SN54ABT18504与SN74ABT18504扫描测试设备：20位通用总线收发器的深度剖析

一、产品概述

SN54ABT18504和SN74ABT18504是德州仪器（Texas Instruments）SCOPE可测试性IC系列的成员，支持IEEE标准1149.1 - 1990边界扫描，有助于复杂电路板组件的测试。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。SN54ABT18504适用于 - 55°C至125°C的全军事温度范围，而SN74ABT18504适用于 - 40°C至85°C的温度范围。

文件下载：SN74ABT18504PMR.pdf

二、产品特性

2.1 通用总线收发器功能

在正常模式下，它们是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。

2.2 测试模式功能

测试模式下，正常的SCOPE通用总线收发器操作被抑制，测试电路启用，可观察和控制设备的I/O边界。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，还能执行并行签名分析、伪随机模式生成等测试功能。

2.3 边界扫描单元设计

每个I/O引脚使用两个边界扫描单元（BSCs），提供了额外的灵活性，允许在任一总线（A或B）上独立捕获和强制测试数据。

2.4 先进设计与低功耗

采用先进的EPIC - ΙΙB BiCMOS设计，显著降低了功耗。

三、测试架构

3.1 4线测试总线

串行测试信息通过符合IEEE标准1149.1 - 1990的4线测试总线或测试访问端口（TAP）传输。TAP控制器监控TCK和TMS信号，提取同步和状态控制信号，为设备中的测试结构生成适当的片上控制信号。

3.2 测试寄存器

设备包含一个8位指令寄存器和四个测试数据寄存器：88位边界扫描寄存器、23位边界控制寄存器、1位旁路寄存器和32位设备识别寄存器。

四、TAP控制器状态图

4.1 状态组成

TAP控制器是一个同步有限状态机，由16个状态组成，包括6个稳定状态和10个不稳定状态。

4.2 主要路径

有两条主要路径：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，一次只能访问一个寄存器。

4.3 各状态功能

• Test - Logic - Reset：设备上电进入此状态，测试逻辑复位并禁用，正常逻辑功能执行。
• Run - Test/Idle：执行任何测试操作前必须经过此状态，可处于测试活跃或空闲状态。
• Select - DR - Scan和Select - lR - Scan：用于选择数据寄存器扫描或指令寄存器扫描。
• Capture - DR和Capture - IR：分别用于捕获选定数据寄存器和指令寄存器的数据。
• Shift - DR和Shift - IR：数据在选定寄存器中串行移位。
• Exit1 - DR、Exit2 - DR、Exit1 - IR和Exit2 - IR：用于结束数据寄存器或指令寄存器扫描。
• Pause - DR和Pause - IR：可暂停和恢复扫描操作而不丢失数据。
• Update - DR和Update - IR：更新选定寄存器的数据。

五、寄存器概述

5.1 指令寄存器

8位长，用于告诉设备要执行的指令，包括操作模式、测试操作、选择的数据寄存器和数据捕获源。在Capture - IR状态捕获二进制值10000001，Update - IR状态更新当前指令。

5.2 数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：88位，用于存储测试数据和捕获数据。每个正常功能输入引脚有一个BSC，每个正常功能I/O引脚有两个BSC。
• 边界控制寄存器（BCR）：23位，用于实现基本SCOPE指令集之外的额外测试操作，如伪随机模式生成、并行签名分析和二进制计数。
• 旁路寄存器：1位，可缩短系统扫描路径长度。
• 设备识别寄存器（IDR）：32位，用于识别设备的制造商、部件号和版本。

六、指令寄存器操作码

6.1 边界扫描

符合IEEE标准1149.1 - 1990的EXTEST和INTEST指令，选择边界扫描寄存器，设备处于测试模式。

6.2 旁路扫描

符合IEEE标准1149.1 - 1990的BYPASS指令，选择旁路寄存器，设备处于正常模式。

6.3 采样边界

符合IEEE标准1149.1 - 1990的SAMPLE/PRELOAD指令，选择边界扫描寄存器，设备处于正常模式。

6.4 控制边界到高阻抗

符合IEEE P1149.1A HIGHZ指令，选择旁路寄存器，设备处于修改后的测试模式。

6.5 控制边界到1/0

符合IEEE P1149.1A CLAMP指令，选择旁路寄存器，设备处于测试模式。

6.6 边界运行测试

选择旁路寄存器，设备处于测试模式，执行边界控制寄存器指定的测试操作。

6.7 边界读取

选择边界扫描寄存器，用于检查PSA操作后的数据。

6.8 边界自测试

选择边界扫描寄存器，所有BSC捕获其当前值的反值，设备处于正常模式。

6.9 边界切换输出

选择旁路寄存器，设备处于测试模式，选定输出BSC的移位寄存器元素数据在TCK上升沿切换。

6.10 边界控制寄存器扫描

选择边界控制寄存器，在边界运行测试操作前执行，以指定要执行的测试操作。

七、边界控制寄存器操作码

7.1 采样输入/切换输出（TOPSIP）

在TCK上升沿捕获选定设备输入引脚的数据，并更新到输入BSC的影子锁存器，同时切换输出BSC的数据。

7.2 伪随机模式生成（PRPG）

在TCK上升沿在选定BSC的移位寄存器元素中生成伪随机模式，并应用到设备输出引脚。

7.3 并行签名分析（PSA）

在TCK上升沿将选定设备输入引脚的数据压缩成40位并行签名。

7.4 同时PSA和PRPG（PSA/PRPG）

同时进行20位并行签名分析和20位伪随机模式生成。

7.5 同时PSA和二进制计数（PSA/COUNT）

同时进行20位并行签名分析和20位二进制计数。

八、时序描述

所有测试操作与测试时钟（TCK）同步，TDI、TMS和正常功能输入的数据在TCK上升沿捕获，TDO和正常功能输出引脚的数据在TCK下降沿出现。

九、电气特性与参数

9.1 绝对最大额定值

包括电源电压范围、输入电压范围、输出电压范围、电流等参数，超出这些额定值可能导致设备永久损坏。

9.2 推荐工作条件

不同型号（SN54ABT18504和SN74ABT18504）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不同的推荐值。

9.3 电气特性

在推荐工作温度范围内，给出了输入钳位电压、输出高电平电压、输出低电平电压、输入电流、输出高阻态电流等参数。

9.4 时序要求

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有不同的要求。

9.5 开关特性

正常模式和测试模式下，给出了最大时钟频率、传播延迟时间、使能和禁用时间等参数。

十、封装与布局

10.1 封装信息

提供了SN74ABT18504的封装类型（LQFP）、引脚数、包装数量、环保计划、引脚镀层/球材料、MSL峰值温度、工作温度和设备标记等信息。

10.2 示例布局

包括示例电路板布局和示例模板设计，并给出了相关的注意事项。

SN54ABT18504和SN74ABT18504扫描测试设备凭借其丰富的功能和先进的设计，为电子工程师在电路板测试和开发中提供了强大的工具。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择和使用这些设备，以确保系统的可靠性和性能。你在使用这类设备时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。