深入解析SN54ABT18504和SN74ABT18504掃描測試設(shè)備

引言

在電子電路設(shè)計中，測試復(fù)雜電路板組件一直是個挑戰(zhàn)。德州儀器（Texas Instruments）的SN54ABT18504和SN74ABT18504掃描測試設(shè)備，憑借其先進(jìn)的技術(shù)和強(qiáng)大的功能，為工程師們提供了有效的解決方案。這兩款設(shè)備不僅是德州儀器SCOPE?可測試性IC家族的成員，還支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990邊界掃描，極大地便利了復(fù)雜電路板組件的測試。

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產(chǎn)品概述

SN54ABT18504和SN74ABT18504是帶有20位通用總線收發(fā)器的掃描測試設(shè)備。它們屬于德州儀器SCOPE?可測試性IC家族，支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990邊界掃描，通過4線測試訪問端口（TAP）接口實現(xiàn)對測試電路的掃描訪問。

正常模式

在正常模式下，這兩款設(shè)備是20位通用總線收發(fā)器，結(jié)合了D型鎖存器和D型觸發(fā)器，允許數(shù)據(jù)在透明、鎖存或時鐘模式下流動。數(shù)據(jù)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。例如，在A到B的數(shù)據(jù)流向中，當(dāng)LEAB為高時，設(shè)備工作在透明模式；當(dāng)LEAB為低且CLKENAB為高或CLKAB為靜態(tài)低或高邏輯電平時，A總線數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng)LEAB為低且CLKENAB為低時，A總線數(shù)據(jù)在CLKAB的低到高轉(zhuǎn)換時存儲。當(dāng)OEAB為低時，B輸出有效；當(dāng)OEAB為高時，B輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。B到A的數(shù)據(jù)流向與之類似。

測試模式

在測試模式下，SCOPE?通用總線收發(fā)器的正常操作被禁止，測試電路被激活。測試電路可以通過TAP接口對設(shè)備引腳處的數(shù)據(jù)進(jìn)行快照采樣，或?qū)吔鐪y試單元進(jìn)行自測試。激活TAP在正常模式下不會影響SCOPE?通用總線收發(fā)器的功能操作。

技術(shù)亮點(diǎn)

邊界掃描架構(gòu)

設(shè)備支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 - 1990邊界掃描，通過4線測試訪問端口（TAP）接口實現(xiàn)對測試電路的掃描訪問。TAP控制器是一個同步有限狀態(tài)機(jī)，根據(jù)TCK信號的上升沿和TMS信號的電平來控制測試操作。TAP控制器的狀態(tài)圖包含16個狀態(tài)，分為6個穩(wěn)定狀態(tài)和10個不穩(wěn)定狀態(tài)，確保測試操作的精確控制。

多模式操作

結(jié)合了D型鎖存器和D型觸發(fā)器，支持透明、鎖存或時鐘模式下的數(shù)據(jù)流動，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活性。

低功耗設(shè)計

采用先進(jìn)的EPIC - ΙΙB? BiCMOS設(shè)計，顯著降低了功耗，符合現(xiàn)代電子設(shè)備對低功耗的要求。

雙邊界掃描單元

每個I/O端口有兩個邊界掃描單元，提供了更大的靈活性，能夠更精確地控制和監(jiān)測數(shù)據(jù)。

豐富的指令集

支持多種指令，包括邊界掃描、旁路掃描、樣本邊界、控制邊界到高阻抗、控制邊界到1/0、邊界運(yùn)行測試、邊界讀取、邊界自測試、邊界控制寄存器掃描等，滿足不同的測試需求。

寄存器詳解

指令寄存器

指令寄存器（IR）為8位，用于告訴設(shè)備要執(zhí)行的指令。指令包含操作模式（正常模式或測試模式）、要執(zhí)行的測試操作、在數(shù)據(jù)寄存器掃描期間要選擇的四個數(shù)據(jù)寄存器中的哪一個以及在Capture - DR期間要捕獲到所選數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)來源。在Capture - IR期間，IR捕獲二進(jìn)制值10000001；在Update - IR期間，移位到IR的值被加載到影子鎖存器中。

數(shù)據(jù)寄存器

• 邊界掃描寄存器（BSR）：88位，用于存儲要應(yīng)用到設(shè)備輸入或輸出的數(shù)據(jù)，或捕獲設(shè)備輸入或輸出處出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。在Capture - DR期間，其內(nèi)容可根據(jù)當(dāng)前指令進(jìn)行并行加載。在電源開啟或Test - Logic - Reset狀態(tài)下，除了位87 - 86被重置為邏輯1外，其他位都被重置為邏輯0。
• 邊界控制寄存器（BCR）：23位，用于在RUNT指令的上下文中實現(xiàn)基本SCOPE?指令集未包含的附加測試操作，如偽隨機(jī)模式生成（PRPG）、帶輸入屏蔽的并行簽名分析（PSA）和二進(jìn)制計數(shù)（COUNT）。在電源開啟或Test - Logic - Reset狀態(tài)下，BCR被重置為二進(jìn)制值00000000000000000000010，選擇無輸入屏蔽的PSA測試操作。
• 旁路寄存器：1位掃描路徑，可用于縮短系統(tǒng)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(shù)。在Capture - DR期間，旁路寄存器捕獲邏輯0。
• 設(shè)備識別寄存器（IDR）：32位，可用于識別設(shè)備的制造商、部件號和版本。在Capture - DR期間，捕獲二進(jìn)制值00000000000000000111000000101111（0000702F，十六進(jìn)制）。

指令與操作

指令寄存器操作

不同的指令寄存器操作碼對應(yīng)不同的功能。例如，EXTEST指令用于邊界掃描，設(shè)備在測試模式下工作；IDCODE指令用于識別讀取，設(shè)備在正常模式下工作；SAMPLE/PRELOAD指令用于樣本邊界，設(shè)備在正常模式下工作等。

邊界控制寄存器操作

邊界控制寄存器的操作碼由BCR位2 - 0解碼，在RUNT指令的Run - Test/Idle狀態(tài)下執(zhí)行所選的測試操作。例如，X00對應(yīng)樣本輸入/切換輸出（TOPSIP）；X01對應(yīng)偽隨機(jī)模式生成/40位模式（PRPG）等。

時序分析

所有測試操作都與測試時鐘（TCK）同步。數(shù)據(jù)在TCK的上升沿被捕獲，在TCK的下降沿輸出。通過改變TMS的值和TCK的上升沿，可以使TAP控制器在不同狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。一個簡單的時序示例展示了TAP控制器從Test - Logic - Reset狀態(tài)開始，執(zhí)行一次指令寄存器掃描和一次數(shù)據(jù)寄存器掃描，最后返回Test - Logic - Reset狀態(tài)的過程。

電氣特性與參數(shù)

絕對最大額定值

輸入電壓范圍等參數(shù)有明確的規(guī)定，超出絕對最大額定值可能會對設(shè)備造成永久性損壞。

推薦工作條件

包括電源電壓、高低電平輸入電壓、輸入電壓、輸出電流、輸入轉(zhuǎn)換上升或下降速率、工作自由空氣溫度等參數(shù)，確保設(shè)備在推薦條件下正常工作。

電氣特性

如VIK、VOH、VOL、II、IIH等參數(shù)，反映了設(shè)備在不同條件下的電氣性能。

時序要求

在正常模式和測試模式下，對時鐘頻率、脈沖持續(xù)時間、建立時間、保持時間、延遲時間、上升時間等時序參數(shù)都有要求。

開關(guān)特性

包括fmax、tPLH、tPHL等參數(shù)，描述了設(shè)備在不同輸入輸出情況下的開關(guān)性能。

封裝與布局

封裝信息

提供了PM封裝的詳細(xì)信息，包括封裝類型、引腳數(shù)量、環(huán)保計劃、引腳鍍層/球材料、MSL峰值溫度、工作溫度、設(shè)備標(biāo)記等。

封裝尺寸與布局示例

給出了LQFP封裝的尺寸圖、示例電路板布局和示例模板設(shè)計，為工程師的實際設(shè)計提供了參考。

總結(jié)與思考

SN54ABT18504和SN74ABT18504掃描測試設(shè)備憑借其先進(jìn)的技術(shù)和豐富的功能，為復(fù)雜電路板組件的測試提供了有效的解決方案。其多模式操作、低功耗設(shè)計、雙邊界掃描單元和豐富的指令集等特點(diǎn)，使其在電子測試領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

作為電子工程師，在使用這些設(shè)備時，我們需要深入理解其工作原理和參數(shù)要求，根據(jù)實際應(yīng)用場景選擇合適的操作模式和指令。同時，在電路板設(shè)計和布局時，要充分考慮設(shè)備的封裝尺寸和布局要求，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。你在實際項目中使用過類似的掃描測試設(shè)備嗎？遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。