深入解析SN54ABT18640与SN74ABT18640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SN54ABT18640和SN74ABT18640扫描测试设备，这两款设备带有18位反相总线收发器，是德州仪器SCOPE可测试性集成电路家族的成员。

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产品概述

SN54ABT18640和SN74ABT18640支持IEEE标准1149.1 - 1990边界扫描，有助于复杂电路板组件的测试。扫描访问测试电路是通过4线测试访问端口（TAP）接口实现的。在正常模式下，它们是18位反相总线收发器，可作为两个9位收发器或一个18位收发器使用。测试电路可由TAP激活，以对设备引脚处的数据进行快照采样，或对边界测试单元进行自检。

产品特性

• 符合IEEE标准：兼容IEEE标准1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构。
• SCOPE指令集：支持IEEE标准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。
• 先进的设计：采用EPIC - ΙΙB BiCMOS设计，显著降低功耗。
• 多种封装形式：提供塑料收缩小外形（DL）、薄收缩小外形（DGG）和380密耳细间距陶瓷扁平（WD）封装。

工作模式

正常模式

在正常模式下，数据流向由方向控制（DIR）和输出使能（OE）输入控制。根据DIR的逻辑电平，数据可以从A总线传输到B总线，也可以从B总线传输到A总线。OE可用于禁用设备，使总线有效隔离。

测试模式

在测试模式下，SCOPE总线收发器的正常操作被禁止，测试电路被启用，以观察和控制设备的I/O边界。测试电路可根据IEEE标准1149.1 - 1990中描述的协议执行边界扫描测试操作。

引脚功能

引脚名称	描述
1A1–1A9, 2A1–2A9	正常功能A总线I/O端口
1B1–1B9, 2B1–2B9	正常功能B总线I/O端口
1DIR, 2DIR	正常功能方向控制
GND	接地
1OE, 2OE	正常功能输出使能
TCK	测试时钟
TDI	测试数据输入
TDO	测试数据输出
TMS	测试模式选择
VCC	电源电压

测试架构

串行测试信息通过符合IEEE标准1149.1 - 1990的4线测试总线或TAP传输。TAP控制器监控测试总线上的TCK和TMS信号，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控制器状态图

TAP控制器是一个同步有限状态机，共有16个状态，其中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所选数据寄存器，另一条用于访问和控制指令寄存器。

状态描述

• 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。
• Run - Test/Idle：TAP控制器在执行任何测试操作之前必须经过此状态，测试逻辑可以处于活动测试状态或空闲状态。
• Select - DR - Scan, Select - lR - Scan：用于选择数据寄存器扫描或指令寄存器扫描。
• Capture - DR：选择数据寄存器扫描时，所选数据寄存器在此状态下捕获数据值。
• Shift - DR：数据寄存器置于TDI和TDO之间的扫描路径，数据在每个TCK周期内串行移位。
• Exit1 - DR, Exit2 - DR：结束数据寄存器扫描的临时状态。
• Pause - DR：暂停和恢复数据寄存器扫描操作，不丢失数据。
• Update - DR：如果当前指令要求更新所选数据寄存器，则在此状态下进行更新。
• Capture - IR：选择指令寄存器扫描时，指令寄存器在此状态下捕获其当前状态值。
• Shift - IR：指令寄存器置于TDI和TDO之间的扫描路径，指令数据在每个TCK周期内串行移位。
• Exit1 - IR, Exit2 - IR：结束指令寄存器扫描的临时状态。
• Pause - IR：暂停和恢复指令寄存器扫描操作，不丢失数据。
• Update - IR：当前指令在此状态下更新并生效。

寄存器概述

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，包括操作模式、测试操作、要选择的数据寄存器以及在Capture - DR期间要捕获到所选数据寄存器的数据来源。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：44位，用于存储要应用到设备输出引脚的测试数据，或捕获正常片上逻辑输出和设备输入引脚处的数据。
• 边界控制寄存器（BCR）：3位，用于实现基本SCOPE指令集未包含的额外测试操作，如PRPG、PSA和二进制计数。
• 旁路寄存器：1位扫描路径，可缩短系统扫描路径的长度。
• 设备识别寄存器（IDR）：32位，可用于识别设备的制造商、部件号和版本。

指令操作

边界扫描（EXTEST）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的EXTEST指令，选择BSR进行扫描，捕获设备输入和I/O引脚处的数据，并将扫描到的数据应用到相应的引脚。

识别读取（IDCODE）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的IDCODE指令，选择IDR进行扫描，设备处于正常模式。

采样边界（SAMPLE/PRELOAD）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的SAMPLE/PRELOAD指令，选择BSR进行扫描，捕获设备输入引脚和输入模式下I/O引脚处的数据，以及正常片上逻辑输出的数据。

旁路扫描（BYPASS）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的BYPASS指令，选择旁路寄存器进行扫描，在Capture - DR期间捕获逻辑0值。

控制边界到高阻抗（HIGHZ）

符合IEEE标准1149.1a - 1993的HIGHZ指令，选择旁路寄存器进行扫描，设备处于修改后的测试模式，所有设备I/O引脚置于高阻抗状态。

控制边界到1/0（CLAMP）

符合IEEE标准1149.1a - 1993的CLAMP指令，选择旁路寄存器进行扫描，将输入BSC中的数据应用到正常片上逻辑的输入，将输出模式下I/O BSC中的数据应用到设备I/O引脚。

边界运行测试（RUNT）

选择旁路寄存器进行扫描，在Run - Test/Idle期间执行BCR中指定的测试操作，包括采样输入/切换输出（TOPSIP）、PRPG、PSA、同时进行PSA和PRPG（PSA/PRPG）以及同时进行PSA和二进制计数（PSA/COUNT）。

边界读取（READBN, READBT）

选择BSR进行扫描，在Capture - DR期间BSR中的值保持不变，用于检查PSA操作后的数据。

边界自检（CELLTST）

选择BSR进行扫描，所有BSC在Capture - DR期间捕获其当前值的反值，以验证BSR的移位寄存器和影子锁存器元素的完整性。

边界切换输出（TOPHIP）

选择旁路寄存器进行扫描，在Run - Test/Idle期间，所选输出模式BSC的移位寄存器元素中的数据在每个TCK上升沿切换，更新到影子锁存器，并在每个TCK下降沿应用到相关设备I/O引脚。

边界控制寄存器扫描（SCANCN, SCANCT）

选择BCR进行扫描，在Capture - DR期间BCR中的值保持不变，必须在边界运行测试操作之前执行此操作，以指定要执行的测试操作。

边界控制寄存器操作

采样输入/切换输出（TOPSIP）

在每个TCK上升沿，捕获所选设备输入模式I/O引脚处的数据到相关BSC的移位寄存器元素中，所选输出模式BSC的移位寄存器元素中的数据在每个TCK上升沿切换，更新到影子锁存器，并在每个TCK下降沿应用到相关设备I/O引脚。

伪随机模式生成（PRPG）

在每个TCK上升沿，在所选BSC的移位寄存器元素中生成伪随机模式，更新到影子锁存器，并在每个TCK下降沿应用到相关设备输出模式I/O引脚。

并行签名分析（PSA）

在每个TCK上升沿，将所选设备输入模式I/O引脚处的数据压缩成36位并行签名到所选BSC的移位寄存器元素中，所选输出模式BSC的影子锁存器中的数据保持不变并应用到相关设备I/O引脚。

同时进行PSA和PRPG（PSA/PRPG）

在每个TCK上升沿，将所选设备输入模式I/O引脚处的数据压缩成18位并行签名到所选输入模式BSC的移位寄存器元素中，同时在所选输出模式BSC的移位寄存器元素中生成18位伪随机模式，更新到影子锁存器，并在每个TCK下降沿应用到相关设备I/O引脚。

同时进行PSA和二进制计数（PSA/COUNT）

在每个TCK上升沿，将所选设备输入模式I/O引脚处的数据压缩成18位并行签名到所选输入模式BSC的移位寄存器元素中，同时在所选输出模式BSC的移位寄存器元素中生成18位二进制计数模式，更新到影子锁存器，并在每个TCK下降沿应用到相关设备I/O引脚。

时序描述

所有测试操作都与TCK同步，TDI、TMS和正常功能输入的数据在TCK上升沿捕获，TDO和正常功能输出引脚的数据在TCK下降沿出现。

电气特性和参数

绝对最大额定值

• 电源电压范围：-0.5 V至7 V
• 输入电压范围：除I/O端口外为-0.5 V至7 V，I/O端口为-0.5 V至5.5 V
• 输出高电平或断电状态下的电压范围：-0.5 V至5.5 V
• 低电平输出电流：SN54ABT18640为96 mA，SN74ABT18640为128 mA

推荐工作条件

• 电源电压：4.5 V至5.5 V
• 高电平输入电压：≥2 V
• 低电平输入电压：≤0.8 V
• 输入电压：0至VCC
• 高电平输出电流：SN54ABT18640≤ - 24 mA，SN74ABT18640≤ - 32 mA
• 低电平输出电流：SN54ABT18640≤48 mA，SN74ABT18640≤64 mA
• 输入转换上升或下降速率：≤10 ns/V
• 工作自由空气温度：SN54ABT18640为 - 55°C至125°C，SN74ABT18640为 - 40°C至85°C

电气特性

包括输入钳位电流、输出高电平电压、输出低电平电压、输入电流、输出高阻态电流等参数。

时序要求

• 时钟频率：0至50 MHz
• 脉冲持续时间：TCK高或低≥8.1 ns
• 建立时间：A、B、DIR或OE在TCK上升沿之前≥9.5 ns（SN54ABT18640），≥7 ns（SN74ABT18640）；TDI在TCK上升沿之前≥4.5 ns；TMS在TCK上升沿之前≥3.6 ns
• 保持时间：A、B、DIR或OE在TCK上升沿之后≥0.7 ns（SN54ABT18640），≥0 ns（SN74ABT18640）；TDI在TCK上升沿之后≥0 ns；TMS在TCK上升沿之后≥0.5 ns
• 延迟时间：上电到TCK上升沿≥50 ns
• 上升时间：VCC上电≥1 µs

开关特性

包括正常模式和测试模式下的传播延迟、上升时间、下降时间等参数。

总结

SN54ABT18640和SN74ABT18640扫描测试设备为电子工程师提供了强大的测试功能，其支持的IEEE标准边界扫描和丰富的指令集使得复杂电路板的测试变得更加高效和可靠。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的指令和操作模式，同时要注意设备的电气特性和时序要求，以确保设备的正常运行。你在使用这类测试设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。