隨著低功耗的手持式設備越來越多，混合有 5 V、3.3 V、2.5 V 和 1.8 V 器件的印刷電路板也越來越多普遍，這使得 JTAG 鏈的設計成為一項極具挑戰(zhàn)性的任務。設計者師不僅必須確定 JTAG 鏈的工作電壓，同時還必須確定這些使用不同電壓的器件的安放順序。本文比較了多種設計多電壓 JTAG 鏈的方法，并提供了一些有關執(zhí)行強大的無故障設計的提示和技巧。

菊花鏈，或通過其 JTAG 端口連接多個 DSP、FPGA、CPLD 和其他邏輯器件，使得它們可以通過單個 JTAG 連接器進行控制。菊花鏈常用于具有多個 JTAG 器件的電路板，它可以將 TDI 和 TDO 引腳連接在一起以形成一個串行路徑。鏈的輸入是第一 個器件的 TDI；鏈的輸出是最后一個器件的 TDO。所有器件的 TRST、TCK 和 TMS 引腳均并行連接。通過提供一些可安裝或移除（具體取決于所需的目標器件）的跳線，菊花鏈允許鏈中的一個或多個器件被繞過以進行調試目的。理論上，通過菊花鏈連接的器件數(shù)量可以是無限的，但是如果菊花鏈中的器件數(shù)量超過八個，就會經(jīng)常出現(xiàn)時序問題和間歇性的崩潰，特別是時鐘速率較高時，更是如此。

當一個鏈中有超過四個左右的器件時，為了滿足 JTAG 時序要求，應在 TCK 和 TMS 上安裝緩沖器以保持信號的完整性，并且每個緩沖器驅動的器件數(shù)量不應超過四個。例如，一個具有六個器件的菊花鏈需要兩個用于 TCK 的緩沖器和兩個用于 TMS 的緩沖器。驅動器必須高速運行（低傳播延遲），并有足夠的力量來驅動四個或更多個器件。

硬件工程師可能需要用菊花鏈連接多個具有不同 I/O 電壓的器件。通過一個鏈連接所有器件可能并非是一個最佳的解決方案，因此設計師應該考慮對菊花鏈進行分區(qū)，從而滿足專有調試工具的要求。可能需要電平轉換器來應對多種電壓水平，并且必須保持信號的完整性。設計和測試的復雜性日益增加，并且需要具有 IEEE 1149.1 專業(yè)知識來集成和測試系統(tǒng)。下面介紹了兩種實現(xiàn)多電壓 JTAG 鏈的方法。

適用于每個電壓系列的單獨 JTAG 鏈

這種方法推薦用于多個器件具有相同 I/O 電壓的場合，它把所有具有相同 JTAG I/O 電壓的器件放在一個鏈中，從而為每個電壓使用單獨的鏈。每個鏈支持同一類別的所有器件，消除了其他器件無法正常工作的機率，并且在其他廠商必須連接 JTAG 鏈時可以減少混淆。圖 1 顯示了具有相同 I/O 電壓器件的 JTAG 鏈。在此情況下，不需要使用電壓轉換器 (VT)。

多電壓 JTAG 鏈

有時， 把所有 JTAG 器件放在單個鏈中會更好。當每個電壓系列中的器件數(shù)量不足以創(chuàng)建單獨的 JTAG 鏈時，推薦采用此方法。要在一個 JTAG 鏈中成功連接兩個具有不同電壓的器件，必須滿足以下要求：

驅動器的 VOHmin（最低高輸出電壓）必須大于接收器的 VIHmin（最低輸入高電壓）。

驅動器的 VOLmax（最高輸出低電壓）必須小于接收器的 VILmax（最高輸入低電壓）。

來自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低和最高電壓。如需了解更具體的數(shù)據(jù)，設計師應參考零件的數(shù)據(jù)手冊。

表 1：典型 I/O 標準及其相關的最低和最高電壓

多電壓 JTAG 鏈的設計指南

把電壓最高的器件放在鏈的開頭，接下來是電壓第二高的器件，依次類推，最后放置電壓最低的器件。按照從最高電壓到最低電壓的順序放置 JTAG 信號，允許一個器件的 TDO 輸出上的邏輯高電平可由下一個器件的輸入正確解譯。

確認每個器件可以承受來自上一個器件的最高電壓。例如，如果第一個器件的電壓為 3.3 V，下一個器件的電壓為 1.8 V，請確保 1.8 V 器件的輸入可以至少承受 3.6 V 的電壓。

確認來自最低電壓器件的 TDO 可由仿真器正確解譯。在本示例中，請確保 1.8 V 器件的 VOHmin 大于 3.3 V 器件的 VIHmin。否則，應使用高速電壓轉換器將 TDO 轉換成仿真器的正確電壓。VT 不應該寄存（時鐘）信號，因為這將延遲一個時鐘的信號，導致 JTAG 鏈失敗。模擬裝置的 ADG3304 雙向邏輯電平轉換器包含四個雙向通道，可用于多電壓數(shù)字系統(tǒng)應用中。圖 2 顯示了具有 3.3 V、2.5 V 和 1.8 V I/O 電壓的器件，其中最低電壓器件的 I/O 可以承受上一器件的更高電壓。對 TDO 采用了電壓轉換器 (VT)，以將電壓從 1.8 V 提升到 3.3 V。

當具有較低電壓的器件不能承受上一器件的高電壓時，應在所有 JTAG 信號上使用高速電壓轉換器。除了 TDO 外，應將仿真器用作所有電壓轉換器的輸入。不要串聯(lián)電壓轉換器，因為這會增加傳播延遲。圖 3 說明了較低電壓器件不能承受更高電壓 I/O 的情況，因此每個信號都需要使用電壓轉換器。

如果僅有一個器件不能承受來自上一個器件的 I/O 電壓，則只需在該器件上使用電壓轉換器。例如，JTAG 鏈中具有 3.3 V、2.5 V 和 1.8 V 的 I/O 電壓，1.8 V 器件具有可以承受 2.5 V 的 I/O，因此 2.5 V 信號可由 1.8 V 器件使用。在圖 4 中，2.5 V 器件不具有可以承受 3.3 V 的 I/O，但 1.8 V 器件可以承受 2.5 V，因此只需對 2.5 V 器件使用電壓轉換器。

使用肖特基二極管取代電壓轉換器：

如果大約 0.4 V 的壓降足以將電壓從較高的水平調整到較低的水平，則可以使用具有快速恢復時間的肖特基二極管來代替電壓轉換器。ON Semiconductor 提供的 1SS383T1G 肖特基二極管具有 0.48 V 的正向電壓降和 25 pF 的容性負載。在此應用中，也可使用 Diodes Inc. 提供的 SD103ATW，它包含三個完全隔離的肖特基二極管，具有大約 0.3 V 的正向電壓降和 50 pF 的容性負載。