深入解析SN54BCT8374A与SN74BCT8374A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。今天我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的SN54BCT8374A和SN74BCT8374A扫描测试设备，这两款设备在边界扫描测试方面具有显著优势。

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产品概述

SN54BCT8374A和SN74BCT8374A是德州仪器SCOPE可测试性集成电路家族的成员，它们采用八进制边沿触发D型触发器，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，可以实现对测试电路的扫描访问。

产品特性

• 功能等效：在正常模式下，这些设备在功能上等同于’F374和’BCT374八进制D型触发器。
• 兼容性：与IEEE标准1149.1 - 1990（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构兼容。
• 测试操作同步：测试操作与测试访问端口（TAP）同步。
• 可选测试复位信号：通过识别TMS引脚上的双高电平电压（10 V）来实现可选的测试复位信号。
• SCOPE指令集：支持IEEE标准1149.1 - 1990所需的指令，以及可选的INTEST、CLAMP和HIGHZ指令，还具备并行签名分析、伪随机模式生成等功能。

封装选项

产品提供多种封装选项，包括塑料小外形（DW）封装、陶瓷芯片载体（FK）、标准塑料（NT）和陶瓷（JT）300 - mil DIP封装。SN54BCT8374A适用于军事温度范围（ - 55°C至125°C），而SN74BCT8374A适用于商业温度范围（0°C至70°C）。

工作模式

正常模式

在正常模式下，设备的功能与’F374和’BCT374八进制D型触发器相同。此时，测试电路可以被TAP激活，以对设备端子上的数据进行快照采样，或者对边界测试单元进行自检。激活TAP不会影响SCOPE八进制触发器的正常功能操作。

测试模式

在测试模式下，SCOPE八进制触发器的正常操作被禁止，测试电路被启用，以观察和控制设备的I/O边界。测试电路可以执行IEEE标准1149.1 - 1990中描述的边界扫描测试操作。

测试架构

TAP接口

串行测试信息通过符合IEEE标准1149.1 - 1990的4线测试总线（TAP）传输。测试指令、测试数据和测试控制信号都通过该串行测试总线传递。TAP控制器监控测试总线上的两个信号：TCK和TMS，并从中提取同步（TCK）和状态控制（TMS）信号，为设备中的测试结构生成适当的片上控制信号。

TAP控制器状态图

TAP控制器是一个同步有限状态机，提供整个设备的测试控制信号。其状态图符合IEEE标准1149.1 - 1990，包含16个状态，其中6个稳定状态和10个不稳定状态。稳定状态是TAP控制器可以在连续的TCK周期内保持的状态。通过TMS在TCK上升沿的电平，TAP控制器在不同状态之间转换。

主要状态及功能

• Test - Logic - Reset：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BYPASS指令的二进制值11111111，边界控制寄存器被重置为选择PSA测试操作的二进制值10。
• Run - Test/Idle：TAP控制器在执行任何测试操作之前必须经过此状态。在该状态下，测试逻辑可以处于活动测试状态或空闲状态。
• Select - DR - Scan和Select - lR - Scan：这两个状态用于选择数据寄存器扫描或指令寄存器扫描，本身不执行特定功能，TAP控制器在下一个TCK周期退出这些状态。
• Capture - DR：当选择数据寄存器扫描时，TAP控制器必须经过此状态。在该状态下，选定的数据寄存器可以根据当前指令捕获数据值。
• Shift - DR：进入此状态后，数据寄存器被置于TDI和TDO之间的扫描路径中，TDO从高阻抗状态变为活动状态。在稳定的Shift - DR状态下，数据在每个TCK周期内通过选定的数据寄存器串行移位。
• Exit1 - DR和Exit2 - DR：这两个临时状态用于结束数据寄存器扫描，可以在不重新捕获数据寄存器的情况下返回Shift - DR状态。
• Pause - DR：该稳定状态不执行特定功能，TAP控制器可以无限期停留，用于暂停和恢复数据寄存器扫描操作而不丢失数据。
• Update - DR：如果当前指令要求用当前数据更新选定的数据寄存器，则在进入此状态后的TCK下降沿进行更新。
• Capture - IR：当选择指令寄存器扫描时，TAP控制器必须经过此状态。在该状态下，指令寄存器捕获其当前状态值。
• Shift - IR：进入此状态后，指令寄存器被置于TDI和TDO之间的扫描路径中，TDO从高阻抗状态变为活动状态。在稳定的Shift - IR状态下，指令数据在每个TCK周期内通过指令寄存器串行移位。
• Exit1 - IR和Exit2 - IR：这两个临时状态用于结束指令寄存器扫描，可以在不重新捕获指令寄存器的情况下返回Shift - IR状态。
• Pause - IR：该稳定状态不执行特定功能，TAP控制器可以无限期停留，用于暂停和恢复指令寄存器扫描操作而不丢失数据。
• Update - IR：进入此状态后的TCK下降沿，当前指令被更新并生效。

寄存器概述

指令寄存器（IR）

指令寄存器为8位长，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要选择的三个数据寄存器之一，以及在Capture - DR期间要捕获到选定数据寄存器中的数据来源。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。

数据寄存器

• 边界扫描寄存器（BSR）：18位长，每个正常功能输入引脚和输出引脚都有一个边界扫描单元（BSC）。用于存储要应用到芯片内部正常逻辑输入和/或设备输出端子的测试数据，以及捕获芯片内部正常逻辑输出和/或设备输入端子的数据。
• 边界控制寄存器（BCR）：2位长，用于在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和PSA。
• 旁路寄存器：1位扫描路径，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，设备工作在测试模式。

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，设备工作在正常模式。

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，设备工作在正常模式。

控制边界至高阻抗

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，设备工作在修改后的测试模式，所有设备输出端子置于高阻抗状态，输入端子保持正常工作。

控制边界至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，设备工作在测试模式，将输入BSC中的数据应用到芯片内部正常逻辑的输入，将输出BSC中的数据应用到设备输出端子。

边界运行测试

选择旁路寄存器进入扫描路径，设备工作在测试模式，在Run - Test/Idle期间执行BCR中指定的测试操作。

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，用于在PSA操作后检查数据。

边界自检

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，用于验证BSR的移位寄存器和影子锁存器元素的完整性，设备工作在正常模式。

边界切换输出

选择旁路寄存器进入扫描路径，在Run - Test/Idle期间，选定输出BSC的移位寄存器元素中的数据在每个TCK上升沿切换，并在每个TCK下降沿更新到影子锁存器并应用到设备输出端子，选定输入BSC中的数据保持不变并应用到芯片内部正常逻辑的输入，设备工作在测试模式。

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，必须在边界运行测试操作之前执行此操作，以指定要执行的测试操作。

边界控制寄存器指令

采样输入/切换输出（TOPSIP）

在每个TCK上升沿，设备输入端子上的数据被捕获到输入BSC的移位寄存器元素中，然后更新到输入BSC的影子锁存器并应用到芯片内部正常逻辑的输入。输出BSC的移位寄存器元素中的数据在每个TCK上升沿切换，更新到影子锁存器并在每个TCK下降沿应用到设备输出端子。

伪随机模式生成（PRPG）

在每个TCK上升沿，BSC的移位寄存器元素中生成伪随机模式，然后更新到影子锁存器并在每个TCK下降沿应用到设备输出端子，同时也更新到输入BSC的影子锁存器并应用到芯片内部正常逻辑的输入。

并行签名分析（PSA）

在每个TCK上升沿，设备输入端子上的数据被压缩成16位并行签名，存储在BSC的移位寄存器元素中，然后更新到输入BSC的影子锁存器并应用到芯片内部正常逻辑的输入，输出BSC的影子锁存器中的数据保持不变并应用到设备输出。

同时进行PSA和PRPG（PSA/PRPG）

在每个TCK上升沿，设备输入端子上的数据被压缩成8位并行签名，存储在输入BSC的移位寄存器元素中，然后更新到输入BSC的影子锁存器并应用到芯片内部正常逻辑的输入。同时，在每个TCK上升沿，输出BSC的移位寄存器元素中生成8位伪随机模式，更新到影子锁存器并在每个TCK下降沿应用到设备输出端子。

时序描述

所有测试操作与TCK同步，TDI、TMS和正常功能输入的数据在TCK上升沿捕获，TDO和正常功能输出端子的数据在TCK下降沿出现。TAP控制器通过在TCK下降沿改变TMS的值，然后施加TCK上升沿来推进其状态。

电气特性和参数

绝对最大额定值

包括电源电压范围、输入电压范围、输入钳位电流、输出电流、存储温度范围等参数。需要注意的是，超过绝对最大额定值可能会对设备造成永久性损坏。

推荐工作条件

针对SN54BCT8374A和SN74BCT8374A分别给出了电源电压、高低电平输入电压、输入钳位电流、输出电流、工作温度等参数的推荐范围。

电气特性

在推荐的工作温度范围内，给出了输入钳位电压、高低电平输出电压、输入电流、输出电流等参数的最小值、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、延迟时间等参数的要求。

开关特性

在正常模式和测试模式下，给出了时钟频率、传播延迟时间等开关特性参数。

封装信息

提供了多种封装选项的详细信息，包括可订购设备型号、状态、封装类型、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、设备标记等。

通过对SN54BCT8374A和SN74BCT8374A扫描测试设备的深入了解，我们可以看到它们在边界扫描测试方面的强大功能和广泛应用。在实际的电子设计中，合理选择和使用这些设备可以有效提高电路测试的效率和准确性。你在使用类似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。