：测试复位，异步复位信号（低电平有效），用于初始化SCANSTA112逻辑。
• TRIST B0, TRIST B1, TRIST (01 - 03)：三态通知输出，当相关的TDO处于三态时，该信号被置为高电平。
• A0 B0, A1 B0, A0 B1, A1 B1：背板直通输入，通用输入，驱动到单个选定LSP的Yₙ。
• Y0 B0, Y1 B0, Y0 B1, Y1 B1：背板直通输出，通用输出，由单个选定LSP的Aₙ驱动。

  4. 本地扫描端口引脚

• S (0 - 7)：插槽标识，这些引脚的配置用于识别系统背板上的每个SCANSTA112。
• OE：本地扫描端口的输出使能，低电平有效。当为高电平时，该低电平控制信号将SCANSTA112上的所有本地扫描端口置为三态，以允许备用资源访问一个或多个本地扫描链。
• TDO (01 - 06)：测试数据输出，每个本地扫描端口的单独输出。
• TDI (01 - 06)：测试数据输入，每个本地扫描端口的单独扫描数据输入。
• TMS (01 - 06)：测试模式选择输出，每个本地扫描端口的单独输出。
• TCK (01 - 06)：本地测试时钟输出，每个本地扫描端口的单独输出。
• TRST (01 - 06)：本地测试复位，TRST B的门控版本。
• A0 01, A1 01：本地直通输入，通用输入，可驱动到背板引脚Y B。
• Y0 01, Y1 01：本地直通输出，通用输出，可由背板引脚A B驱动。

五、应用概述

1. 寻址方案

SCANSTA112的架构通过补充一种寻址方案扩展了IEEE 1149.1标准的功能，该方案允许测试控制器与SCANSTA112网络中的特定器件进行通信。该网络可以包括多分支和分层连接，测试控制器可以动态选择网络的特定部分参与扫描操作，从而将复杂系统划分为更小的块进行测试。它提供了两级测试网络分区能力：

• 一级协议：测试控制器可以选择单个SCANSTA112、特定的SCANSTA112集合（多播组）或所有SCANSTA112（广播）。
• 二级协议：在每个选定的SCANSTA112内，测试控制器可以选择芯片的七个本地扫描端口中的一个或多个。

  2. 分层支持

  多个SCANSTA112可以用于组装分层边界扫描树。系统测试器可以配置一组SCANSTA112的本地端口，以便将特定的本地扫描链连接到活动扫描链。测试器的扫描端口连接到根层SCANSTA112的背板扫描端口，每个SCANSTA112可以使用多分支寻址进行选择。第二层SCANSTA112可以通过将根层SCANSTA112的本地端口（LSP）连接到第二层SCANSTA112的背板端口来连接到根层。这个过程可以继续构建多级扫描层次结构。

  3. 标准扫描桥模式（ScanBridge Mode）

  自1993年PSC110推出以来就开始使用的功能和协议，它是一个多分支可寻址的IEEE1149.1开关，能够从连接到并行IEEE1149.1总线或背板的多个设备中选择一个或多个设备。同时，它还作为多个IEEE1149.1本地扫描链的多路复用器，通过本地扫描端口（LSP）将一个或多个本地扫描链连接到背板总线。该模式有两级协议和一个操作模式：

• 一级协议：用于寻址/选择所需的扫描桥。
• 二级协议：用于配置多路复用功能，并通过LSP启用本地扫描链和背板总线之间的连接（UNPARK）。
• 操作模式：完成一级和二级协议后，扫描桥准备好进行操作，扫描向量从背板总线移动到所需的本地扫描链。

  4. 缝合器模式（Stitcher Mode）

  一种跳过扫描桥模式的一级和二级协议的方法，通过外部引脚实现。当处于缝合器模式时，SCANSTA112将直接进入操作模式。

  5. 透明模式（Transparent Mode）

  指扫描链中没有焊盘位或SCANSTA112寄存器的操作条件。该模式在扫描桥和缝合器模式下都可用，只是激活方法不同，激活后操作没有差异。透明模式允许使用为不包含这些位的链生成的向量。

六、电气特性

1. 绝对最大额定值

• 电源电压（VCC）： - 0.3V至 + 4.0V
• 直流输入二极管电流（IIK）： - 20 mA（VI = - 0.5V）
• 直流输入电压（VI）： - 0.5V至 + 3.9V
• 直流输出二极管电流（IOK）： - 20 mA（VO = - 0.5V）
• 直流输出电压（VO）： - 0.3V至 + 3.9V
• 直流输出源/灌电流（IO）： ±50 mA
• 每个输出引脚的直流VCC或接地电流： ±50 mA
• 直流闩锁源或灌电流： ±300 mA
• 结温（塑料）： +150°C
• 存储温度： - 65°C至 + 150°C
• 引脚温度（焊接，4秒）：100L NFBGA为220°C，100L TQFP为220°C
• 最大封装功率容量@25°C：100L NFBGA为3.57W，100L TQFP为2.11W
• 热阻（θJA）：100L NFBGA为35°C/W，100L TQFP为59.1°C/W
• 封装在 + 25°C以上的降额：100L NFBGA为28.57mW/°C，100L TQFP为16.92mW/°C
• ESD最后通过电压（HBM Min）：2500V

  2. 推荐工作条件

• 电源电压（VCC）：3.0V至3.6V
• 输入电压（VI）：0V至VCC
• 输出电压（VO）：0V至VCC
• 工作温度（TA）：工业级为 - 40°C至 + 85°C

  3. 直流电气特性

  在推荐的工作电源电压和温度范围内，不同引脚的输入输出电压、电流等参数都有明确的规定，例如：

• 最小高输入电压（VIH）：2.1V
• 最大低输入电压（VIL）：0.8V
• 最小高输出电压（VOH）：不同引脚在不同负载条件下有不同的值
• 最大低输出电压（VOL）：不同引脚在不同负载条件下有不同的值

  4. 交流电气特性

  在扫描桥模式和缝合器透明模式下，不同信号的传播延迟、时序等参数也有详细的规定，例如：

• 扫描桥模式下，TCKBo到TDOB或TDOB1的传播延迟典型值为8.5ns，最大值为13.5ns。
• 缝合器透明模式下，TDI B0到TDO B1、TDI B1到TDO B0的传播延迟最大值为12.5ns。

七、总结

SCANSTA112作为一款功能强大的7端口多分支IEEE 1149.1（JTAG）多路复用器，为电子系统的测试和编程提供了丰富的功能和灵活的配置选项。其多分支寻址能力、多种工作模式以及良好的电气特性，使得它在复杂系统的测试中具有很大的优势。然而，在使用过程中，我们也需要注意其绝对最大额定值和推荐工作条件，以确保设备的正常运行。同时，对于不同的应用场景，我们需要合理选择工作模式和配置引脚，以达到最佳的测试效果。大家在实际应用中是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。