深入解析SN54ABT8646和SN74ABT8646扫描测试设备

在电子设计领域，测试设备对于确保电路的可靠性和性能至关重要。今天我们要深入探讨的是德州仪器（Texas Instruments）的SN54ABT8646和SN74ABT8646扫描测试设备，它们在电路测试和调试中发挥着关键作用。

文件下载：SN74ABT8646DWRG4.pdf

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，兼容IEEE标准1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构。这两款设备在正常功能模式下与'F646和'ABT646功能等效，并且具备丰富的测试功能，能够帮助工程师更高效地进行电路测试和故障查找。

特点与优势

• 支持IEEE 1149.1标准：符合该标准的边界扫描功能，方便进行复杂电路板组件的测试。
• 多种测试指令：支持IEEE标准要求的指令，还包括可选的INTEST、CLAMP和HIGHZ指令，提供了更灵活的测试方式。
• 并行签名分析和伪随机模式生成：可以对输入进行并行签名分析，并从输出生成伪随机模式，有助于检测电路中的故障。
• 低功耗设计：采用先进的EPIC - IIB BICMOS设计，显著降低了功耗。
• 多种封装选项：包括塑料小外形（DW）、收缩小外形（DL）封装、陶瓷芯片载体（FK）和标准陶瓷DIP（JT）封装，满足不同应用场景的需求。

功能原理

正常模式功能

在正常模式下，SN54ABT8646和SN74ABT8646作为八进制总线收发器和寄存器工作。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，根据DIR的高低电平决定数据传输方向（A到B或B到A）；当OE为高电平时，A和B输出处于高阻抗状态，有效隔离两条总线。

数据流动由时钟（CLKAB和CLKBA）和选择（SAB和SBA）输入控制。数据在时钟信号的上升沿被锁存到相关寄存器中，根据选择信号的高低电平，可以选择实时数据或存储数据进行传输。

测试模式功能

在测试模式下，设备的正常操作被抑制，测试电路被启用。通过四个专用测试引脚（TDI、TDO、TMS和TCK）控制测试电路的操作。测试电路可以进行边界扫描测试操作，如并行签名分析（PSA）和伪随机模式生成（PRPG），所有测试和扫描操作都与TAP接口同步。

寄存器概述

指令寄存器（IR）

指令寄存器是一个8位寄存器，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选择哪个数据寄存器以及在Capture - DR期间捕获到所选数据寄存器的数据来源等信息。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：40位长，为每个正常功能输入引脚包含一个边界扫描单元（BSC），每个正常功能I/O引脚包含两个BSC（一个用于输入数据，一个用于输出数据），以及每个内部解码的输出使能信号（OEA和OEB）包含一个BSC。用于存储要应用到芯片内部逻辑输入和/或设备输出引脚的测试数据，以及捕获芯片内部逻辑输出和/或设备输入引脚的数据。
• 边界控制寄存器（BCR）：11位长，用于在RUNT指令上下文中实现基本SCOPE指令集未包含的额外测试操作，如PRPG、带输入掩码的PSA和二进制计数（COUNT）。
• 旁路寄存器：1位扫描路径，可以选择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。

指令操作

边界扫描

符合IEEE标准1149.1 - 1990的EXTEST和INTEST指令。选择BSR进入扫描路径，捕获设备输入引脚和芯片内部逻辑输出的数据，并将扫描到的输入和输出数据应用到相应的位置，设备处于测试模式。

旁路扫描

符合IEEE标准1149.1 - 1990的BYPASS指令。选择旁路寄存器进入扫描路径，在Capture - DR期间捕获逻辑0值，设备处于正常模式。

采样边界

符合IEEE标准1149.1 - 1990的SAMPLE/PRELOAD指令。选择BSR进入扫描路径，捕获设备输入引脚和芯片内部逻辑输出的数据，设备处于正常模式。

控制边界到高阻抗

符合IEEE标准1149.1a - 1993的HIGHZ指令。选择旁路寄存器进入扫描路径，在Capture - DR期间捕获逻辑0值，设备处于修改后的测试模式，所有设备I/O引脚处于高阻抗状态，设备输入引脚保持工作，芯片内部逻辑正常工作。

控制边界到1/0

符合IEEE标准1149.1a - 1993的CLAMP指令。选择旁路寄存器进入扫描路径，在Capture - DR期间捕获逻辑0值，将输入BSC中的数据应用到芯片内部逻辑输入，将输出BSC中的数据应用到设备输出引脚，设备处于测试模式。

边界运行测试

选择旁路寄存器进入扫描路径，在Capture - DR期间捕获逻辑0值，设备处于测试模式。在Run - Test/Idle状态下执行BCR中指定的测试操作，包括采样输入/切换输出（TOPSIP）、PRPG、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）。

边界读取

选择BSR进入扫描路径，在Capture - DR期间BSR的值保持不变，该指令对于检查PSA操作后的数据很有用。

边界自测试

选择BSR进入扫描路径，在Capture - DR期间所有BSC捕获其当前值的反值，通过读取阴影锁存器的内容可以验证BSR的移位寄存器和阴影锁存器元素的完整性，设备处于正常模式。

边界切换输出

选择旁路寄存器进入扫描路径，在Capture - DR期间捕获逻辑0值。在Run - Test/Idle状态下，所选输出BSC的移位寄存器元素中的数据在TCK的每个上升沿切换，更新到阴影锁存器中，并在TCK的每个下降沿应用到相关设备输出引脚。所选输入BSC中的数据保持不变，并应用到芯片内部逻辑输入，设备输入引脚的数据不被捕获，设备处于测试模式。

边界控制寄存器扫描

选择BCR进入扫描路径，在Capture - DR期间BCR的值保持不变。在进行边界运行测试操作之前，必须执行此操作以指定要执行的测试操作。

边界控制寄存器操作

PSA输入掩码

BCR的10 - 3位指定要从PSA操作中屏蔽的设备输入引脚。当对应设备输入的掩码位为逻辑1时，该设备输入引脚被屏蔽，其状态被忽略，对生成的签名没有影响；当掩码位为逻辑0时，该设备输入不被屏蔽。

采样输入/切换输出（TOPSIP）

在TCK的每个上升沿，所选设备输入引脚的数据被捕获到所选BSC的移位寄存器元素中，更新到所选输入BSC的阴影锁存器中，并应用到芯片内部逻辑输入。所选输出BSC的移位寄存器元素中的数据在TCK的每个上升沿切换，更新到阴影锁存器中，并在TCK的每个下降沿应用到相关设备输出引脚。

伪随机模式生成（PRPG）

在TCK的每个上升沿，在所选BSC的移位寄存器元素中生成伪随机模式，更新到阴影锁存器中，并在TCK的每个下降沿应用到相关设备输出引脚。该数据也更新到所选输入BSC的阴影锁存器中，并应用到芯片内部逻辑输入。在执行此操作之前，应将初始种子值扫描到BSR中，全零种子值不会产生额外的模式。

并行签名分析（PSA）

在TCK的每个上升沿，所选设备输入引脚的数据被压缩成16位并行签名，存储在所选BSC的移位寄存器元素中，更新到所选输入BSC的阴影锁存器中，并应用到芯片内部逻辑输入。所选输出BSC的阴影锁存器中的数据保持不变，并应用到设备输出。在执行此操作之前，应将初始种子值扫描到BSR中。

同时进行PSA和PRPG（PSA/PRPG）

在TCK的每个上升沿，所选设备输入引脚的数据被压缩成8位并行签名，存储在所选输入BSC的移位寄存器元素中，更新到所选输入BSC的阴影锁存器中，并应用到芯片内部逻辑输入。同时，在所选输出BSC的移位寄存器元素中生成8位伪随机模式，更新到阴影锁存器中，并在TCK的每个下降沿应用到相关设备输出引脚。在执行此操作之前，应将初始种子值扫描到BSR中，全零种子值不会产生额外的模式。

同时进行PSA和二进制计数（PSA/COUNT）

在TCK的每个上升沿，所选设备输入引脚的数据被压缩成8位并行签名，存储在所选输入BSC的移位寄存器元素中，更新到所选输入BSC的阴影锁存器中，并应用到芯片内部逻辑输入。同时，在所选输出BSC的移位寄存器元素中生成8位二进制计数模式，更新到阴影锁存器中，并在TCK的每个下降沿应用到相关设备输出引脚。此外，相反输出BSC的移位寄存器元素对所选输出BSC的进位进行计数，将计数扩展到16位。在执行此操作之前，应将初始种子值扫描到BSR中。

时序描述

所有测试操作都与TCK同步。TDI、TMS和正常功能输入的数据在TCK的上升沿被捕获，TDO和正常功能输出引脚的数据在TCK的下降沿出现。TAP控制器通过在TCK的下降沿改变TMS的值，然后施加TCK的上升沿来推进其状态。

电气特性和参数

绝对最大额定值

给出了输入电压范围、存储温度范围等参数，超出这些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以及工作自由空气温度等参数，不同型号（SN54ABT8646和SN74ABT8646）的工作温度范围有所不同。

电气特性

详细列出了各种参数，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、输出高阻态电流、电源电流等，以及不同条件下的最小值、典型值和最大值。

时序要求

分别给出了正常模式和测试模式下的时钟频率、脉冲持续时间、建立时间、保持时间、延迟时间和上升时间等参数。

开关特性

包括正常模式和测试模式下的最大时钟频率、传输延迟时间、上升时间、下降时间等参数。

封装信息

提供了多种封装选项，包括LCCC（FK）、CDIP（JT）、SSOP（DL）和SOIC（DW）等，不同封装的引脚数量、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也有所不同。

总结

SN54ABT8646和SN74ABT8646扫描测试设备凭借其丰富的功能和灵活的测试方式，为电子工程师提供了强大的工具，能够有效地进行电路测试和调试。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的封装和测试指令，以确保电路的可靠性和性能。你在使用这类测试设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。