深入解析 SN54ABT8543 與 SN74ABT8543 掃描測試設備

在電子設計領域，測試設備對于確保電路的可靠性和性能至關重要。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的 SN54ABT8543 和 SN74ABT8543 掃描測試設備，這兩款設備在邊界掃描測試方面具有顯著的優勢。

文件下載：SN74ABT8543DW.pdf

一、產品概述

SN54ABT8543 和 SN74ABT8543 是德州儀器 SCOPE? 可測試性集成電路家族的成員，與 IEEE 標準 1149.1 - 1990（JTAG）測試訪問端口和邊界掃描架構兼容。在正常功能模式下，它們在功能上等同于 ’F543 和 ’ABT543 八進制寄存器總線收發器。

這兩款設備采用了先進的 EPIC - ΙΙB? BiCMOS 設計，顯著降低了功耗。同時，它們提供了多種封裝選項，包括塑料小外形（DW）、收縮小外形（DL）封裝、陶瓷芯片載體（FK）和標準陶瓷雙列直插式封裝（JT），以滿足不同的應用需求。

二、工作模式及控制機制

正常模式

在正常模式下，數據在 A 到 B 以及 B 到 A 兩個方向的流動由鎖存使能（LEAB 和 LEBA）、芯片使能（CEAB 和 CEBA）和輸出使能（OEAB 和 OEBA）輸入控制。以 A 到 B 數據流動為例，當 LEAB 和 CEAB 都為低電平時，設備工作在透明模式；當其中任何一個為高電平時，A 數據被鎖存。只有當 OEAB 和 CEAB 都為低電平時，B 輸出才有效；否則，B 輸出處于高阻抗狀態。B 到 A 的數據流動控制機制與此類似，但使用 LEBA、CEBA 和 OEBA。

測試模式

當進入測試模式時，SCOPE? 寄存器總線收發器的正常操作被禁止，測試電路被啟用，用于觀察和控制設備的 I/O 邊界。測試電路通過四個專用測試引腳進行控制：測試數據輸入（TDI）、測試數據輸出（TDO）、測試模式選擇（TMS）和測試時鐘（TCK）。此外，測試電路還能執行其他測試功能，如對數據輸入進行并行簽名分析（PSA）和從數據輸出生成偽隨機模式（PRPG）。所有的測試和掃描操作都與測試訪問端口（TAP）接口同步。

三、測試架構與 TAP 控制器

測試信息通過符合 IEEE 標準 1149.1 - 1990 的 4 線測試總線（TAP）進行傳輸，包括測試指令、測試數據和測試控制信號。TAP 控制器監控來自測試總線的 TCK 和 TMS 信號，并從中提取同步信號（TCK）和狀態控制信號（TMS），為設備中的測試結構生成適當的片上控制信號。

TAP 控制器是一個同步有限狀態機，共有 16 個狀態，包括 6 個穩定狀態和 10 個不穩定狀態。它有兩條主要路徑，分別用于訪問和控制選定的數據寄存器和指令寄存器，且一次只能訪問一個寄存器。

設備在上電時處于測試邏輯復位（Test - Logic - Reset）狀態，在此狀態下，測試邏輯被復位并禁用，設備執行正常邏輯功能。指令寄存器被重置為選擇可選的 IDCODE 指令（如果支持）或 BYPASS 指令的操作碼，某些數據寄存器也會被重置為其上電值。

四、寄存器介紹

指令寄存器（IR）

指令寄存器為 8 位長，用于告訴設備要執行的指令。指令包含的信息包括操作模式（正常模式或測試模式）、要執行的測試操作、在數據寄存器掃描期間要選擇的三個數據寄存器中的哪一個以及在 Capture - DR 期間要捕獲到所選數據寄存器的數據來源。

數據寄存器

• 邊界掃描寄存器（BSR）：長度為 40 位，每個正常功能輸入引腳有一個邊界掃描單元（BSC），每個正常功能 I/O 引腳有兩個 BSC（一個用于輸入數據，一個用于輸出數據），每個內部解碼的輸出使能信號（OEA 和 OEB）也有一個 BSC。它用于存儲要內部應用到正常片上邏輯輸入和/或外部應用到設備輸出引腳的測試數據，以及捕獲在正常片上邏輯輸出和/或設備輸入引腳上出現的數據。
• 邊界控制寄存器（BCR）：11 位長，用于在 RUNT 指令的上下文中實現基本 SCOPE? 指令集未包含的額外測試操作，如 PRPG、帶輸入屏蔽的 PSA 和二進制遞增計數（COUNT）。
• 旁路寄存器：1 位掃描路徑，可用于縮短系統掃描路徑的長度，從而減少完成測試操作所需施加的每個測試模式的位數。在 Capture - DR 期間，旁路寄存器捕獲邏輯 0。

五、指令與操作

指令寄存器操作碼

設備支持多種指令，如邊界掃描（EXTEST/INTEST）、旁路掃描（BYPASS）、采樣邊界（SAMPLE/PRELOAD）等，每種指令都有其特定的功能和操作模式。

邊界控制寄存器操作碼

BCR 操作碼通過 BCR 位 2 - 0 進行解碼，對應不同的測試操作，如采樣輸入/切換輸出（TOPSIP）、偽隨機模式生成（PRPG）、并行簽名分析（PSA）等。這些操作在執行 RUNT 指令的 Run - Test/Idle 狀態期間進行。

六、技術參數與應用注意事項

電氣特性與推薦條件

兩款設備在不同的電源電壓、輸入輸出電壓、電流和溫度范圍內有明確的電氣特性。例如，SN54ABT8543 適用于 - 55°C 至 125°C 的全軍事溫度范圍，而 SN74ABT8543 適用于 - 40°C 至 85°C 的溫度范圍。

封裝與材料

設備提供多種封裝選項，每種封裝都有其特定的尺寸、引腳數量、包裝數量、環保計劃、引腳鍍層/球材料、濕度靈敏度等級、峰值溫度和設備標記等信息。在選擇封裝時，需要根據具體的應用環境和要求進行考慮。

設計與應用建議

在設計電路時，必須注意未使用的引腳（輸入或 I/O）必須保持高電平或低電平，以防止它們浮空。同時，要根據設備的電氣特性和推薦的工作條件來設計電源、時鐘和其他相關電路。

綜上所述，SN54ABT8543 和 SN74ABT8543 掃描測試設備為電子工程師提供了一種強大的工具，用于測試和驗證復雜電路板組件的功能和可靠性。通過深入了解其工作原理、寄存器結構和指令集，工程師可以更好地利用這些設備來優化設計和提高產品質量。你在使用這類測試設備時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享。