SN54ABT8543與SN74ABT8543掃描測試設備：設計與應用深度解析

在電子設計領域，測試設備的性能與功能對于確保電路的穩(wěn)定性和可靠性至關重要。今天，我們來深入探討TI公司的SN54ABT8543和SN74ABT8543掃描測試設備，這兩款產(chǎn)品在邊界掃描測試方面有著出色的表現(xiàn)。

文件下載：SN74ABT8543DWRG4.pdf

產(chǎn)品概述

SN54ABT8543和SN74ABT8543是TI公司SCOPE?可測試性集成電路家族的成員，兼容IEEE標準1149.1 - 1990（JTAG）測試訪問端口和邊界掃描架構。在正常模式下，它們與’F543和’ABT543八進制寄存器總線收發(fā)器功能等效。這兩款產(chǎn)品采用了先進的EPIC - ΙΙB? BiCMOS設計，顯著降低了功耗，并且提供多種封裝選項，包括塑料小外形（DW）、收縮小外形（DL）封裝、陶瓷芯片載體（FK）和標準陶瓷雙列直插式封裝（JT）。其中，SN54ABT8543適用于 - 55°C至125°C的全軍事溫度范圍，而SN74ABT8543適用于 - 40°C至85°C的溫度范圍。

工作模式

正常模式

在正常模式下，數(shù)據(jù)流向由鎖存使能（LEAB和LEBA）、芯片使能（CEAB和CEBA）和輸出使能（OEAB和OEBA）輸入控制。以A到B的數(shù)據(jù)流向為例，當LEAB和CEAB都為低電平時，設備工作在透明模式；當LEAB或CEAB為高電平時，A數(shù)據(jù)被鎖存。當OEAB和CEAB都為低電平時，B輸出有效；當OEAB或CEAB為高電平時，B輸出處于高阻態(tài)。B到A的數(shù)據(jù)流向控制與之類似。

測試模式

在測試模式下，SCOPE?寄存器總線收發(fā)器的正常操作被抑制，測試電路被啟用，用于觀察和控制設備的I/O邊界。測試電路通過四個專用測試引腳進行控制，分別是測試數(shù)據(jù)輸入（TDI）、測試數(shù)據(jù)輸出（TDO）、測試模式選擇（TMS）和測試時鐘（TCK）。此外，測試電路還能執(zhí)行其他測試功能，如對數(shù)據(jù)輸入進行并行簽名分析（PSA）和從數(shù)據(jù)輸出生成偽隨機模式（PRPG）。

測試架構

測試信息通過符合IEEE標準1149.1 - 1990的4線測試總線或測試訪問端口（TAP）進行傳輸。TAP控制器監(jiān)控TCK和TMS信號，從中提取同步和狀態(tài)控制信號，并為設備中的測試結構生成適當?shù)钠峡刂菩盘?。設備包含一個8位指令寄存器和三個測試數(shù)據(jù)寄存器，分別是40位邊界掃描寄存器、11位邊界控制寄存器和1位旁路寄存器。

TAP控制器狀態(tài)機

TAP控制器是一個同步有限狀態(tài)機，共有16個狀態(tài)，包括6個穩(wěn)定狀態(tài)和10個不穩(wěn)定狀態(tài)。主要有兩條路徑，分別用于訪問和控制所選數(shù)據(jù)寄存器以及訪問和控制指令寄存器。

• Test - Logic - Reset：設備上電時處于此狀態(tài)，測試邏輯被復位并禁用，設備執(zhí)行正常邏輯功能。指令寄存器被復位為二進制值11111111，選擇BYPASS指令。
• Run - Test/Idle：在執(zhí)行任何測試操作之前，TAP控制器必須經(jīng)過此狀態(tài)。在此狀態(tài)下，測試邏輯可以處于活動測試狀態(tài)或空閑狀態(tài)。
• Select - DR - Scan和Select - lR - Scan：這兩個狀態(tài)用于選擇數(shù)據(jù)寄存器掃描或指令寄存器掃描，不執(zhí)行特定功能。
• Capture - DR和Capture - IR：分別用于在數(shù)據(jù)寄存器掃描和指令寄存器掃描時捕獲數(shù)據(jù)。
• Shift - DR和Shift - IR：在這兩個狀態(tài)下，數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器被置于TDI和TDO之間的掃描路徑，數(shù)據(jù)進行串行移位。
• Exit1 - DR、Exit2 - DR、Exit1 - IR和Exit2 - IR：這些臨時狀態(tài)用于結束數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器掃描。
• Pause - DR和Pause - IR：穩(wěn)定狀態(tài)，可暫停和恢復數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器掃描操作，不丟失數(shù)據(jù)。
• Update - DR和Update - IR：分別用于更新所選數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器的內(nèi)容。

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(zhí)行的指令，包括操作模式（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三個數(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，當前指令更新并生效。

數(shù)據(jù)寄存器

• 邊界掃描寄存器（BSR）：40位長，用于存儲要應用到正常片上邏輯輸入和/或設備輸出引腳的測試數(shù)據(jù)，以及捕獲正常片上邏輯輸出和/或設備輸入引腳的數(shù)據(jù)。在Capture - DR期間，捕獲的數(shù)據(jù)來源由當前指令確定。上電或處于Test - Logic - Reset狀態(tài)時，每個邊界掃描單元（BSC）的值被復位為邏輯0。
• 邊界控制寄存器（BCR）：11位長，用于在RUNT指令的上下文中實現(xiàn)基本SCOPE?指令集未包含的額外測試操作，如PRPG、帶輸入掩碼的PSA和二進制計數(shù)（COUNT）。
• 旁路寄存器：1位掃描路徑，可縮短系統(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。

指令操作

邊界掃描（Boundary Scan）

符合IEEE標準1149.1 - 1990的EXTEST和INTEST指令，選擇BSR進行掃描，設備工作在測試模式。

旁路掃描（Bypass Scan）

符合IEEE標準1149.1 - 1990的BYPASS指令，選擇旁路寄存器進行掃描，設備工作在正常模式。

采樣邊界（Sample Boundary）

符合IEEE標準1149.1 - 1990的SAMPLE/PRELOAD指令，選擇BSR進行掃描，設備工作在正常模式。

控制邊界到高阻抗（Control Boundary to High Impedance）

符合IEEE標準1149.1a - 1993的HIGHZ指令，選擇旁路寄存器進行掃描，設備工作在修改后的測試模式，所有設備I/O引腳處于高阻態(tài)。

控制邊界到1/0（Control Boundary to 1/0）

符合IEEE標準1149.1a - 1993的CLAMP指令，選擇旁路寄存器進行掃描，設備工作在測試模式。

邊界運行測試（Boundary Run Test）

選擇旁路寄存器進行掃描，設備工作在測試模式，執(zhí)行BCR中指定的測試操作。

邊界讀?。˙oundary Read）

選擇BSR進行掃描，用于檢查PSA操作后的數(shù)據(jù)。

邊界自測試（Boundary Self Test）

選擇BSR進行掃描，所有BSC捕獲其當前值的反值，設備工作在正常模式。

邊界切換輸出（Boundary Toggle Outputs）

選擇旁路寄存器進行掃描，設備工作在測試模式，所選輸出BSC的移位寄存器元素中的數(shù)據(jù)在Run - Test/Idle狀態(tài)下的每個TCK上升沿進行切換。

邊界控制寄存器掃描（Boundary - Control - Register Scan）

選擇BCR進行掃描，在執(zhí)行邊界運行測試操作之前必須執(zhí)行此操作，以指定要執(zhí)行的測試操作。

邊界控制寄存器指令

BCR指令根據(jù)BCR位2 - 0進行解碼，主要包括以下幾種測試操作：

• 采樣輸入/切換輸出（TOPSIP）：在每個TCK上升沿捕獲所選設備輸入引腳的數(shù)據(jù)，并更新到所選輸入BSC的影子鎖存器中；所選輸出BSC的移位寄存器元素中的數(shù)據(jù)在每個TCK上升沿進行切換。
• 偽隨機模式生成（PRPG）：在每個TCK上升沿在所選BSC的移位寄存器元素中生成偽隨機模式，并更新到影子鎖存器中，應用到相關設備輸出引腳。
• 并行簽名分析（PSA）：在每個TCK上升沿將所選設備輸入引腳的數(shù)據(jù)壓縮成16位并行簽名，并更新到所選輸入BSC的影子鎖存器中。
• 同時進行PSA和PRPG（PSA/PRPG）：在每個TCK上升沿，所選輸入BSC的移位寄存器元素中將所選設備輸入引腳的數(shù)據(jù)壓縮成8位并行簽名，同時在所選輸出BSC的移位寄存器元素中生成8位偽隨機模式。
• 同時進行PSA和二進制計數(shù)（PSA/COUNT）：在每個TCK上升沿，所選輸入BSC的移位寄存器元素中將所選設備輸入引腳的數(shù)據(jù)壓縮成8位并行簽名，同時在所選輸出BSC的移位寄存器元素中生成8位二進制計數(shù)模式。

時序描述

所有測試操作都與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和正常功能輸出引腳的數(shù)據(jù)在TCK下降沿出現(xiàn)。TAP控制器通過在TCK下降沿改變TMS的值，然后施加TCK上升沿來推進其狀態(tài)。

電氣特性與參數(shù)

絕對最大額定值

包括電源電壓范圍（ - 0.5V至7V）、輸出電壓范圍（ - 0.5V至5.5V）、輸入鉗位電流（ - 18mA）等。

推薦工作條件

SN54ABT8543和SN74ABT8543的電源電壓范圍為4.5V至5.5V，不同輸入輸出的電壓、電流等參數(shù)也有相應要求。

電氣特性

涵蓋輸入輸出電壓、電流、電容等多個參數(shù)，不同溫度和條件下有不同的取值范圍。

時序要求

正常模式和測試模式下，對脈沖持續(xù)時間、建立時間、保持時間等時序參數(shù)有明確要求。

開關特性

正常模式和測試模式下，對不同輸入輸出之間的信號轉(zhuǎn)換時間有相應規(guī)定。

封裝信息

提供多種封裝選項，包括LCCC（FK）、SSOP（DL）和SOIC（DW），不同封裝的引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、環(huán)保計劃、引腳鍍層/球材料、MSL峰值溫度、工作溫度、器件標記等信息各不相同。

SN54ABT8543和SN74ABT8543掃描測試設備憑借其豐富的功能、先進的設計和嚴格的電氣特性，為電子工程師在電路測試和驗證方面提供了強大的支持。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求和環(huán)境條件，合理選擇封裝和工作模式，以確保設備的性能和可靠性。你在使用這類測試設備時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。