深入解析SN54ABT18504和SN74ABT18504扫描测试设备

引言

在电子电路设计中，测试复杂电路板组件一直是个挑战。德州仪器（Texas Instruments）的SN54ABT18504和SN74ABT18504扫描测试设备，凭借其先进的技术和强大的功能，为工程师们提供了有效的解决方案。这两款设备不仅是德州仪器SCOPE可测试性IC家族的成员，还支持IEEE标准1149.1 - 1990边界扫描，极大地便利了复杂电路板组件的测试。

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产品概述

SN54ABT18504和SN74ABT18504是带有20位通用总线收发器的扫描测试设备。它们属于德州仪器SCOPE可测试性IC家族，支持IEEE标准1149.1 - 1990边界扫描，通过4线测试访问端口（TAP）接口实现对测试电路的扫描访问。

正常模式

在正常模式下，这两款设备是20位通用总线收发器，结合了D型锁存器和D型触发器，允许数据在透明、锁存或时钟模式下流动。数据流向由输出使能（OEAB和OEBA）、锁存使能（LEAB和LEBA）、时钟使能（CLKENAB和CLKENBA）和时钟（CLKAB和CLKBA）输入控制。例如，在A到B的数据流向中，当LEAB为高时，设备工作在透明模式；当LEAB为低且CLKENAB为高或CLKAB为静态低或高逻辑电平时，A总线数据被锁存；当LEAB为低且CLKENAB为低时，A总线数据在CLKAB的低到高转换时存储。当OEAB为低时，B输出有效；当OEAB为高时，B输出处于高阻抗状态。B到A的数据流向与之类似。

测试模式

在测试模式下，SCOPE通用总线收发器的正常操作被禁止，测试电路被激活。测试电路可以通过TAP接口对设备引脚处的数据进行快照采样，或对边界测试单元进行自测试。激活TAP在正常模式下不会影响SCOPE通用总线收发器的功能操作。

技术亮点

边界扫描架构

设备支持IEEE标准1149.1 - 1990边界扫描，通过4线测试访问端口（TAP）接口实现对测试电路的扫描访问。TAP控制器是一个同步有限状态机，根据TCK信号的上升沿和TMS信号的电平来控制测试操作。TAP控制器的状态图包含16个状态，分为6个稳定状态和10个不稳定状态，确保测试操作的精确控制。

多模式操作

结合了D型锁存器和D型触发器，支持透明、锁存或时钟模式下的数据流动，为不同的应用场景提供了灵活性。

低功耗设计

采用先进的EPIC - ΙΙB BiCMOS设计，显著降低了功耗，符合现代电子设备对低功耗的要求。

双边界扫描单元

每个I/O端口有两个边界扫描单元，提供了更大的灵活性，能够更精确地控制和监测数据。

丰富的指令集

支持多种指令，包括边界扫描、旁路扫描、样本边界、控制边界到高阻抗、控制边界到1/0、边界运行测试、边界读取、边界自测试、边界控制寄存器扫描等，满足不同的测试需求。

寄存器详解

指令寄存器

指令寄存器（IR）为8位，用于告诉设备要执行的指令。指令包含操作模式（正常模式或测试模式）、要执行的测试操作、在数据寄存器扫描期间要选择的四个数据寄存器中的哪一个以及在Capture - DR期间要捕获到所选数据寄存器的数据来源。在Capture - IR期间，IR捕获二进制值10000001；在Update - IR期间，移位到IR的值被加载到影子锁存器中。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：88位，用于存储要应用到设备输入或输出的数据，或捕获设备输入或输出处出现的数据。在Capture - DR期间，其内容可根据当前指令进行并行加载。在电源开启或Test - Logic - Reset状态下，除了位87 - 86被重置为逻辑1外，其他位都被重置为逻辑0。
• 边界控制寄存器（BCR）：23位，用于在RUNT指令的上下文中实现基本SCOPE指令集未包含的附加测试操作，如伪随机模式生成（PRPG）、带输入屏蔽的并行签名分析（PSA）和二进制计数（COUNT）。在电源开启或Test - Logic - Reset状态下，BCR被重置为二进制值00000000000000000000010，选择无输入屏蔽的PSA测试操作。
• 旁路寄存器：1位扫描路径，可用于缩短系统扫描路径的长度，减少完成测试操作所需的每个测试模式的位数。在Capture - DR期间，旁路寄存器捕获逻辑0。
• 设备识别寄存器（IDR）：32位，可用于识别设备的制造商、部件号和版本。在Capture - DR期间，捕获二进制值00000000000000000111000000101111（0000702F，十六进制）。

指令与操作

指令寄存器操作

不同的指令寄存器操作码对应不同的功能。例如，EXTEST指令用于边界扫描，设备在测试模式下工作；IDCODE指令用于识别读取，设备在正常模式下工作；SAMPLE/PRELOAD指令用于样本边界，设备在正常模式下工作等。

边界控制寄存器操作

边界控制寄存器的操作码由BCR位2 - 0解码，在RUNT指令的Run - Test/Idle状态下执行所选的测试操作。例如，X00对应样本输入/切换输出（TOPSIP）；X01对应伪随机模式生成/40位模式（PRPG）等。

时序分析

所有测试操作都与测试时钟（TCK）同步。数据在TCK的上升沿被捕获，在TCK的下降沿输出。通过改变TMS的值和TCK的上升沿，可以使TAP控制器在不同状态之间转换。一个简单的时序示例展示了TAP控制器从Test - Logic - Reset状态开始，执行一次指令寄存器扫描和一次数据寄存器扫描，最后返回Test - Logic - Reset状态的过程。

电气特性与参数

绝对最大额定值

输入电压范围等参数有明确的规定，超出绝对最大额定值可能会对设备造成永久性损坏。

推荐工作条件

包括电源电压、高低电平输入电压、输入电压、输出电流、输入转换上升或下降速率、工作自由空气温度等参数，确保设备在推荐条件下正常工作。

电气特性

如VIK、VOH、VOL、II、IIH等参数，反映了设备在不同条件下的电气性能。

时序要求

在正常模式和测试模式下，对时钟频率、脉冲持续时间、建立时间、保持时间、延迟时间、上升时间等时序参数都有要求。

开关特性

包括fmax、tPLH、tPHL等参数，描述了设备在不同输入输出情况下的开关性能。

封装与布局

封装信息

提供了PM封装的详细信息，包括封装类型、引脚数量、环保计划、引脚镀层/球材料、MSL峰值温度、工作温度、设备标记等。

封装尺寸与布局示例

给出了LQFP封装的尺寸图、示例电路板布局和示例模板设计，为工程师的实际设计提供了参考。

总结与思考

SN54ABT18504和SN74ABT18504扫描测试设备凭借其先进的技术和丰富的功能，为复杂电路板组件的测试提供了有效的解决方案。其多模式操作、低功耗设计、双边界扫描单元和丰富的指令集等特点，使其在电子测试领域具有重要的应用价值。

作为电子工程师，在使用这些设备时，我们需要深入理解其工作原理和参数要求，根据实际应用场景选择合适的操作模式和指令。同时，在电路板设计和布局时，要充分考虑设备的封装尺寸和布局要求，以确保设备的性能和稳定性。你在实际项目中使用过类似的扫描测试设备吗？遇到过哪些问题和挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。