德州仪器SN54ABT8646与SN74ABT8646扫描测试设备深度解析

在如今的电子设备设计中，复杂电路的测试与验证变得至关重要，而德州仪器（TI）的SCOPETM系列测试性产品为解决这一问题提供了优秀的方案。其中，SN54ABT8646和SN74ABT8646这两款扫描测试设备，结合了八进制总线收发器和寄存器功能，在电路测试领域展现出强大的实力。

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产品概述

SN54ABT8646和SN74ABT8646是德州仪器SCOPETM可测试性集成电路家族的成员，与IEEE标准1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构兼容。这意味着它们能够为复杂电路板组件的测试提供便利，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。在正常模式下，它们在功能上等同于F646和ABT646八进制总线收发器和寄存器。

两款产品在温度适用范围上有所区别，SN54ABT8646适用于-55°C到125°C的全军事温度范围，而SN74ABT8646适用于 -40°C 到 85°C 的温度范围。同时，它们提供多种封装选项，包括塑料小外形（DW）和收缩小外形（DL）封装、陶瓷芯片载体（FK）以及标准陶瓷双列直插式封装（JT）。

工作模式

正常模式

在正常工作模式下，收发器功能由输出使能（OE）和方向（DIR）输入控制。当OE为低电平时，收发器激活，DIR为高电平时数据从A总线传输到B总线，DIR为低电平时数据从B总线传输到A总线；当OE为高电平时，A和B输出都处于高阻抗状态，有效隔离两条总线。

数据的流动由时钟（CLKAB和CLKBA）和选择（SAB和SBA）输入控制。例如，CLKAB的上升沿将A总线上的数据时钟输入到相关寄存器中，SAB的电平状态决定是选择实时A数据还是存储的A数据传输到B总线。

测试模式

进入测试模式后，SCOPETM总线收发器和寄存器的正常操作被禁止，测试电路启用，用于观察和控制设备的输入输出边界。四个专用测试引脚控制测试电路的操作：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）。测试电路还能执行诸如并行签名分析（PSA）、伪随机模式生成（PRPG）等测试功能，所有测试和扫描操作都与TAP接口同步。

测试架构与寄存器

测试架构

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TCK和TMS信号，从中提取同步和状态控制信号，并为设备中的测试结构生成适当的片上控制信号。TAP控制器是一个同步有限状态机，其状态图包含16个状态，分为6个稳定状态和10个不稳定状态，有两条主要路径分别用于访问和控制选定的数据寄存器以及访问和控制指令寄存器。

寄存器介绍

1. 指令寄存器（IR）：长度为8位，用于告诉设备要执行的指令，包括操作模式（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选择哪个数据寄存器以及在Capture - DR期间捕获到选定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，更新当前指令并使指定的模式更改生效。上电或处于Test - Logic - Reset状态时，IR被重置为二进制值11111111，选择BYPASS指令。
2. 数据寄存器
   • 边界扫描寄存器（BSR）：长度为40位，包含用于正常功能输入引脚的边界扫描单元（BSC）、用于正常功能I/O引脚的两个BSC（一个用于输入数据，一个用于输出数据）以及用于内部解码输出使能信号（OEA和OEB）的BSC。它用于存储要应用到正常片上逻辑输入和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出现的数据。上电或处于Test - Logic - Reset状态时，每个BSC的值被重置为逻辑0。
   • 边界控制寄存器（BCR）：长度为11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PRPG、带输入屏蔽的PSA和二进制计数（COUNT）。上电或处于Test - Logic - Reset状态时，BCR被重置为二进制值00000000010，选择无输入屏蔽的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，从而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。

指令与操作

指令寄存器操作码

指令寄存器的操作码决定了设备的具体操作。例如，Boundary scan指令遵循IEEE标准的EXTEST和INTEST指令，选择BSR进行扫描，将设备输入引脚的数据捕获到输入BSC，将正常片上逻辑输出的数据捕获到输出BSC，设备处于测试模式；Bypass scan指令遵循IEEE标准的BYPASS指令，选择旁路寄存器进行扫描，捕获逻辑0，设备处于正常模式等。不同的指令对应不同的功能和操作模式，为工程师提供了丰富的测试选择。

边界控制寄存器操作码

BCR操作码由BCR的2 - 0位解码得出，在RUNT指令执行的Run - Test/Idle状态下执行选定的测试操作。例如，Sample inputs/toggle outputs（TOPSIP）操作在每个TCK上升沿捕获选定设备输入引脚的数据到输入BSC的移位寄存器元素，并更新到影子锁存器，同时将选定输出BSC的移位寄存器元素的数据取反并更新到影子锁存器后应用到设备输出引脚；Pseudorandom pattern generation（PRPG）操作在每个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和输入逻辑等。

电气特性与参数

绝对最大额定值与推荐条件

文档中给出了产品在不同条件下的绝对最大额定值，如电源电压范围、输入输出电压范围、电流限制等。同时，也提供了推荐的工作条件，包括电源电压、输入电压、输出电流、输入转换速率和工作温度范围等。这些参数为工程师在实际应用中保证设备的正常工作和可靠性提供了重要参考。

电气和开关特性

在推荐的工作温度范围内，详细列出了设备的电气特性，如输入输出电压、电流、功耗等参数。同时，也给出了正常模式和测试模式下的开关特性，包括时钟频率、脉冲持续时间、建立时间、保持时间、延迟时间和上升时间等。这些特性直接影响到设备在实际电路中的性能表现，工程师需要根据具体的设计需求进行合理选择和优化。

总结

SN54ABT8646和SN74ABT8646扫描测试设备凭借其丰富的功能、与标准兼容的测试架构以及多样的操作模式，为电子工程师在复杂电路测试和验证方面提供了有力的工具。通过对这些设备的深入理解和合理应用，能够有效提高电路测试的效率和准确性，降低设计成本和开发周期。各位电子工程师在实际项目中，不妨考虑将这两款产品纳入自己的设计方案中，相信会带来意想不到的效果。你在使用类似测试设备时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。