JTAG电路的PCB设计讲稿

jtag工作原理详解JTAG（Joint Test Action Group）是一种用于测试和调试集成电路（IC）的标准接口。

它提供了一种方便的方法来访问和控制IC内部的信号和寄存器，以便进行测试、调试和编程操作。

本文将详细解释JTAG工作原理，包括其基本原理、信号传输流程和应用案例。

一、JTAG的基本原理JTAG是一种串行接口，由四个主要信号线组成，即TCK（时钟线）、TMS（状态线）、TDI（数据输入线）和TDO（数据输出线）。

这四个信号线与目标IC的测试逻辑电路相连，通过JTAG接口与测试设备（如测试仪器或调试器）进行通信。

1. TCK（时钟线）：控制数据传输的时钟信号，用于同步数据传输。

2. TMS（状态线）：用于控制JTAG状态机的状态转换，控制JTAG接口的操作模式。

3. TDI（数据输入线）：用于将数据输入到目标IC的测试逻辑电路。

4. TDO（数据输出线）：用于从目标IC的测试逻辑电路输出数据。

JTAG接口的工作原理基于状态机的概念。

JTAG状态机有多个状态，包括测试逻辑重置状态（Test-Logic-Reset）、IDCODE读取状态（IDCODE）、数据移位状态（Data-Shift）、指令移位状态（Instruction-Shift）等。

通过TMS信号的控制，可以在不同的状态之间切换，实现不同的操作。

二、JTAG信号传输流程JTAG信号传输流程包括初始化、指令传输、数据传输和结束四个步骤。

下面将详细介绍每个步骤的具体操作。

1. 初始化在初始化阶段，测试设备通过TCK信号向目标IC发送一系列的时钟脉冲，将其置于测试逻辑重置状态（Test-Logic-Reset）。

这个过程称为测试逻辑重置。

2. 指令传输在指令传输阶段，测试设备通过TMS和TDI信号向目标IC发送指令，控制其进入指令移位状态（Instruction-Shift）。

指令可以是读取IDCODE、设置寄存器或执行其他特定操作的命令。

pcb课程设计实验报告本次课程设计实验的内容是设计一块包含多个功能的PCB电路板，该电路板包含电源管理、信号放大、滤波和控制逻辑等多个模块。

本文将从电路板的设计思路、实验步骤、成果展示和问题与改进等方面进行阐述。

一、设计思路该电路板的设计需要考虑电源管理、信号放大、滤波和控制逻辑等多个方面，并且需要将这些模块有机地结合在一起，保证整个电路板的性能和可靠性。

在设计中，我们选用了TI的TINA软件进行仿真，并根据仿真的结果对电路进行了优化设计，最终得到了符合要求的电路原理图和PCB电路板布局图。

二、实验步骤1、电源管理模块设计：该模块主要包括两个先后级别的稳压电路和一个电压监测芯片。

先后级别的稳压电路用于将电源电压从12V降压到5V和3.3V，保证整个电路板的稳定工作。

电压监测芯片用于监测电池电压，在电压低于预设值时发出警报信号。

2、信号放大和滤波模块设计：该模块主要用于放大和滤波采集到的传感器信号。

我们选用了一款高精度可编程运放作为信号放大电路的核心部件，并在其前后分别添加了高通和低通滤波器，以保证信号的稳定性和精度。

3、控制逻辑模块设计：该模块主要用于控制整个电路板的工作，并且需要能够根据用户的输入产生相应的控制信号。

我们选用了一款基于STM32F0的微控制器，并在其周围添加了相应的外设电路，比如USB接口、LCD显示屏和按键输入等。

4、PCB电路板设计：在得到以上模块的原理图和电路板布局图后，我们对整个电路板进行了逐层布线和优化设计，并且通过3D模拟软件进行了可视化仿真。

最终，我们得到了一块符合要求的PCB电路板。

三、成果展示最终实验成果如下图所示：（此处插入图片）可以看到，整个电路板具有紧凑、结构合理、线路清晰等特点，并且每个模块都可以独立集成或拆卸。

在实际测试中，该电路板的各模块均能正常工作，达到了预期的效果和性能。

四、问题与改进在设计中，我们也遇到了一些问题，比如信号放大的误差问题、电源管理的功耗问题等。

JTAG电路的工作原理JTAG（Joint Test Action Group）是一种用于测试和调试集成电路的标准接口。

它提供了一种可靠、高效的方法来访问和控制电路上的内部信号和寄存器。

本文将详细介绍JTAG电路的工作原理。

一、JTAG电路的基本原理JTAG接口由四根线组成，包括TCK（时钟线）、TMS（状态线）、TDI（数据输入线）和TDO（数据输出线）。

这四根线构成了一个环形移位寄存器（Shift Register）。

1. 环形移位寄存器环形移位寄存器是一种能够将数据按位进行串行输入和输出的寄存器。

在JTAG接口中，环形移位寄存器被用来传输和接收数据。

2. 时钟线（TCK）TCK是JTAG接口中的时钟信号线，用于同步数据的传输。

时钟信号的频率可以根据需要进行调整。

3. 状态线（TMS）TMS是JTAG接口中的状态信号线，用于控制JTAG电路的状态转换。

通过改变TMS的状态，可以实现从一个状态到另一个状态的转换。

4. 数据输入线（TDI）TDI是JTAG接口中的数据输入信号线，用于将数据输入到JTAG电路中。

5. 数据输出线（TDO）TDO是JTAG接口中的数据输出信号线，用于将数据从JTAG电路输出。

二、JTAG电路的工作过程JTAG电路的工作过程可以分为两个阶段：测试模式和调试模式。

1. 测试模式在测试模式下，JTAG电路用于测试集成电路的功能和性能。

测试模式分为两个阶段：测试数据加载和测试数据传输。

（1）测试数据加载首先，将测试数据按位输入到环形移位寄存器中。

数据的输入顺序可以根据需要进行调整。

（2）测试数据传输接下来，通过时钟信号的控制，将测试数据从环形移位寄存器中按位传输到被测试电路中。

被测试电路对输入的测试数据进行处理，并将结果输出到环形移位寄存器中。

2. 调试模式在调试模式下，JTAG电路用于调试集成电路的硬件和软件。

调试模式分为三个阶段：调试数据加载、调试数据传输和调试数据输出。

高速设计分析技术Agenda 课程安排High Speed Trends 高速设计趋势y gSynchronous Design 同步系统设计Source Synchronous Design 源同步系统设计-DDR2-DDR3Serial Link Design 高速串行设计-Interconnect consideration 互连考虑I t t id ti-Technologies 设计技术-8b/10b Encoding 8b/10b编码Trend towards serial connectivity向串行连接发展高速电路设计趋势Parallel I/O − Common Clock并行IO –共同时钟系统Pre-layout simulation for design exploration and post-layout simulation for verification可以通过SI前后仿真进行设计•Signal timing 信号时序•Signal noise 信号噪声•Undershoot and overshoot 过冲Parallel I/O − Common Clock (继续) 并行IO –共同时钟Increase data pin counts How to increase data rate? 如何提高数据速率Increase data pin counts 增加管脚Increase bus clock frequency 增加时钟频率But…… 但是……•Increase data pin counts − it’s more hard for PCB design(need more space for trace breakout, routing…..) 增加管脚造成PCB 设计困难•Increase clock frequency − it will reduce timing margin,destroy signal integrity (due to multi-drop top.), restrict data trace length, increase EMI…增加时钟频率使得时序紧张, 信号完整性问题突出, 走线线长约束严格, 电磁辐射增加…Parallel I/O − Source Synchronous并行I/O –源同步系统Provide guidelines for physical layout by sweeping the solution space 可以通过参数扫描分析确定电气约束Measurements for voltage and time specifications and worst case Measurements for voltage and time specifications and worst case report 得到最坏情况下的信号质量和时序要求Bus timing analysis 总线时序分析•Slew rate prorating/derating for Setup/Hold Time compensations (DDR2) 考虑边沿速率造成的的建立保持时间的补偿(DDR2)Increase bus clock frequency Parallel I/O − Source Synchronous (继续)并行I/O –源同步系统How to increase data rate? 如何提高数据速率Increase bus clock frequency 增加时钟频率From single strobe to dual strobe 采用读写数据采样时钟From single end strobe to differential strobe signaling 采用差分时钟•Increase bus clock frequency − there is no theoretical limit on bus clock frequency, but higher clock frequency will cause signal integrity depredation(due to multi ‐drop top.) But…… 但是……p (p p )增加时钟频率使得信号完整性问题突出…•From single strobe to differential strobe − for less timing margin while design migrates to high speed, differential strobe will increase valid timing window采用差分时钟提高速率但是因为速率提高, 时序参数更为紧张Parallel I/O -Integrating SI with Timing 并行接口分析–综合考虑SI 和时序Multiple TopologiesWaveformandSolution SpaceTiming Equation Signal Integrity and Timing Analysis integrated to one solution 信号完整性和时序分析组成一个完整的解决方案Vin_AC_HighVin_DC_HighVrefVin_DC_LowVin_AC_Low “Sim Start time” normalizedSerial I/O 串行I/OInterconnect loss of the channel (entire signal path) 考虑互连损耗Jitter controlled is required due to CDR 控制抖动Modeling complex drivers and receivers 需要更复杂的器件模型 Stress test the design with LARGE bit streams 要分析大量数据位传输S-parameter simulation (Time domain & Frequency Domain) S-参数分析, 时域和频域分析Agenda 课程安排High Speed Trends 高速设计趋势y gSynchronous Design 同步系统设计Source Synchronous Design 源同步系统设计-DDR2-DDR3Serial Link Design 高速串行设计-Interconnect consideration 互连考虑I t t id ti-Technologies 设计技术-8b/10b Encoding 8b/10b编码Synchronous Design 同步设计系统Sometimes called “Common Clock” 又叫共同时钟系统Clocks are distributed from a central point to all of the loads. 时钟信号由同一时钟源发送Max operating frequency is a function of Tco, Tpd, Setup, Hold, and M ti f i f ti f T T d S t H ld d Clock Skew最大工作频率由缓冲延时，传输延时，建立，保持时间和时钟偏移决定Synchronous Data Transfer 数据传输方式Clock 14HoldDriverT coFlight Time Setup23D0 D1 D2D0 D1 D2Driving ReceivingSynchronous Timing Terminology时序参数Cycle Time (Tcycle)时钟周期Clock Skew时钟偏移Cycle 1Cycle 2 Clock to Output (Tco)时钟输出延时Clock JitterSynchronous Timing Terminology (继续)时序参数Interconnect Delay (Tpd)互连传输延时Positive Interconnect Delay (Tpd)Negative Interconnect Delay (Tpd)Defining Tco Tco 定义Tco = time from clock rise to Vmeas into test load从时钟边沿进入器件到数据从器件输出有效的时间(数据输出接测试负载)DinClockOutput BufferInternal LogicClock rises t = 0V measT R L = 50 ΩTcoLoad for Tco measurement (from databook)Components of Tco Tco的组成ClockI t lClockDinOutputBufferInternalLogicR L= 50 Ωrisest = 0V measTcoInternal delay = from clock rise to the point where the output begins to switch内部逻辑时延External (buffer) delay = how long the buffer takes to drive the reference load to V meas缓冲器时延Clock Jitter 时钟抖动Clock Clock Jitter occurs when the clock period varies from one period to the nextDriverCycle 1Cycle 2one period to the next 考虑周期差抖动•Usually caused by PLLinstability in the clockdriver 通常由锁相环引起 Jitter increases / decreases the clock periodthe clock period,decreasing the effective clock cycle 抖动减小有效时钟周期Clock Skew 时钟偏斜Clock Driver t = 0Occurs when differentdevices see the clocktransition at differenttimesD0D0t = 1t = 2时钟到达不同器件的时延Increases / decreasesthe apparent clockcycle. Depending onwhich devices aredriving / receivingD1D2D1D2g g根据驱动接收不同变化Reduces the effectiveclock cycle 减小有效时钟周期内部偏斜和外部偏斜•时钟驱动器造成内部偏斜•而PCB布线和设计以及外部环境引起的偏斜被称为外C部偏斜tSKEW_INTRINSIC = 器件引起的偏斜tSKEW_EXTRINSIC = PCB + 布线＋工作环境引起的偏斜tSKEW = tSKEW_INTRINSIC + tSKEW_EXTRINSIC内部偏斜-输出偏斜(tSK）•单一器件的指定输出之间的偏斜(JEDEC)•输出偏斜也称为引脚到引脚的偏斜。

PCB设计基础教程目录1.高速PCB设计指南之一2.高速PCB设计指南之二3.PCB Layout指南(上)4.PCB Layout指南(下)5.PCB设计的一般原则6.PCB设计基础知识7.PCB设计基本概念8.pcb设计注意事项9.PCB设计几点体会10.PCB LAYOUT技术大全11.PCB和电子产品设计12.PCB电路版图设计的常见问题13.PCB设计中格点的设置14.新手设计PCB注意事项15.怎样做一块好的PCB板16.射频电路PCB设计17.设计技巧整理18.用PROTEL99制作印刷电路版的基本流程19.用PROTEL99SE 布线的基本流程20.蛇形走线有什么作用21.封装小知识22.典型的焊盘直径和最大导线宽度的关系23.新手上路认识PCB24.新手上路认识PCB<二>高速PCB设计指南之一高速PCB设计指南之一第一篇PCB布线在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。

PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。

布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。

必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。

一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。

并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。

JTAG电路设计规范(V1.0)深圳市金鹏飞科技发展有限公司前言本技术设计规范根据国家标准和原邮电部标准以及国际标准IEEE STD 1149.1系列标准编制而成。

1、目的目前，使用的芯片中越来越多的CPU、EPLD、FPGA、DSP以及一些专用芯片（如ATM层专用芯片）等提供符合IEEE 1149.1的JTAG测试口，但很多设计人员不了解JTAG，对JTAG 口的处理较为随意。

JTAG电路的设计没有引起设计人员足够的重视，是较易被忽视的一个环节，这种忽视给产品埋下了不稳定的隐患，甚至导致了严重的问题（参见附录：JTAG使用案例），极大地影响了产品的稳定和竞争力的提高。

本规范基于统一设计人员对JTAG电路的认识，尽可能统一公司产品中JTAG的电路设计，提高产品的可靠性、稳定性，增强核心设计的竞争力。

2、范围本规范适用于产品中所有具有符合IEEE Std 1149.1规范设计的JTAG器件的应用设计，可用于指导JTAG的应用设计、开发、中试、生产。

3、定义JTAG：Joint Test Action Group，联合测试行动组合；TAP：Test Access Port，测试存取通道；TCK：Test ClocK input ，测试时钟输入；TMS：Test Mode Select input，测试模式输入，在TCK的上升沿取样，具有内部上拉；TDI：Test Data Input，测试数据输入，在TCK的上升沿取样，具有内部上拉；TDO：Test Data Output，测试数据输出，三态，TCK下降沿时改变并被驱动输出；TRST：Test ReSeT input，异步复位TAP控制器为Test-Logic-Reset状态，具有内部上拉，低有效，不能用于初始化芯片内系统逻辑。

4、JTAG功能介绍符合IEEE STD 1149.1 的JTAG测试口，是芯片制造商为开发者预留的在线仿真口，同时也是边缘扫描测试技术的一种应用。

JTAG电路的工作原理JTAG（Joint Test Action Group）电路是一种用于测试和调试集成电路的标准接口。

它可以通过一组专用的信号线与芯片内部的测试逻辑进行通信，实现对芯片的测试、调试和编程等功能。

本文将详细介绍JTAG电路的工作原理。

一、引言概述JTAG电路是一种用于测试和调试集成电路的标准接口，它可以通过一组专用的信号线与芯片内部的测试逻辑进行通信。

JTAG电路的工作原理是通过在芯片上添加一组测试逻辑电路，实现对芯片内部功能的测试和调试。

二、JTAG电路的组成1.1 信号线JTAG电路主要由四根信号线组成，分别是TCK（Test Clock）、TMS（Test Mode Select）、TDI（Test Data Input）和TDO（Test Data Output）。

其中，TCK 是测试时钟信号，用于同步测试数据的传输；TMS用于选择测试模式；TDI是测试数据输入信号，用于将测试数据输入到芯片内部；TDO是测试数据输出信号，用于将测试结果从芯片内部输出。

1.2 测试逻辑电路JTAG电路中的测试逻辑电路是实现JTAG功能的核心部分。

它由多个测试逻辑门组成，可以实现对芯片内部功能的测试和调试。

测试逻辑电路通过TCK、TMS、TDI和TDO等信号线与芯片内部的测试逻辑进行通信，实现对芯片的测试和调试功能。

1.3 电源和地线JTAG电路还需要连接芯片的电源和地线，以提供工作电压和参考电平。

通过电源和地线的连接，JTAG电路可以正常工作，并与芯片内部的测试逻辑进行通信。

三、JTAG电路的工作原理2.1 测试模式JTAG电路的工作原理是通过将芯片切换到测试模式，与芯片内部的测试逻辑进行通信。

在测试模式下，JTAG电路可以向芯片内部输入测试数据，获取测试结果，并对芯片的内部功能进行测试和调试。

2.2 时钟同步JTAG电路通过TCK信号线提供测试时钟，用于同步测试数据的传输。

在测试过程中，JTAG电路通过TCK信号线提供的测试时钟，确保测试数据的传输和芯片内部测试逻辑的工作同步。

JTAG基本原理与调试JTAG(Joint Test Action Group)联合测试⾏动⼩组)是⼀种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要⽤于芯⽚内部测试。

现在多数的⾼级器件都⽀持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。

标准的JTAG接⼝是4线：TMS、 TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输⼊和数据输出线。

JTAG最初是⽤来对芯⽚进⾏测试的，基本原理是在器件内部定义⼀个TAP（Test Access Port?测试访问⼝）通过专⽤的JTAG测试⼯具对进⾏内部节点进⾏测试。

JTAG测试允许多个器件通过JTAG接⼝串联在⼀起，形成⼀个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。

现在，JTAG接⼝还常⽤于实现ISP（In-System Programmable?在线编程），对FLASH等器件进⾏编程。

JTAG编程⽅式是在线编程，传统⽣产流程中先对芯⽚进⾏预编程实现再装到板上因此⽽改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再⽤JTAG编程，从⽽⼤⼤加快⼯程进度。

JTAG接⼝可对PSD芯⽚内部的所有部件进⾏编程上⾯的信息是从度娘百科引⽤过来的，对于jtag没有了解过的⼈来说，上⾯的⼤部分内容都不知道说什么，当然，我是⼀开始看的时候也看不懂。

不过从上⾯得出来的信息知道，jtag是⼀个协议，标准有4个引脚，⽤于芯⽚的测试与编程调试。

jtag是有硬件实现的。

在cpu（注意：这⾥的cpu是指运算处理单元，只包含了内部寄存器以及运算单元等基本部件）外围，处理器（即cpu扩展芯⽚，不是soc）内部包含了jtag的硬件实现，并且向外界提供接⼝，也就是上⾯所说的TMS，TCK，TDI，TDO，四个引脚。

如图：边界扫描链jtag如何⽤于芯⽚测试呢？　其中⽤到的最主要部件就是边界扫描链。

命名为边界扫描链，是由于它位置处于处理器的边界上。

我们知道cpu是通过引脚与外围交流的，所有的数据都会通过引脚输⼊或者输出，⽽jtag就是通过监控引脚的信号达到芯⽚测试的⽬的。

LPC2214的ISP和JTAG都被我调通了,经验介绍LPC2214的ISP和JTAG都被我调通了，经验介绍lpc2214的ISP和JTAG都被我调通了，经验介绍：）本人最近利用lpc2214做了一块板子（四层)，这两天把ISP和JTAG都调通了，写下经验，希望对做2214开发的同仁有所帮助：）芯片都是自己焊接的，虽然之前我很少焊接表贴元件，不过我在实验室老师的指导下还是自己大胆的焊接了144引脚的lpc2214，焊接好后外观效果还不错，后续调试的时候遇到很多问题，本以为是2214焊接的问题，不过后来发现2214焊接还是很成功的。

下面是2214周围电路的简介：1.项目没有扩展外部RAM和FLASH.2.电路复位芯片为MAX809S，它输出的复位信号我直接连到了2214的135引脚（/RESET)和43引脚（P1.31/TRST)。

没有采用74HC125.3. Jtag的20管脚和2214的连接关系是：Jtag(10*2) lpc22143 43（TRST）5 140（TDI）7 113（TMS）9 126（TCK）11 通过4.7K电阻接地并接2214的52（RTCK）引脚13 144(TDO)15 接MAX809S的复位输出引脚。

17,19管脚悬空。

1,2管脚接3.3V电源。

其他管脚接地。

4.串口转换芯片为MAX3232CSE.5.时钟为11.0592M Hz.5.编程环境为ADS1.2下面是调试时遇到的问题和心得：1.电路板加工回来后，首先应该用万用表的二极管档测试一下关键信号，特别是地和电源。

（纯属多言的常识）2.电源部分焊接好后，我又用万用表测试了全板的所有电源点。

3.电路原来设计时，本以为不用ISP下载程序，所以我把P0.14引脚直接用10k电阻上拉到3.3V了，后来发现这样决定是个错误，因为元件焊接好后，JTAG信号比较多非常难调。

而ISP只需要两个信号，串口又是很熟悉的通信，所以ISP比较好调试。