Xilinx FPGA JTAG菊花链设计：芯片数量限制与优化

"JTAG菊花链设计涉及在多个FPGA、CPLD或PROM设备间串联JTAG接口，以节省PCB空间并方便系统内的在线或远程编程。Xilinx的Spartan-6 FPGA配置用户指南指出，TCK和TMS信号在菊花链中的质量至关重要，尤其是在多个设备（3个或更多）的情况下，需要考虑信号完整性和驱动能力。" 在JTAG菊花链设计中，当多片XilinxFPGA、CPLD或PROM通过JTAG接口以菊花链方式连接时，主要考虑以下几个关键知识点： 1. 信号路由与信号质量： JTAG协议的TCK（Test Clock）和TMS（Test Mode Select）信号需传递给链路上的所有设备。TCK的单调转换对于确保JTAG功能的正常运行是必不可少的，同时需要适当的终端电阻以保证信号质量。TMS和TCK的信号完整性会直接影响配置的可靠性。 2. 最大芯片数量限制： 通常，当链路中的芯片数量达到3个或更多时，信号的驱动能力成为一个问题。因为随着链路长度的增加，信号衰减和噪声引入的可能性也随之增大。此时，可能需要对TMS和TCK信号进行缓冲，以增强它们在所有接收端的驱动能力。 3. 信号缓冲： 使用缓冲器（如74LVC245）可以提升信号的驱动强度，尤其是在使用驱动能力较弱的下载工具时。缓冲器能确保信号在各个分支链上的逻辑高电平兼容所有设备的需求，从而避免因电压不匹配导致的问题。 4. 兼容性与设计考虑： 设计JTAG菊花链时，要确保所有设备对TCK和TMS信号的电压阈值兼容。不同设备可能有不同的输入阈值，所以保持逻辑高电平的一致性是必要的，以防止在菊花链中出现通信错误。 5. 性能限制： TCK信号的频率会受到信号质量的限制，过高的频率可能导致配置失败。因此，设计时需要根据链路长度和信号完整性来确定合适的JTAG配置速度。 6. 调试与测试： 在菊花链中，故障定位可能更为复杂，因为一个设备的问题可能会影响整个链路。因此，良好的错误检测和隔离机制是必要的，这可能包括使用边界扫描测试（BST）和其他诊断工具。 7. PCB布局与布线： 在实际的PCB设计中，需要特别注意信号线的布局和布线，确保信号路径尽可能短且直，减少回路面积以降低噪声耦合，并确保足够的信号返回路径。 8. 电源和地线的处理： 稳定的电源和良好的地线规划有助于保持信号的稳定。在菊花链设计中，电源和地线的去耦以及局部接地平面的使用都是提高信号完整性的关键因素。 JTAG菊花链设计需要综合考虑信号质量、驱动能力、兼容性、性能限制以及PCB布局等多个方面，以确保所有设备的可靠配置和有效的故障排查。在实际应用中，应遵循上述原则，并结合具体项目需求进行细致的工程设计。