SN54ABT8543与SN74ABT8543扫描测试设备：设计与应用深度解析

在电子设计领域，测试设备的性能与功能对于确保电路的稳定性和可靠性至关重要。今天，我们来深入探讨TI公司的SN54ABT8543和SN74ABT8543扫描测试设备，这两款产品在边界扫描测试方面有着出色的表现。

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产品概述

SN54ABT8543和SN74ABT8543是TI公司SCOPE可测试性集成电路家族的成员，兼容IEEE标准1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构。在正常模式下，它们与’F543和’ABT543八进制寄存器总线收发器功能等效。这两款产品采用了先进的EPIC - ΙΙB BiCMOS设计，显著降低了功耗，并且提供多种封装选项，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）。其中，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。

工作模式

正常模式

在正常模式下，数据流向由锁存使能（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的数据流向为例，当LEAB和CEAB都为低电平时，设备工作在透明模式；当LEAB或CEAB为高电平时，A数据被锁存。当OEAB和CEAB都为低电平时，B输出有效；当OEAB或CEAB为高电平时，B输出处于高阻态。B到A的数据流向控制与之类似。

测试模式

在测试模式下，SCOPE寄存器总线收发器的正常操作被抑制，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，分别是测试数据输入（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）。

测试架构

测试信息通过符合IEEE标准1149.1 - 1990的4线测试总线或测试访问端口（TAP）进行传输。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适当的片上控制信号。设备包含一个8位指令寄存器和三个测试数据寄存器，分别是40位边界扫描寄存器、11位边界控制寄存器和1位旁路寄存器。

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，分别用于访问和控制所选数据寄存器以及访问和控制指令寄存器。

• 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。指令寄存器被复位为二进制值11111111，选择BYPASS指令。
• Run - Test/Idle：在执行任何测试操作之前，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。
• Select - DR - Scan和Select - lR - Scan：这两个状态用于选择数据寄存器扫描或指令寄存器扫描，不执行特定功能。
• Capture - DR和Capture - IR：分别用于在数据寄存器扫描和指令寄存器扫描时捕获数据。
• Shift - DR和Shift - IR：在这两个状态下，数据寄存器或指令寄存器被置于TDI和TDO之间的扫描路径，数据进行串行移位。
• Exit1 - DR、Exit2 - DR、Exit1 - IR和Exit2 - IR：这些临时状态用于结束数据寄存器或指令寄存器扫描。
• Pause - DR和Pause - IR：稳定状态，可暂停和恢复数据寄存器或指令寄存器扫描操作，不丢失数据。
• Update - DR和Update - IR：分别用于更新所选数据寄存器或指令寄存器的内容。

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，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。在Capture - IR期间，IR捕获二进制值10000001；在Update - IR期间，移入IR的值被加载到影子锁存器中，当前指令更新并生效。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：40位长，用于存储要应用到正常片上逻辑输入和/或设备输出引脚的测试数据，以及捕获正常片上逻辑输出和/或设备输入引脚的数据。在Capture - DR期间，捕获的数据来源由当前指令确定。上电或处于Test - Logic - Reset状态时，每个边界扫描单元（BSC）的值被复位为逻辑0。
• 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、带输入掩码的PSA和二进制计数（COUNT）。
• 旁路寄存器：1位扫描路径，可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。

指令操作

边界扫描（Boundary Scan）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的EXTEST和INTEST指令，选择BSR进行扫描，设备工作在测试模式。

旁路扫描（Bypass Scan）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的BYPASS指令，选择旁路寄存器进行扫描，设备工作在正常模式。

采样边界（Sample Boundary）

符合IEEE标准1149.1 - 1990的SAMPLE/PRELOAD指令，选择BSR进行扫描，设备工作在正常模式。

控制边界到高阻抗（Control Boundary to High Impedance）

符合IEEE标准1149.1a - 1993的HIGHZ指令，选择旁路寄存器进行扫描，设备工作在修改后的测试模式，所有设备I/O引脚处于高阻态。

控制边界到1/0（Control Boundary to 1/0）

符合IEEE标准1149.1a - 1993的CLAMP指令，选择旁路寄存器进行扫描，设备工作在测试模式。

边界运行测试（Boundary Run Test）

选择旁路寄存器进行扫描，设备工作在测试模式，执行BCR中指定的测试操作。

边界读取（Boundary Read）

选择BSR进行扫描，用于检查PSA操作后的数据。

边界自测试（Boundary Self Test）

选择BSR进行扫描，所有BSC捕获其当前值的反值，设备工作在正常模式。

边界切换输出（Boundary Toggle Outputs）

选择旁路寄存器进行扫描，设备工作在测试模式，所选输出BSC的移位寄存器元素中的数据在Run - Test/Idle状态下的每个TCK上升沿进行切换。

边界控制寄存器扫描（Boundary - Control - Register Scan）

选择BCR进行扫描，在执行边界运行测试操作之前必须执行此操作，以指定要执行的测试操作。

边界控制寄存器指令

BCR指令根据BCR位2 - 0进行解码，主要包括以下几种测试操作：

• 采样输入/切换输出（TOPSIP）：在每个TCK上升沿捕获所选设备输入引脚的数据，并更新到所选输入BSC的影子锁存器中；所选输出BSC的移位寄存器元素中的数据在每个TCK上升沿进行切换。
• 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，并更新到影子锁存器中，应用到相关设备输出引脚。
• 并行签名分析（PSA）：在每个TCK上升沿将所选设备输入引脚的数据压缩成16位并行签名，并更新到所选输入BSC的影子锁存器中。
• 同时进行PSA和PRPG（PSA/PRPG）：在每个TCK上升沿，所选输入BSC的移位寄存器元素中将所选设备输入引脚的数据压缩成8位并行签名，同时在所选输出BSC的移位寄存器元素中生成8位伪随机模式。
• 同时进行PSA和二进制计数（PSA/COUNT）：在每个TCK上升沿，所选输入BSC的移位寄存器元素中将所选设备输入引脚的数据压缩成8位并行签名，同时在所选输出BSC的移位寄存器元素中生成8位二进制计数模式。

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。TAP控制器通过在TCK下降沿改变TMS的值，然后施加TCK上升沿来推进其状态。

电气特性与参数

绝对最大额定值

包括电源电压范围（ - 0.5V至7V）、输出电压范围（ - 0.5V至5.5V）、输入钳位电流（ - 18mA）等。

推荐工作条件

SN54ABT8543和SN74ABT8543的电源电压范围为4.5V至5.5V，不同输入输出的电压、电流等参数也有相应要求。

电气特性

涵盖输入输出电压、电流、电容等多个参数，不同温度和条件下有不同的取值范围。

时序要求

正常模式和测试模式下，对脉冲持续时间、建立时间、保持时间等时序参数有明确要求。

开关特性

正常模式和测试模式下，对不同输入输出之间的信号转换时间有相应规定。

封装信息

提供多种封装选项，包括LCCC（FK）、SSOP（DL）和SOIC（DW），不同封装的引脚数量、包装数量、环保计划、引脚镀层/球材料、MSL峰值温度、工作温度、器件标记等信息各不相同。

SN54ABT8543和SN74ABT8543扫描测试设备凭借其丰富的功能、先进的设计和严格的电气特性，为电子工程师在电路测试和验证方面提供了强大的支持。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求和环境条件，合理选择封装和工作模式，以确保设备的性能和可靠性。你在使用这类测试设备时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。