深入剖析 SN54BCT8245A 和 SN74BCT8245A 掃描測(cè)試設(shè)備

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，測(cè)試設(shè)備的性能和功能對(duì)于確保電路的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的 SN54BCT8245A 和 SN74BCT8245A 掃描測(cè)試設(shè)備，這兩款設(shè)備在邊界掃描測(cè)試方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

SN54BCT8245A 和 SN74BCT8245A 是德州儀器 SCOPE? 可測(cè)試性集成電路家族的成員，它們集成了八進(jìn)制總線(xiàn)收發(fā)器，旨在支持 IEEE Standard 1149.1 - 1990 邊界掃描，從而方便對(duì)復(fù)雜電路板組件進(jìn)行測(cè)試。

特點(diǎn)

• 功能等效性：在正常工作模式下，它們的功能與 ’F245 和 ’BCT245 八進(jìn)制總線(xiàn)收發(fā)器等效。
• 兼容性：完全兼容 IEEE Standard 1149.1 - 1990（JTAG）測(cè)試訪(fǎng)問(wèn)端口和邊界掃描架構(gòu)。
• 測(cè)試同步性：測(cè)試操作與測(cè)試訪(fǎng)問(wèn)端口（TAP）同步，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
• 可選測(cè)試復(fù)位信號(hào)：通過(guò)識(shí)別 TMS 引腳的雙高電平電壓（10V）來(lái)實(shí)現(xiàn)可選的測(cè)試復(fù)位信號(hào)。
• 豐富的指令集：支持 IEEE Standard 1149.1 - 1990 所需的指令，以及可選的 INTEST、CLAMP 和 HIGHZ 指令。
• 多種測(cè)試功能：包括并行簽名分析（PSA）、偽隨機(jī)模式生成（PRPG）、樣本輸入/輸出切換等。
• 多種封裝選項(xiàng)：提供塑料小外形（DW）封裝、陶瓷芯片載體（FK）以及標(biāo)準(zhǔn)塑料和陶瓷 300 - mil DIPs（JT, NT）封裝。

工作溫度范圍

• SN54BCT8245A：適用于 -55°C 至 125°C 的全軍事溫度范圍。
• SN74BCT8245A：適用于 0°C 至 70°C 的溫度范圍。

引腳和功能

引腳配置

兩款設(shè)備的引腳配置根據(jù)不同封裝有所不同，但主要引腳功能保持一致。以 DW、JT 和 NT 封裝為例，主要引腳包括：

• A1 - A8 和 B1 - B8：A 總線(xiàn)和 B 總線(xiàn)的 I/O 端口，未連接時(shí)內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平。
• DIR：正常功能方向控制輸入，未連接時(shí)內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平。
• OE：正常功能輸出使能輸入，未連接時(shí)內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平。
• TCK：測(cè)試時(shí)鐘，所有測(cè)試操作與 TCK 同步，未連接時(shí)內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平。
• TDI：測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，用于將數(shù)據(jù)串行移入指令寄存器或選定的數(shù)據(jù)寄存器，未連接時(shí)內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平。
• TDO：測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，用于將數(shù)據(jù)從指令寄存器或選定的數(shù)據(jù)寄存器串行移出，未激活且無(wú)外部驅(qū)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平。
• TMS：測(cè)試模式選擇，用于控制 TAP 控制器的狀態(tài)，未連接時(shí)內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉至高電平，還可通過(guò)識(shí)別雙高電平（V IHH）提供可選的測(cè)試復(fù)位信號(hào)。
• VCC：電源電壓。

正常模式功能表

從這個(gè)功能表中，我們可以清晰地看到 OE 和 DIR 引腳的不同組合如何控制數(shù)據(jù)的傳輸方向，這在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中非常重要。你是否在自己的設(shè)計(jì)中也經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)數(shù)據(jù)傳輸方向進(jìn)行控制的需求呢？

測(cè)試架構(gòu)和狀態(tài)機(jī)

測(cè)試架構(gòu)

設(shè)備通過(guò)符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 4 線(xiàn)測(cè)試總線(xiàn)（TAP）傳輸串行測(cè)試信息，包括測(cè)試指令、測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試控制信號(hào)。TAP 控制器監(jiān)控 TCK 和 TMS 信號(hào)，從中提取同步和狀態(tài)控制信號(hào)，并為設(shè)備中的測(cè)試結(jié)構(gòu)生成適當(dāng)?shù)钠峡刂菩盘?hào)。

TAP 控制器狀態(tài)機(jī)

TAP 控制器是一個(gè)同步有限狀態(tài)機(jī)，共有 16 個(gè)狀態(tài)，包括 6 個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和 10 個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)。主要有兩條路徑：一條用于訪(fǎng)問(wèn)和控制選定的數(shù)據(jù)寄存器，另一條用于訪(fǎng)問(wèn)和控制指令寄存器，且一次只能訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)寄存器。

主要狀態(tài)及功能

• Test - Logic - Reset：設(shè)備上電時(shí)處于此狀態(tài)，測(cè)試邏輯被復(fù)位并禁用，設(shè)備執(zhí)行正常邏輯功能。對(duì)于 ’BCT8245A，指令寄存器復(fù)位為二進(jìn)制值 11111111，選擇 BYPASS 指令；邊界控制寄存器復(fù)位為二進(jìn)制值 10，選擇 PSA 測(cè)試操作。
• Run - Test/Idle：執(zhí)行任何測(cè)試操作前，TAP 控制器必須經(jīng)過(guò)此狀態(tài)。在此狀態(tài)下，測(cè)試邏輯可以處于活動(dòng)測(cè)試狀態(tài)或空閑狀態(tài)，邊界控制寄存器選擇的測(cè)試操作將在此狀態(tài)下執(zhí)行。
• Capture - DR：選擇數(shù)據(jù)寄存器掃描時(shí)，TAP 控制器必須經(jīng)過(guò)此狀態(tài)，選定的數(shù)據(jù)寄存器會(huì)根據(jù)當(dāng)前指令捕獲數(shù)據(jù)值。
• Shift - DR：進(jìn)入此狀態(tài)后，數(shù)據(jù)寄存器被置于 TDI 和 TDO 之間的掃描路徑中，數(shù)據(jù)在每個(gè) TCK 周期內(nèi)串行移位。
• Update - DR：如果當(dāng)前指令要求用當(dāng)前數(shù)據(jù)更新選定的數(shù)據(jù)寄存器，則在進(jìn)入此狀態(tài)后的 TCK 下降沿執(zhí)行更新操作。
• Capture - IR：選擇指令寄存器掃描時(shí)，TAP 控制器必須經(jīng)過(guò)此狀態(tài)，指令寄存器捕獲當(dāng)前狀態(tài)值。對(duì)于 ’BCT8245A，捕獲的狀態(tài)值為固定二進(jìn)制值 10000001。
• Shift - IR：進(jìn)入此狀態(tài)后，指令寄存器被置于 TDI 和 TDO 之間的掃描路徑中，指令數(shù)據(jù)在每個(gè) TCK 周期內(nèi)串行移位。
• Update - IR：進(jìn)入此狀態(tài)后的 TCK 下降沿，當(dāng)前指令被更新并生效。

寄存器概述

指令寄存器（IR）

• 長(zhǎng)度為 8 位，用于告訴設(shè)備要執(zhí)行的指令，包括操作模式（正常模式或測(cè)試模式）、要執(zhí)行的測(cè)試操作、數(shù)據(jù)寄存器掃描時(shí)要選擇的三個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中的哪一個(gè)，以及 Capture - DR 期間要捕獲到選定數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)來(lái)源。
• 在 Capture - IR 期間，IR 捕獲二進(jìn)制值 10000001；在 Update - IR 期間，移位到 IR 中的值被加載到影子鎖存器中，當(dāng)前指令更新并生效。上電或處于 Test - Logic - Reset 狀態(tài)時(shí)，IR 復(fù)位為二進(jìn)制值 11111111，選擇 BYPASS 指令。

數(shù)據(jù)寄存器

邊界掃描寄存器（BSR）

• 長(zhǎng)度為 18 位，包含每個(gè)正常功能輸入引腳和輸出引腳的一個(gè)邊界掃描單元（BSC）。
• 用于存儲(chǔ)要應(yīng)用到正常片上邏輯輸入和/或設(shè)備輸出端子的測(cè)試數(shù)據(jù)，以及捕獲正常片上邏輯輸出和/或設(shè)備輸入端子出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。
• BSR 的掃描順序是從 TDI 經(jīng)過(guò)位 17 - 0 到 TDO，其內(nèi)容在 Capture - DR 期間的捕獲源由當(dāng)前指令決定，在 Run - Test/Idle 期間可能會(huì)根據(jù)當(dāng)前指令改變，在 Test - Logic - Reset 狀態(tài)下不變。

邊界控制寄存器（BCR）

• 長(zhǎng)度為 2 位，用于在 RUNT 指令的上下文中實(shí)現(xiàn)基本 SCOPE? 指令集未包含的附加測(cè)試操作，如 PRPG 和 PSA。
• 在 Capture - DR 期間，BCR 的內(nèi)容不變；上電或處于 Test - Logic - Reset 狀態(tài)時(shí)，BCR 復(fù)位為二進(jìn)制值 10，選擇 PSA 測(cè)試操作。

旁路寄存器

• 為 1 位掃描路徑，可選擇以縮短系統(tǒng)掃描路徑的長(zhǎng)度，從而減少完成測(cè)試操作所需應(yīng)用的每個(gè)測(cè)試模式的位數(shù)。
• 在 Capture - DR 期間，旁路寄存器捕獲邏輯 0。

指令和測(cè)試操作

指令寄存器操作碼

設(shè)備支持多種指令，不同指令對(duì)應(yīng)不同的操作和功能，以下是部分常見(jiàn)指令的介紹：

• Boundary scan（EXTEST/INTEST）：符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 EXTEST 和 INTEST 指令，選擇 BSR 進(jìn)入掃描路徑，設(shè)備工作在測(cè)試模式，輸入 BSCs 捕獲設(shè)備輸入端子的數(shù)據(jù)，輸出 BSCs 捕獲正常片上邏輯輸出的數(shù)據(jù)，掃描到輸入 BSCs 的數(shù)據(jù)應(yīng)用到正常片上邏輯輸入，掃描到輸出 BSCs 的數(shù)據(jù)應(yīng)用到設(shè)備輸出端子。
• Bypass scan（BYPASS）：符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 BYPASS 指令，選擇旁路寄存器進(jìn)入掃描路徑，Capture - DR 期間旁路寄存器捕獲邏輯 0，設(shè)備工作在正常模式。
• Sample boundary（SAMPLE/PRELOAD）：符合 IEEE Standard 1149.1 - 1990 的 SAMPLE/PRELOAD 指令，選擇 BSR 進(jìn)入掃描路徑，設(shè)備工作在正常模式，輸入 BSCs 和輸出 BSCs 分別捕獲設(shè)備輸入端子和正常片上邏輯輸出的數(shù)據(jù)。
• Control boundary to high impedance（HIGHZ）：符合 IEEE Standard 1149.1a - 1993 的 HIGHZ 指令，選擇旁路寄存器進(jìn)入掃描路徑，Capture - DR 期間旁路寄存器捕獲邏輯 0，設(shè)備工作在修改后的測(cè)試模式，所有設(shè)備輸出端子置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，輸入端子保持正常工作，正常片上邏輯功能正常執(zhí)行。
• Control boundary to 1/0（CLAMP）：符合 IEEE Standard 1149.1a - 1993 的 CLAMP 指令，選擇旁路寄存器進(jìn)入掃描路徑，Capture - DR 期間旁路寄存器捕獲邏輯 0，設(shè)備工作在測(cè)試模式，輸入 BSCs 的數(shù)據(jù)應(yīng)用到正常片上邏輯輸入，輸出 BSCs 的數(shù)據(jù)應(yīng)用到設(shè)備輸出端子。

邊界控制寄存器操作碼

BCR 操作碼根據(jù) BCR 位 1 - 0 解碼，不同的操作碼對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試操作：

• Sample inputs/toggle outputs（TOPSIP）：在每個(gè) TCK 上升沿，設(shè)備輸入端子的數(shù)據(jù)被捕獲到輸入 BSCs 的移位寄存器元素中，然后更新到輸入 BSCs 的影子鎖存器并應(yīng)用到正常片上邏輯輸入；輸出 BSCs 的移位寄存器元素中的數(shù)據(jù)在每個(gè) TCK 上升沿翻轉(zhuǎn)，更新到影子鎖存器并應(yīng)用到設(shè)備輸出端子。
• Pseudo - random pattern generation（PRPG）：在每個(gè) TCK 上升沿，BSCs 的移位寄存器元素中生成偽隨機(jī)模式，然后更新到影子鎖存器并應(yīng)用到設(shè)備輸出端子，同時(shí)也更新到輸入 BSCs 的影子鎖存器并應(yīng)用到正常片上邏輯輸入。在執(zhí)行此操作前，應(yīng)將初始種子值掃描到 BSR 中，全零種子值不會(huì)產(chǎn)生額外模式。
• Parallel - signature analysis（PSA）：在每個(gè) TCK 上升沿，設(shè)備輸入端子的數(shù)據(jù)被壓縮成 16 位并行簽名，存儲(chǔ)在 BSCs 的移位寄存器元素中，然后更新到輸入 BSCs 的影子鎖存器并應(yīng)用到正常片上邏輯輸入，輸出 BSCs 的影子鎖存器中的數(shù)據(jù)保持不變并應(yīng)用到設(shè)備輸出。執(zhí)行此操作前也需將初始種子值掃描到 BSR 中。
• Simultaneous PSA and PRPG（PSA/PRPG）：在每個(gè) TCK 上升沿，設(shè)備輸入端子的數(shù)據(jù)被壓縮成 8 位并行簽名，存儲(chǔ)在輸入 BSCs 的移位寄存器元素中，更新到影子鎖存器并應(yīng)用到正常片上邏輯輸入；同時(shí)，在每個(gè) TCK 上升沿，輸出 BSCs 的移位寄存器元素中生成 8 位偽隨機(jī)模式，更新到影子鎖存器并應(yīng)用到設(shè)備輸出端子。同樣，執(zhí)行此操作前需將初始種子值掃描到 BSR 中，全零種子值不會(huì)產(chǎn)生額外模式。

電氣和時(shí)序特性

絕對(duì)最大額定值

在操作過(guò)程中，需要注意設(shè)備的絕對(duì)最大額定值，如輸入電壓范圍、輸入鉗位電流、輸出電流、最大功耗、存儲(chǔ)溫度范圍等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞，影響設(shè)備的可靠性。

推薦操作條件

時(shí)序要求

所有測(cè)試操作與 TCK 同步，TDI、TMS 和正常功能輸入的數(shù)據(jù)在 TCK 上升沿捕獲，TDO 和正常功能輸出端子的數(shù)據(jù)在 TCK 下降沿出現(xiàn)。TAP 控制器通過(guò)在 TCK 下降沿改變 TMS 的值，然后在 TCK 上升沿推進(jìn)其狀態(tài)。

開(kāi)關(guān)特性

設(shè)備的開(kāi)關(guān)特性包括時(shí)鐘頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間、建立時(shí)間、保持時(shí)間、延遲時(shí)間等，在不同的工作模式（正常模式和測(cè)試模式）下有不同的參數(shù)要求。例如，在測(cè)試模式下，時(shí)鐘頻率最大為 20 MHz，不同輸入輸出之間的傳播延遲時(shí)間也有相應(yīng)的規(guī)定。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否會(huì)特別關(guān)注這些開(kāi)關(guān)特性對(duì)電路性能的影響呢？

封裝和物料信息

封裝選項(xiàng)