深入剖析SN54/74ABTH18502A、SN54/74ABTH182502A扫描测试设备

一、引言

在电子设计领域，测试设备对于确保电路的可靠性和稳定性至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的SN54ABTH18502A、SN54ABTH182502A、SN74ABTH18502A、SN74ABTH182502A扫描测试设备，凭借其独特的性能和先进的技术，成为了众多工程师在设计复杂电路板时的理想选择。本文将深入剖析这些设备的特点、工作原理、寄存器配置以及相关的电气特性，希望能为工程师们在实际应用中提供有价值的参考。

文件下载：SN74ABTH18502APMR.pdf

二、产品概述

2.1 所属系列与兼容性

这些设备属于德州仪器SCOPE可测试性集成电路家族，同时也是Widebus家族的成员。它们与IEEE标准1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构兼容，这使得它们能够方便地融入现有的测试系统中，实现对复杂电路板组件的高效测试。

2.2 主要特性

• 通用总线收发器功能：在正常模式下，这些设备是18位通用总线收发器，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。可以作为两个9位收发器或一个18位收发器使用，为设计提供了灵活性。
• 总线保持功能：数据输入上的总线保持电路可将未使用或悬空的数据输入保持在有效逻辑电平，无需外部上拉电阻，简化了电路设计。
• 先进设计：采用了先进的EPIC - ΙΙB BiCMOS设计，每个I/O端口都有一个边界扫描单元，提高了扫描效率。
• 丰富的指令集：支持SCOPE指令集，包括IEEE标准1149.1 - 1990要求的指令以及可选的CLAMP和HIGHZ指令，还具备并行签名分析、伪随机模式生成等功能。

2.3 封装形式

提供64引脚塑料薄四方扁平（PM）封装和68引脚陶瓷四方扁平（HV）封装两种选择，以满足不同应用场景的需求。

三、工作模式与数据流动控制

3.1 正常模式

在正常模式下，设备作为18位通用总线收发器工作。数据在A总线和B总线之间的流动由输出使能（OEAB和OEBA）、锁存使能（LEAB和LEBA）和时钟（CLKAB和CLKBA）输入控制。

以A到B的数据流动为例，当LEAB为高电平时，设备工作在透明模式；当LEAB为低电平时，A总线数据在CLKAB保持静态低或高逻辑电平时被锁存，或者在CLKAB从低到高的转换时被存储。当OEAB为低电平时，B输出有效；当OEAB为高电平时，B输出处于高阻态。B到A的数据流动原理类似，只是使用OEBA、LEBA和CLKBA输入。

3.2 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。测试电路根据IEEE标准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（TDI、TDO、TMS和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）。

四、测试架构与状态机

4.1 测试总线与TAP控制器

串行测试信息通过符合IEEE标准1149.1 - 1990的4线测试总线（TAP）进行传输。TAP控制器监控测试总线上的TCK和TMS信号，从中提取同步（TCK）和状态控制（TMS）信号，并为设备中的测试结构生成适当的片上控制信号。

4.2 TAP控制器状态机

TAP控制器是一个同步有限状态机，共有16个状态，包括6个稳定状态和10个不稳定状态。它根据TCK上升沿时TMS的电平来切换状态，主要有两条路径：一条用于访问和控制选定的数据寄存器，另一条用于访问和控制指令寄存器。

• Test - Logic - Reset状态：设备上电时处于此状态，测试逻辑被复位并禁用，设备执行正常逻辑功能。指令寄存器被重置为选择IDCODE指令的二进制值10000001，边界扫描寄存器的部分位被重置为逻辑1，边界控制寄存器被重置为二进制值010，选择PSA测试操作。
• Run - Test/Idle状态：在执行任何测试操作之前，TAP控制器必须经过此状态。这是一个稳定状态，测试逻辑可以处于活动测试状态或空闲状态。
• 其他状态：包括Select - DR - Scan、Select - IR - Scan、Capture - DR、Shift - DR等，每个状态都有特定的功能，用于完成数据寄存器和指令寄存器的扫描、更新等操作。

五、寄存器配置

5.1 指令寄存器（IR）

指令寄存器为8位，用于告诉设备执行什么指令。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、在数据寄存器扫描时选择哪个数据寄存器以及在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，当前指令被更新。上电或处于Test - Logic - Reset状态时，IR被重置为二进制值10000001，选择IDCODE指令。

5.2 数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：48位长，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。用于存储要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和设备输入引脚处的数据。在Capture - DR期间，捕获的数据来源由当前指令确定。上电或在Test - Logic - Reset状态下，BSCs 47 - 44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良性值。
• 边界控制寄存器（BCR）：3位长，用于在边界运行测试（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）。上电或在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：1位扫描路径，可选择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位长，可选择并读取以识别设备的制造商、部件编号和版本。对于’ABTH18502A和’ABTH182502A，分别在Capture - DR状态下捕获特定的二进制值以进行识别。

六、指令与操作

6.1 指令寄存器操作码

设备支持多种指令，每种指令都有特定的功能和操作模式。例如，EXTEST指令用于边界扫描，IDCODE指令用于识别读取，SAMPLE/PRELOAD指令用于采样边界等。不支持的SCOPE指令默认执行BYPASS指令。

6.2 边界控制寄存器操作码

BCR操作码根据BCR位2 - 0进行解码，在RUNT指令的Run - Test/Idle状态下执行选定的测试操作。包括样本输入/切换输出（TOPSIP）、伪随机模式生成（PRPG）、并行签名分析（PSA）、同时进行PSA和PRPG（PSA/PRPG）以及同时进行PSA和二进制计数（PSA/COUNT）等操作。

七、电气特性与参数

7.1 绝对最大额定值

包括电源电压范围、输入电压范围、输出电流等参数，使用时应确保不超过这些额定值，以免对设备造成永久性损坏。

7.2 推荐工作条件

不同型号的设备在电源电压、输入电压、输出电流、输入转换速率和工作温度等方面有推荐的工作范围，遵循这些条件可以确保设备的性能和可靠性。

7.3 电气特性

详细列出了在推荐工作温度范围内的各种电气参数，如输入钳位电压、输出高电平电压、输出低电平电压、输入电流、输出电流等，为电路设计提供了精确的参考。

7.4 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、保持时间和延迟时间等时序参数都有明确的要求，工程师在设计电路时需要严格满足这些要求，以确保设备的正常工作。

7.5 开关特性

给出了不同模式下的开关特性参数，如最大时钟频率、传播延迟时间、使能和禁用时间等，这些参数对于评估设备的性能和响应速度非常重要。

八、总结与思考

德州仪器的SN54/74ABTH18502A、SN54/74ABTH182502A扫描测试设备以其丰富的功能、先进的设计和良好的兼容性，为电子工程师在复杂电路板测试方面提供了强大的工具。然而，在实际应用中，我们也需要充分考虑这些设备的电气特性、时序要求和操作指令，以确保其性能的充分发挥。

例如，在选择合适的指令进行测试时，需要根据具体的测试需求和电路特点进行权衡；在设计电路板时，要严格遵循设备的推荐工作条件和时序要求，以避免出现信号干扰、数据丢失等问题。同时，对于这些设备的进一步研究和探索，也有助于我们更好地理解边界扫描技术和测试架构，为未来的电子设计和测试提供更多的思路和方法。

你在使用这些设备的过程中遇到过哪些问题？你对它们的性能和应用有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。