深入剖析SN54/74ABTH18502A、SN54/74ABTH182502A掃描測試設備

一、引言

在電子設計領域，測試設備對于確保電路的可靠性和穩定性至關重要。德州儀器（Texas Instruments）的SN54ABTH18502A、SN54ABTH182502A、SN74ABTH18502A、SN74ABTH182502A掃描測試設備，憑借其獨特的性能和先進的技術，成為了眾多工程師在設計復雜電路板時的理想選擇。本文將深入剖析這些設備的特點、工作原理、寄存器配置以及相關的電氣特性，希望能為工程師們在實際應用中提供有價值的參考。

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二、產品概述

2.1 所屬系列與兼容性

這些設備屬于德州儀器SCOPE可測試性集成電路家族，同時也是Widebus家族的成員。它們與IEEE標準1149.1 - 1990（JTAG）測試訪問端口和邊界掃描架構兼容，這使得它們能夠方便地融入現有的測試系統中，實現對復雜電路板組件的高效測試。

2.2 主要特性

• 通用總線收發器功能：在正常模式下，這些設備是18位通用總線收發器，結合了D型鎖存器和D型觸發器，支持透明、鎖存或時鐘模式下的數據流動。可以作為兩個9位收發器或一個18位收發器使用，為設計提供了靈活性。
• 總線保持功能：數據輸入上的總線保持電路可將未使用或懸空的數據輸入保持在有效邏輯電平，無需外部上拉電阻，簡化了電路設計。
• 先進設計：采用了先進的EPIC - ΙΙB BiCMOS設計，每個I/O端口都有一個邊界掃描單元，提高了掃描效率。
• 豐富的指令集：支持SCOPE指令集，包括IEEE標準1149.1 - 1990要求的指令以及可選的CLAMP和HIGHZ指令，還具備并行簽名分析、偽隨機模式生成等功能。

2.3 封裝形式

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）封裝兩種選擇，以滿足不同應用場景的需求。

三、工作模式與數據流動控制

3.1 正常模式

在正常模式下，設備作為18位通用總線收發器工作。數據在A總線和B總線之間的流動由輸出使能（OEAB和OEBA）、鎖存使能（LEAB和LEBA）和時鐘（CLKAB和CLKBA）輸入控制。

以A到B的數據流動為例，當LEAB為高電平時，設備工作在透明模式；當LEAB為低電平時，A總線數據在CLKAB保持靜態低或高邏輯電平時被鎖存，或者在CLKAB從低到高的轉換時被存儲。當OEAB為低電平時，B輸出有效；當OEAB為高電平時，B輸出處于高阻態。B到A的數據流動原理類似，只是使用OEBA、LEBA和CLKBA輸入。

3.2 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。測試電路根據IEEE標準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（TDI、TDO、TMS和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）。

四、測試架構與狀態機

4.1 測試總線與TAP控制器

串行測試信息通過符合IEEE標準1149.1 - 1990的4線測試總線（TAP）進行傳輸。TAP控制器監控測試總線上的TCK和TMS信號，從中提取同步（TCK）和狀態控制（TMS）信號，并為設備中的測試結構生成適當的片上控制信號。

4.2 TAP控制器狀態機

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。它根據TCK上升沿時TMS的電平來切換狀態，主要有兩條路徑：一條用于訪問和控制選定的數據寄存器，另一條用于訪問和控制指令寄存器。

• Test - Logic - Reset狀態：設備上電時處于此狀態，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IDCODE指令的二進制值10000001，邊界掃描寄存器的部分位被重置為邏輯1，邊界控制寄存器被重置為二進制值010，選擇PSA測試操作。
• Run - Test/Idle狀態：在執行任何測試操作之前，TAP控制器必須經過此狀態。這是一個穩定狀態，測試邏輯可以處于活動測試狀態或空閑狀態。
• 其他狀態：包括Select - DR - Scan、Select - IR - Scan、Capture - DR、Shift - DR等，每個狀態都有特定的功能，用于完成數據寄存器和指令寄存器的掃描、更新等操作。

五、寄存器配置

5.1 指令寄存器（IR）

指令寄存器為8位，用于告訴設備執行什么指令。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、在數據寄存器掃描時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，移入IR的值被加載到影子鎖存器中，當前指令被更新。上電或處于Test - Logic - Reset狀態時，IR被重置為二進制值10000001，選擇IDCODE指令。

5.2 數據寄存器

• 邊界掃描寄存器（BSR）：48位長，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。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處的數據。在Capture - DR期間，捕獲的數據來源由當前指令確定。上電或在Test - Logic - Reset狀態下，BSCs 47 - 44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良性值。
• 邊界控制寄存器（BCR）：3位長，用于在邊界運行測試（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）。上電或在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：1位掃描路徑，可選擇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。
• 設備識別寄存器（IDR）：32位長，可選擇并讀取以識別設備的制造商、部件編號和版本。對于’ABTH18502A和’ABTH182502A，分別在Capture - DR狀態下捕獲特定的二進制值以進行識別。

六、指令與操作

6.1 指令寄存器操作碼

設備支持多種指令，每種指令都有特定的功能和操作模式。例如，EXTEST指令用于邊界掃描，IDCODE指令用于識別讀取，SAMPLE/PRELOAD指令用于采樣邊界等。不支持的SCOPE指令默認執行BYPASS指令。

6.2 邊界控制寄存器操作碼

BCR操作碼根據BCR位2 - 0進行解碼，在RUNT指令的Run - Test/Idle狀態下執行選定的測試操作。包括樣本輸入/切換輸出（TOPSIP）、偽隨機模式生成（PRPG）、并行簽名分析（PSA）、同時進行PSA和PRPG（PSA/PRPG）以及同時進行PSA和二進制計數（PSA/COUNT）等操作。

七、電氣特性與參數

7.1 絕對最大額定值

包括電源電壓范圍、輸入電壓范圍、輸出電流等參數，使用時應確保不超過這些額定值，以免對設備造成永久性損壞。

7.2 推薦工作條件

不同型號的設備在電源電壓、輸入電壓、輸出電流、輸入轉換速率和工作溫度等方面有推薦的工作范圍，遵循這些條件可以確保設備的性能和可靠性。

7.3 電氣特性

詳細列出了在推薦工作溫度范圍內的各種電氣參數，如輸入鉗位電壓、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓、輸入電流、輸出電流等，為電路設計提供了精確的參考。

7.4 時序要求

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、保持時間和延遲時間等時序參數都有明確的要求，工程師在設計電路時需要嚴格滿足這些要求，以確保設備的正常工作。

7.5 開關特性

給出了不同模式下的開關特性參數，如最大時鐘頻率、傳播延遲時間、使能和禁用時間等，這些參數對于評估設備的性能和響應速度非常重要。

八、總結與思考

德州儀器的SN54/74ABTH18502A、SN54/74ABTH182502A掃描測試設備以其豐富的功能、先進的設計和良好的兼容性，為電子工程師在復雜電路板測試方面提供了強大的工具。然而，在實際應用中，我們也需要充分考慮這些設備的電氣特性、時序要求和操作指令，以確保其性能的充分發揮。

例如，在選擇合適的指令進行測試時，需要根據具體的測試需求和電路特點進行權衡；在設計電路板時，要嚴格遵循設備的推薦工作條件和時序要求，以避免出現信號干擾、數據丟失等問題。同時，對于這些設備的進一步研究和探索，也有助于我們更好地理解邊界掃描技術和測試架構，為未來的電子設計和測試提供更多的思路和方法。

你在使用這些設備的過程中遇到過哪些問題？你對它們的性能和應用有什么獨特的見解？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。