深度解析SN54/74LVTH18514與SN54/74LVTH182514：3.3 - V ABT掃描測試設備的卓越性能

在如今復雜的電子系統中，電路板測試的高效性和準確性至關重要。TI推出的SN54LVTH18514、SN54LVTH182514、SN74LVTH18514和SN74LVTH182514這幾款帶有20位通用總線收發器的3.3 - V ABT掃描測試設備無疑是解決相關問題的得力助手。下面，我們就來深入了解這些設備的特性和應用。

文件下載：SN74LVTH18514DGGR.pdf

設備概述

這些設備是TI SCOPE可測試性集成電路家族的成員，支持IEEE Std 1149.1 - 1990邊界掃描，能大大簡化復雜電路板組件的測試流程。它們通過4線測試訪問端口（TAP）接口實現對測試電路的掃描訪問。而且，這些設備專為3.3 - V (V_{CC})低電壓操作設計，同時具備為5 - V系統環境提供TTL接口的能力，這使得它們在不同電壓環境下都能穩定工作。

工作模式剖析

正常模式

在正常模式下，這些設備扮演20位通用總線收發器的角色，巧妙地結合了D型鎖存器和D型觸發器，允許數據在透明、鎖存或時鐘控制模式下流動。數據在每個方向上的流動由輸出使能（(OE{AB})和(OE{BA})）、鎖存使能（(LE{AB})和(LE{BA})）、時鐘使能（(CLKEN{AB})和(CLKEN{BA})）和時鐘（(CLK{AB})和(CLK{BA})）輸入控制。例如，對于A到B的數據流動，當(LE{AB})為高電平時，設備工作在透明模式；當(LE{AB})為低電平時，如果(CLKEN{AB})為高電平且/或(CLK{AB})保持在靜態低或高邏輯電平，A數據被鎖存；若(LE{AB})為低電平且(CLKEN{AB})也為低電平，A數據在(CLK{AB})的上升沿被存儲。當(OE{AB})為低電平時，B輸出有效；當(OE{AB})為高電平時，B輸出處于高阻態。B到A的數據流動原理相似，但使用的是(OE{BA})、(LE{BA})、(CLKEN{BA})和(CLK_{BA})輸入。

測試模式

在測試模式下，SCOPE通用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。測試電路按照IEEE Std 1149.1 - 1990中描述的協議執行邊界掃描測試操作。四個專用測試引腳（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）用于觀察和控制測試電路的操作。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）。所有測試和掃描操作都與TAP接口同步。

寄存器詳解

指令寄存器

指令寄存器（IR）長度為8位，它就像是設備的“指揮官”，告訴設備要執行什么指令。這些指令包含了操作模式（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哪個數據寄存器納入掃描路徑，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，移入IR的值被加載到影子鎖存器中，當前指令更新，任何指定的模式更改生效。在上電或Test - Logic - Reset狀態下，IR被重置為二進制值10000001，選擇IDCODE指令。

數據寄存器

• 邊界掃描寄存器（BSR）：長度為48位，每個正常功能輸入引腳和I/O引腳都有一個邊界掃描單元（BSC）。它用于存儲要外部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內部和設備輸入引腳外部出現的數據。在Capture - DR期間，捕獲到BSR的數據來源由當前指令決定。在上電或Test - Logic - Reset狀態下，BSC 47 - 46被重置為邏輯1，確保控制A端口和B端口輸出的單元設置為安全值。
• 邊界控制寄存器（BCR）：長度為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Capture - DR期間，BCR的內容不變；在上電或Test - Logic - Reset狀態下，BCR被重置為二進制值010，選擇PSA測試操作。
• 旁路寄存器：是一個1位的掃描路徑，可用于縮短系統掃描路徑的長度，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。
• 設備識別寄存器（IDR）：長度為32位，可通過選擇并讀取它來識別設備的制造商、部件號和版本。對于’LVTH18514，在Capture - DR狀態下，IDR捕獲二進制值00000000000000111101000000101111（十六進制為0003D02F）；對于’LVTH182514，捕獲二進制值00000000000000111110000000101111（十六進制為0003E02F）。

狀態機及操作流程

設備中的TAP控制器是一個同步有限狀態機，根據TCK上升沿時TMS的電平在其狀態之間切換。狀態圖包含16個狀態，其中6個是穩定狀態，10個是不穩定狀態。主要有兩條路徑：一條用于訪問和控制所選數據寄存器，另一條用于訪問和控制指令寄存器，每次只能訪問一個寄存器。

• Test - Logic - Reset狀態：設備上電后處于此狀態，測試邏輯被重置并禁用，設備執行正常邏輯功能。指令寄存器被重置為選擇IDCODE指令的操作碼，某些數據寄存器也可能被重置為上電值。
• Run - Test/Idle狀態：TAP控制器在執行任何測試操作之前必須經過此狀態。這是一個穩定狀態，測試邏輯可以主動運行測試或處于空閑狀態。
• Capture - DR和Capture - IR狀態：分別在選擇數據寄存器掃描和指令寄存器掃描時，相應寄存器捕獲指定的數據值。
• Shift - DR和Shift - IR狀態：所選寄存器被置于TDI和TDO之間的掃描路徑中，數據或指令在每個TCK周期中串行移位。
• Exit1 - DR/IR和Exit2 - DR/IR狀態：用于結束數據寄存器或指令寄存器的掃描，且可以不重新捕獲寄存器而返回Shift狀態。
• Pause - DR/IR狀態：可暫停和恢復數據寄存器或指令寄存器的掃描操作，而不會丟失數據。
• Update - DR/IR狀態：如果當前指令要求更新所選寄存器，則在進入此狀態后的TCK下降沿進行更新。

電氣和時序特性

絕對最大額定值

設備在不同參數下有明確的絕對最大額定值，如電源電壓范圍為 - 0.5 V到4.6 V，輸入電壓范圍等也有相應限制。超過這些額定值可能會對設備造成永久性損壞。

推薦工作條件

不同型號的設備（如SN54和SN74系列）在電源電壓、輸入輸出電壓、電流等方面有推薦的工作范圍。例如，電源電壓推薦范圍為2.7 V到3.6 V。

電氣特性

在推薦的工作溫度范圍內，設備在輸出電壓、輸入電流、電源電流等方面有特定的電氣特性。如(V_{OH})（高電平輸出電壓）在不同測試條件下有不同的值。

時序要求

在正常模式和測試模式下，設備對時鐘頻率、脈沖持續時間、建立時間、保持時間等時序參數都有要求。例如，在正常模式下，(CLK{AB})或(CLK{BA})的時鐘頻率推薦范圍為0到100 MHz（某些條件下為0到80 MHz）。

封裝和訂購信息

設備提供64引腳塑料薄收縮小外形（DGG）封裝選項，部分型號如74LVTH18514DGGRE4、SN74LVTH18514DGGR處于ACTIVE狀態，推薦用于新設計，且為無鉛（RoHS）產品。

這些設備憑借其豐富的功能和良好的電氣性能，在電路板測試和系統設計中具有廣闊的應用前景。電子工程師在使用這些設備時，需要充分理解其工作原理和特性，合理設計電路，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用類似設備時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。