3.3-V ABT掃描測試設備：SN54/74LVTH18504A與SN54/74LVTH182504A深度解析

在電子設備的設計與測試領域，邊界掃描技術是確保復雜電路板組件可測試性的關鍵。德州儀器（TI）的SN54LVTH18504A、SN54LVTH182504A、SN74LVTH18504A和SN74LVTH182504A這幾款3.3-V ABT掃描測試設備，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了工程師們在設計中常用的選擇。

文件下載：SN74LVTH182504APM.pdf

產品概述

這幾款設備是TI SCOPE可測試性集成電路家族的成員，同時也屬于Widebus系列。它們支持IEEE Std 1149.1 - 1990邊界掃描標準，通過4線測試訪問端口（TAP）接口實現對測試電路的掃描訪問，極大地方便了復雜電路板組件的測試工作。

核心特性

1. 混合模式信號操作：采用先進的3.3-V ABT設計，支持混合模式信號操作，能夠在3.3-V VCC的情況下實現5-V的輸入和輸出電壓，為不同電壓系統之間的接口提供了便利。
2. 寬電壓范圍支持：支持低至2.7 V的非穩壓電池操作，增強了設備在不同電源環境下的適應性。
3. 通用總線收發器（UBT）：結合了D型鎖存器和D型觸發器，可在透明、鎖存或時鐘模式下工作，滿足多樣化的數據傳輸需求。
4. 總線保持功能：數據輸入上的總線保持電路消除了對外部上拉/下拉電阻的需求，簡化了電路設計。
5. 內置電阻：’LVTH182504A設備的B端口輸出具有等效的25-Ω串聯電阻，無需外部電阻，進一步減少了電路板的元件數量。
6. JTAG兼容性：與IEEE Std 1149.1 - 1990（JTAG）測試訪問端口和邊界掃描架構兼容，方便進行標準化的測試操作。
7. 豐富的指令集：支持SCOPE指令集，包括IEEE Std 1149.1 - 1990所需的指令以及可選的CLAMP和HIGHZ指令，還具備并行簽名分析、偽隨機模式生成等功能。

工作模式

正常模式

在正常模式下，這些設備作為20位通用總線收發器工作。數據流向由輸出使能（(OEAB)和(OEBA)）、鎖存使能（(LEAB)和(LEBA)）、時鐘使能（(CLKENAB)和(CLKENBA)）和時鐘（(CLKAB)和(CLKBA)）輸入控制。以A到B的數據流向為例，當(LEAB)為高電平時，設備工作在透明模式；當(LEAB)為低電平時，根據(CLKENAB)和(CLKAB)的狀態，A總線數據可以被鎖存或存儲。當(OEAB)為低電平時，B輸出有效；當(OEAB)為高電平時，B輸出處于高阻抗狀態。B到A的數據流向與此類似。

測試模式

在測試模式下，設備的正常操作被禁止，測試電路被啟用，用于觀察和控制設備的I/O邊界。測試電路根據IEEE Std 1149.1 - 1990協議執行邊界掃描測試操作。四個專用測試引腳（(TDI)、(TDO)、(TMS)和(TCK)）用于觀察和控制測試電路的操作，同時還具備并行簽名分析（PSA）和偽隨機模式生成（PRPG）等測試功能。

測試架構與狀態機

測試架構

設備的串行測試信息通過符合IEEE Std 1149.1 - 1990的4線測試總線（TAP）傳輸。TAP控制器監控(TCK)和(TMS)信號，從中提取同步和狀態控制信號，并為設備中的測試結構生成相應的片上控制信號。

狀態機

TAP控制器是一個同步有限狀態機，包含16個狀態，其中6個穩定狀態和10個不穩定狀態。狀態機有兩條主要路徑，分別用于訪問和控制所選的數據寄存器和指令寄存器。在設備上電時，處于測試邏輯復位（Test - Logic - Reset）狀態，此時測試邏輯被復位并禁用，設備執行正常邏輯功能。通過控制(TMS)信號，狀態機可以在不同狀態之間切換，實現各種測試操作。

寄存器詳解

指令寄存器（IR）

指令寄存器為8位，用于告訴設備要執行的指令。指令包含操作模式（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選擇哪個數據寄存器以及在Capture - DR期間要捕獲到所選數據寄存器的數據來源等信息。在Capture - IR期間，IR捕獲二進制值10000001；在Update - IR期間，移位到IR中的值被加載到影子鎖存器中，當前指令被更新。

數據寄存器

1. 邊界掃描寄存器（BSR）：48位，用于存儲要應用到設備輸出引腳的測試數據，以及捕獲正常片上邏輯輸出和設備輸入引腳的數據。在Capture - DR期間，其數據來源由當前指令確定。在設備上電或處于測試邏輯復位狀態時，BSC 47 - 46被復位為邏輯1，確保控制A端口和B端口輸出的單元處于安全值。
2. 邊界控制寄存器（BCR）：3位，用于在邊界運行（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、PSA和二進制計數（COUNT）。在設備上電或處于測試邏輯復位狀態時，BCR被復位為二進制值010，選擇PSA測試操作。
3. 旁路寄存器：1位，可用于縮短系統掃描路徑的長度，減少完成測試操作所需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。
4. 設備識別寄存器（IDR）：32位，可用于識別設備的制造商、零件編號和版本。不同型號的設備在Capture - DR狀態下會捕獲不同的二進制值來進行識別。

指令集分析

設備支持多種指令，每種指令都有其特定的功能和應用場景。例如，邊界掃描（EXTEST）指令符合IEEE Std 1149.1 - 1990的EXTEST指令，用于捕獲設備輸入和I/O引腳的數據，并將掃描到I/O BSC中的數據應用到設備I/O引腳；識別讀取（IDCODE）指令用于讀取設備的識別信息；采樣/預加載（SAMPLE/PRELOAD）指令用于采樣邊界數據等。

電氣特性與參數

絕對最大額定值

了解設備的絕對最大額定值對于確保設備的安全運行至關重要。這些額定值包括電壓范圍、電流限制、輸入鉗位電流、輸出鉗位電流、封裝熱阻和存儲溫度范圍等。例如，輸出在高電平或斷電狀態下的電壓范圍為 - 0.5 V至7 V，不同型號和端口的輸出電流限制也有所不同。

推薦工作條件

推薦工作條件規定了設備在正常工作時的最佳參數范圍，包括電源電壓、輸入電壓、輸出電流、輸入轉換速率和工作溫度等。例如，電源電壓范圍為2.7 - 3.6 V，高電平輸入電壓要求為2 V以上，低電平輸入電壓要求為0.8 V以下。

電氣特性

電氣特性描述了設備在推薦工作條件下的各項性能指標，如輸入鉗位電壓、輸出高/低電平電壓、輸入電流、輸出電流、靜態電流和電容等。這些特性對于評估設備的性能和進行電路設計具有重要意義。

時序要求與開關特性

設備的時序要求和開關特性決定了其在不同工作模式下的操作速度和穩定性。在正常模式和測試模式下，對時鐘頻率、脈沖持續時間、建立時間、保持時間、延遲時間和上升時間等都有相應的要求。開關特性則包括最大時鐘頻率、傳播延遲時間、使能/禁用時間等參數。

封裝與布局建議

設備提供64引腳塑料薄四方扁平（PM）封裝和68引腳陶瓷四方扁平（HV）封裝兩種封裝形式。同時，文檔還提供了示例電路板布局、焊盤圖案、模板設計等信息，為工程師進行電路板設計提供了參考。

總結

SN54/74LVTH18504A和SN54/74LVTH182504A這幾款3.3-V ABT掃描測試設備以其豐富的功能、良好的兼容性和可靠的性能，為電子工程師在設計復雜電路板組件時提供了強大的支持。在實際應用中，工程師需要根據具體的設計需求，合理選擇設備的工作模式和指令，同時注意電氣特性和時序要求，以確保設備的正常運行和測試的準確性。大家在使用這些設備的過程中，有沒有遇到過一些獨特的問題或者有什么特別的經驗呢？歡迎在評論區分享交流。