隨著低功耗手持設備變得越來越普遍，混合使用5 V、3.3V、2.5 V和1.8 V器件的印刷電路板變得很普遍，這使得JTAG鏈的設計成為一項具有挑戰性的任務。設計人員必須確定JTAG鏈的工作電壓以及放置不同電壓的器件的順序。本文比較了設計多電壓JTAG鏈的幾種方法，提供了一些制作魯棒、無差錯設計的技巧和技術。

菊花鏈，或通過JTAG端口連接多個DSP、FPGA、CPLD和其他邏輯器件，允許使用單個JTAG連接器控制它們。菊花鏈通常用于具有多個JTAG器件的電路板，菊花鏈連接TDI和TDO引腳以形成串行路徑。鏈的輸入是第一個設備的TDI;鏈的輸出是最后一個設備的 TDO。所有器件的TRST、TCK和TMS引腳并聯連接。菊花鏈可以設計為允許繞過鏈中的一個或多個設備以進行調試，方法是提供可以根據所需目標設備安裝或移除的跳線。理論上可以菊花鏈連接的設備數量是無限的，但在具有大約八個以上的設備的鏈中經常發生時序問題和間歇性崩潰，尤其是在時鐘速率較高的情況下。

為了滿足JTAG時序要求，當鏈路中有超過四個器件時，應將緩沖器放置在TCK和TMS上以保持信號完整性，并且每個緩沖器驅動不超過四個器件。例如，具有六個設備的鏈需要兩個用于TCK的緩沖區和兩個用于TMS的緩沖區。驅動器應該是高速的（低傳播延遲），具有足夠的強度來驅動四個或更多設備。

硬件工程師可能需要菊花鏈連接不具有相同 I/O 電壓的設備。在單個鏈中連接所有器件可能不是最佳解決方案，因此設計人員應考慮對鏈進行分區，以滿足專有調試工具的要求。可能需要電平轉換器來適應多個電壓電平，并且必須保持信號完整性。設計和測試的復雜性顯著增加，需要IEEE 1149.1專業知識來集成和測試系統。本文介紹了實現多電壓JTAG鏈的兩種方法。

每個電壓系列的單獨JTAG鏈

當多個器件具有相同的I/O電壓時，建議使用這種方法，將所有具有相同JTAG I/O電壓的器件放在一個鏈中，每個電壓使用單獨的鏈。每個鏈都支持其類別中的所有設備，消除了其他設備無法正常工作的可能性，并減少了其他供應商必須與JTAG鏈接口時的混亂。圖1顯示了具有相同I/O電壓器件的JTAG鏈。在這種情況下，不需要電壓轉換器（VT）。

圖1：具有相同I/O電壓器件的JTAG鏈

多電壓JTAG鏈

有時最好將所有JTAG器件放在一個鏈中。當每個電壓系列中沒有足夠的器件來構建單獨的JTAG鏈時，建議使用這種方法。要成功連接JTAG鏈中兩個具有不同電壓的器件，必須滿足以下要求：

VOH最小驅動器的（最小高輸出電壓）必須大于接收器的VIHmin（最小輸入高壓）。

卷.max驅動器的（最大輸出低電壓）必須小于接收器的VILmax（最大輸入低電壓）。

驅動器的輸出電壓不得超過接收器的I/O電壓容差。

表1顯示了不同電壓標準的常見最小和最大電壓。有關更具體的數據，設計人員應參考器件的數據手冊。

表 1：典型 I/O 標準及其相關的最小和最大電壓

多電壓JTAG鏈設計指南

將最高電壓的設備放在鏈的開頭，下一個最高電壓，依此類推，直到最后放置最低電壓的設備。按順序將最高電壓置于最低電壓JTAG信號，可以通過下一個器件的輸入正確解釋一個器件TDO輸出上的邏輯高電平。

驗證每個設備是否能夠承受來自后續設備的最大電壓。例如，如果第一個器件是 3.3V 器件，下一個器件是 1.8V 器件，請確保 1.8V 器件的輸入電壓至少為 3.6 V。

驗證仿真器是否可以正確解釋來自最低電壓設備的 TDO。在示例中，確保 VOH最小的 1.8V 器件大于 VIH最小的 3.3V 器件。如果沒有，則應使用高速電壓轉換器將TDO轉換為仿真器的正確電壓。VT不應該注冊（時鐘）信號，因為這會將信號延遲一個時鐘，導致JTAG鏈失效。ADI公司的雙向邏輯電平轉換器ADG3304包含四個雙向通道，可用于多電壓數字系統應用。圖 2 顯示了具有 3.3V、2.5V 和 1.8V I/O 電壓的器件，其中電壓較低的器件的 I/O 可以承受前一個器件的較高電壓。TDO使用VT將電壓從1.8 V提升至3.3 V。

圖 2：JTAG 鏈中具有不同 I/O 電壓的三個器件

當低壓器件不能承受前置器件的高壓時，應對所有JTAG信號使用高速電壓轉換器。仿真器應用作除TDO以外的所有電壓轉換器的輸入。不要級聯電壓轉換器，因為這會增加傳播延遲。圖3顯示了較低電壓部分無法承受較高電壓I/O的情況，因此每個信號都需要VT。

圖 3：三個具有不同 I/O 電壓的器件，帶有用于 JTAG 信號的電壓轉換器

如果只有一個器件不能承受前一個器件的I/O電壓，則只需要該器件的電壓轉換器。例如，當JTAG鏈中的I/O電壓為3.3 V、2.5 V和1.8 V時，1.8 V器件具有2.5 V容限I/O，因此2.5 V器件可以使用1.8 V信號。在圖 4 中，2.5V 器件沒有 3.3V 容限 I/O，但 1.8V 器件具有 2.5V 容限，因此 VT 僅用于 2.5V 部分。

圖 4：三個具有不同 I/O 電壓的設備。1.8V 器件具有 2.5V 兼容 I/O

使用肖特基二極管代替電壓轉換器：

如果約0.4 V的壓降足以將電壓電平從較高電壓調整到較低電壓電平，則可以使用具有快速恢復時間的肖特基二極管代替電壓轉換器。安森美半導體的1SS383T1G肖特基二極管具有0.48 V的正向壓降和25 pF的容性負載。Diodes Inc. 的 SD103ATW 是三個完全隔離的肖特基二極管，正向壓降電壓約為 0.3 V，容性負載為 50 pF，也可用于此應用。

審核編輯：郭婷