深度解析SN54/74LVTH18514与SN54/74LVTH182514：3.3 - V ABT扫描测试设备的卓越性能

在如今复杂的电子系统中，电路板测试的高效性和准确性至关重要。TI推出的SN54LVTH18514、SN54LVTH182514、SN74LVTH18514和SN74LVTH182514这几款带有20位通用总线收发器的3.3 - V ABT扫描测试设备无疑是解决相关问题的得力助手。下面，我们就来深入了解这些设备的特性和应用。

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设备概述

这些设备是TI SCOPE可测试性集成电路家族的成员，支持IEEE Std 1149.1 - 1990边界扫描，能大大简化复杂电路板组件的测试流程。它们通过4线测试访问端口（TAP）接口实现对测试电路的扫描访问。而且，这些设备专为3.3 - V (V_{CC})低电压操作设计，同时具备为5 - V系统环境提供TTL接口的能力，这使得它们在不同电压环境下都能稳定工作。

工作模式剖析

正常模式

在正常模式下，这些设备扮演20位通用总线收发器的角色，巧妙地结合了D型锁存器和D型触发器，允许数据在透明、锁存或时钟控制模式下流动。数据在每个方向上的流动由输出使能（(OE{AB})和(OE{BA})）、锁存使能（(LE{AB})和(LE{BA})）、时钟使能（(CLKEN{AB})和(CLKEN{BA})）和时钟（(CLK{AB})和(CLK{BA})）输入控制。例如，对于A到B的数据流动，当(LE{AB})为高电平时，设备工作在透明模式；当(LE{AB})为低电平时，如果(CLKEN{AB})为高电平且/或(CLK{AB})保持在静态低或高逻辑电平，A数据被锁存；若(LE{AB})为低电平且(CLKEN{AB})也为低电平，A数据在(CLK{AB})的上升沿被存储。当(OE{AB})为低电平时，B输出有效；当(OE{AB})为高电平时，B输出处于高阻态。B到A的数据流动原理相似，但使用的是(OE{BA})、(LE{BA})、(CLKEN{BA})和(CLK_{BA})输入。

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，测试电路被启用，用于观察和控制设备的I/O边界。测试电路按照IEEE Std 1149.1 - 1990中描述的协议执行边界扫描测试操作。四个专用测试引脚（测试数据输入TDI、测试数据输出TDO、测试模式选择TMS和测试时钟TCK）用于观察和控制测试电路的操作。此外，测试电路还能执行其他测试功能，如对数据输入进行并行签名分析（PSA）和从数据输出生成伪随机模式（PRPG）。所有测试和扫描操作都与TAP接口同步。

寄存器详解

指令寄存器

指令寄存器（IR）长度为8位，它就像是设备的“指挥官”，告诉设备要执行什么指令。这些指令包含了操作模式（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哪个数据寄存器纳入扫描路径，以及在Capture - DR期间要捕获到所选数据寄存器的数据来源等信息。在Capture - IR期间，IR捕获二进制值10000001；在Update - IR期间，移入IR的值被加载到影子锁存器中，当前指令更新，任何指定的模式更改生效。在上电或Test - Logic - Reset状态下，IR被重置为二进制值10000001，选择IDCODE指令。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：长度为48位，每个正常功能输入引脚和I/O引脚都有一个边界扫描单元（BSC）。它用于存储要外部应用到设备输出引脚的测试数据，以及捕获正常片上逻辑输出内部和设备输入引脚外部出现的数据。在Capture - DR期间，捕获到BSR的数据来源由当前指令决定。在上电或Test - Logic - Reset状态下，BSC 47 - 46被重置为逻辑1，确保控制A端口和B端口输出的单元设置为安全值。
• 边界控制寄存器（BCR）：长度为3位，用于在边界运行（RUNT）指令的上下文中实现基本SCOPE指令集未包含的额外测试操作，如PRPG、PSA和二进制计数（COUNT）。在Capture - DR期间，BCR的内容不变；在上电或Test - Logic - Reset状态下，BCR被重置为二进制值010，选择PSA测试操作。
• 旁路寄存器：是一个1位的扫描路径，可用于缩短系统扫描路径的长度，减少完成测试操作所需施加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）：长度为32位，可通过选择并读取它来识别设备的制造商、部件号和版本。对于’LVTH18514，在Capture - DR状态下，IDR捕获二进制值00000000000000111101000000101111（十六进制为0003D02F）；对于’LVTH182514，捕获二进制值00000000000000111110000000101111（十六进制为0003E02F）。

状态机及操作流程

设备中的TAP控制器是一个同步有限状态机，根据TCK上升沿时TMS的电平在其状态之间切换。状态图包含16个状态，其中6个是稳定状态，10个是不稳定状态。主要有两条路径：一条用于访问和控制所选数据寄存器，另一条用于访问和控制指令寄存器，每次只能访问一个寄存器。

• Test - Logic - Reset状态：设备上电后处于此状态，测试逻辑被重置并禁用，设备执行正常逻辑功能。指令寄存器被重置为选择IDCODE指令的操作码，某些数据寄存器也可能被重置为上电值。
• Run - Test/Idle状态：TAP控制器在执行任何测试操作之前必须经过此状态。这是一个稳定状态，测试逻辑可以主动运行测试或处于空闲状态。
• Capture - DR和Capture - IR状态：分别在选择数据寄存器扫描和指令寄存器扫描时，相应寄存器捕获指定的数据值。
• Shift - DR和Shift - IR状态：所选寄存器被置于TDI和TDO之间的扫描路径中，数据或指令在每个TCK周期中串行移位。
• Exit1 - DR/IR和Exit2 - DR/IR状态：用于结束数据寄存器或指令寄存器的扫描，且可以不重新捕获寄存器而返回Shift状态。
• Pause - DR/IR状态：可暂停和恢复数据寄存器或指令寄存器的扫描操作，而不会丢失数据。
• Update - DR/IR状态：如果当前指令要求更新所选寄存器，则在进入此状态后的TCK下降沿进行更新。

电气和时序特性

绝对最大额定值

设备在不同参数下有明确的绝对最大额定值，如电源电压范围为 - 0.5 V到4.6 V，输入电压范围等也有相应限制。超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏。

推荐工作条件

不同型号的设备（如SN54和SN74系列）在电源电压、输入输出电压、电流等方面有推荐的工作范围。例如，电源电压推荐范围为2.7 V到3.6 V。

电气特性

在推荐的工作温度范围内，设备在输出电压、输入电流、电源电流等方面有特定的电气特性。如(V_{OH})（高电平输出电压）在不同测试条件下有不同的值。

时序要求

在正常模式和测试模式下，设备对时钟频率、脉冲持续时间、建立时间、保持时间等时序参数都有要求。例如，在正常模式下，(CLK{AB})或(CLK{BA})的时钟频率推荐范围为0到100 MHz（某些条件下为0到80 MHz）。

封装和订购信息

设备提供64引脚塑料薄收缩小外形（DGG）封装选项，部分型号如74LVTH18514DGGRE4、SN74LVTH18514DGGR处于ACTIVE状态，推荐用于新设计，且为无铅（RoHS）产品。

这些设备凭借其丰富的功能和良好的电气性能，在电路板测试和系统设计中具有广阔的应用前景。电子工程师在使用这些设备时，需要充分理解其工作原理和特性，合理设计电路，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。