基于magnum 2 測(cè)試系統(tǒng)的NAND FLASH VDNF64G08RS50MS4V25-III的測(cè)試技術(shù)研究

　　摘要：NAND FLASH在電子行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，然而在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)壞塊和在使用過程中會(huì)出現(xiàn)壞塊增長的情況，針對(duì)這種情況，本文介紹了一種基于magnum II 測(cè)試機(jī)的速測(cè)試的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法能夠有效提高FLASH的全空間測(cè)試效率。另外，針對(duì)NAND FLASH的關(guān)鍵時(shí)序參數(shù)，如tREA(讀信號(hào)低電平到數(shù)據(jù)輸出時(shí)間)和tBERS(塊擦除時(shí)間)等，使用測(cè)試系統(tǒng)為器件施加適當(dāng)?shù)目刂萍?lì)，完成NAND FLASH的時(shí)序配合，從而達(dá)到器件性能的測(cè)試要求。

　　關(guān)鍵詞：magnum II，VDNF64G08RS50MS4V25-III，NAND FLASH

　　1. 引言

　　NAND FLASH是一種廉價(jià)、快速、高存儲(chǔ)密度、大容量的非易失性存儲(chǔ)器，廣泛應(yīng)用在需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。由于其塊擦除、頁編程比較快和容量比較大。NAND FLASH通常會(huì)伴隨壞塊，所以出產(chǎn)時(shí)會(huì)有壞塊標(biāo)記，這些壞塊通常不使用，而沒有標(biāo)記成壞塊的可正常使用。在使用過程中，由于環(huán)境和使用年限等因素的影響，通常會(huì)出現(xiàn)壞塊增長，這些壞塊的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。所有通常在使用前可進(jìn)行測(cè)試，以找出增長的壞塊，本文章介紹了一種基于magnum II 測(cè)試機(jī)的NAND FLASH的測(cè)試方法。

　　2. VDNF64G08RS50MS4V25-III模塊介紹

　　2.1 VDNF64G08RS50MS4V25-III的結(jié)構(gòu)

　　VDNF64G08RS50MS4V25-III NAND FLASH存儲(chǔ)器采用疊層型立體封裝工藝進(jìn)行封裝，內(nèi)部采用4片相同型號(hào)的塑封芯片(型號(hào)：MT29F16G08ABABAWP-AITX:B，溫度等級(jí)：工業(yè)級(jí)-40～85℃，版本號(hào)：1612 WP 29F8G08ABABA AITX B 1-2 ，生產(chǎn)廠家：鎂光)，分八層進(jìn)行疊裝，每層一個(gè)芯片。模塊的重量約為6.7±0.5克。其主要特性如下：

　　? 總?cè)萘浚?4G bit;

　　? 工作電壓：3.3V(典型值)，2.7~ 3.6V(范圍值);

　　? 數(shù)據(jù)寬度：8位;

　　? 頁大?。?4K+224)byte;

　　? 塊大?。?28頁=(512K+28K) byte;

　　? 片選塊容量：2048塊;

　　? 頁讀操作

　　—讀時(shí)間：25us(最大) ;

　　—串行讀取時(shí)間：25ns(最小) ;

　　? 快速寫周期時(shí)間

　　—頁編程時(shí)間：230us(典型) ;

　　—塊擦除時(shí)間：0.7ms(典型)。

　　圖1 VDNF64G08RS50MS4V25-III原理框圖

　　圖2 VDNF64G08RS50MS4V25-III存儲(chǔ)器基片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

　　2.2 VDNF64G08RS50MS4V25-III的引腳說明

　　VDNF64G08RS50MS4V25-III存儲(chǔ)器采用的是SOP封裝工藝，整塊芯片表面鍍金，這樣可以大幅度增強(qiáng)了芯片的抗干擾和抗輻射的能力，有利于該芯片能應(yīng)用于航空航天等惡劣的環(huán)境。

　　VDNF64G08RS50MS4V25-III 存儲(chǔ)器各引腳的功能說明如下：

　　VCC：+3.3V電源輸入端。濾波的旁路電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳, 并直接連接到地;

　　VSS：接地引腳;

　　#CE0/#CE1/#CE2/#CE3：片選信號(hào)，低電平有效時(shí)選中該片;

　　CLE: 命令鎖存，高電平有效;

　　ALE：地址鎖存，高電平有效;

　　#WE：寫信號(hào)，低電平有效，數(shù)據(jù)有效發(fā)生在相應(yīng)地址有效之后的兩個(gè)周期;

　　#RE：讀信號(hào),低電平有效。

　　DQ0~DQ7：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，地址輸入輸出腳;

　　#WP: 寫保護(hù)。

　　2.3 VDNF64G08RS50MS4V25-III的功能操作

　　表1 器件功能真值表

　　注：“H”代表高電平，“L”代表低電平，“X”代表可以是任何狀態(tài)

　　3. VDNF64G08RS50MS4V25-III的電特性

　　VDNF64G08RS50MS4V25-III電特性見表2：

　　表2：產(chǎn)品電特性

　　表3：AC特性

　　4. VDNF64G08RS50MS4V25-III的測(cè)試方案

　　在本案例中，我們選用了Teradyne公司的magnum II測(cè)試系統(tǒng)對(duì)VDNF64G08RS50MS4V25-III進(jìn)行全面的性能和功能評(píng)價(jià)。該器件的測(cè)試思路為典型的數(shù)字電路測(cè)試方法，即存儲(chǔ)陣列的讀寫功能測(cè)試及各項(xiàng)電特性參數(shù)測(cè)試。

　　4.1 magnum II測(cè)試系統(tǒng)簡介

　　Magnum II測(cè)試系統(tǒng)是上海Teradyne公司生產(chǎn)的存儲(chǔ)器自動(dòng)測(cè)試機(jī)，它由主機(jī)和測(cè)試底架組成，每個(gè)測(cè)試底架包含5個(gè)網(wǎng)站裝配板(Site Assembly Board)，每個(gè)裝配板有128組測(cè)試通道，可用來連接DUT(Device Under Test)的管腳，5個(gè)裝配板之間完全相互獨(dú)立，故可以聯(lián)合多個(gè)裝配板測(cè)試管腳數(shù)更多的產(chǎn)品。除了與主機(jī)通信的裝配板外，測(cè)試底架還包括系統(tǒng)電源供給、電源監(jiān)控板、冷卻風(fēng)扇、以太網(wǎng)集線器和測(cè)試板鎖定裝置。使用Magnum II測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，通過主機(jī)編程的方式配置各裝配板，再由各裝配板對(duì)DUT進(jìn)行一系列向量測(cè)試，最終在主機(jī)的UI界面打印出測(cè)試結(jié)果。

　　Magnum II測(cè)試系統(tǒng)有著強(qiáng)大的算法模塊APG(Algorithmic Pattern Generator)，可生成各種檢驗(yàn)程序，即測(cè)試pattern，如棋盤格測(cè)試程序，反棋盤格測(cè)試程序，全空間全1測(cè)試，全空間全0測(cè)試，讀寫累加數(shù)測(cè)試，讀寫隨機(jī)數(shù)測(cè)試，對(duì)角線測(cè)試等，采用這些測(cè)試向量可以對(duì)器件進(jìn)行較為全面的功能檢測(cè)。

　　4.2 采用Magnum II測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方案設(shè)計(jì)

　　1)硬件設(shè)計(jì)

　　按照magnum II測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試通道配置規(guī)則，繪制VDNF64G08RS50MS4V25-III的測(cè)試轉(zhuǎn)接板，要對(duì)器件速率、工作電流、抗干擾等相關(guān)因素進(jìn)行綜合考量。

　　2)軟件設(shè)計(jì)

　　考慮到使用該模塊為器件提供需要施加激勵(lì)信號(hào)的特殊性，我們采用了magnum II系統(tǒng)的特殊編程語言和C++編程語言，在VC++環(huán)境中調(diào)試測(cè)試程序，來完成相應(yīng)的控制操作。具體實(shí)施步驟如下：

　　A、按照magnum II的標(biāo)準(zhǔn)編程方法，先完成對(duì)VDNF64G08RS50MS4V25-III的Pin Assignments 定義，Pin Scramble定義，Pin Electronics，Time Sets等的設(shè)置。

　　B、確定Sequence Table Execution Order，編輯每一組測(cè)試項(xiàng)，即Test Block, Test Block 里面需要包含Pin Electronics，Time Sets，funtest()函數(shù)，funtest()函數(shù)中就會(huì)使用到pattern。

　　C、編輯pattern使用的是magnum II測(cè)試系統(tǒng)的特殊編程語言，運(yùn)用APG中各模塊的功能編輯所需要的算法指令，編譯生成object code。

　　4.3 VDNF64G08RS50MS4V25-III的功能測(cè)試

　　針對(duì)NAND FLASH等存儲(chǔ)單元陣列的各類故障模型，如陣列中一個(gè)或多個(gè)單元的一位或多位固定為0或固定為1故障(Stuck at 0 or 1 fault)、陣列中一個(gè)或多個(gè)單元固定開路故障(Stuck open fault)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換故障(Transition fault)、數(shù)據(jù)保持故障(Data maintaining fault)、狀態(tài)耦合故障(Coupling fault)等，有相應(yīng)的多種算法用于對(duì)各種故障類型加以測(cè)試，本文采用，全0、全1，棋盤格、反棋盤格，累加，隨機(jī)數(shù)的測(cè)試算法。

　　1)APG簡介

　　APG即為Algorithmic Pattern Generator(算法模式生成器)模塊的簡稱，它其實(shí)就是一個(gè)簡單的電腦，用特殊的編程語言和編譯器生成目標(biāo)代碼供測(cè)試系統(tǒng)使用，APG主要由兩個(gè)地址生成器(XALU和YALU)、一個(gè)數(shù)據(jù)生成器(Data Generator)、一個(gè)時(shí)鐘選擇信號(hào)生成器(Chip Select)組成。

　　一組地址生成器最多可編輯24位地址長度，結(jié)合兩個(gè)地址生成器可產(chǎn)生一系列的地址算法，如單個(gè)地址的遞增(increment)、遞減(decrement)、輸出全為1(all 1s)、輸出全為0(zeros)等操作，兩個(gè)地址的關(guān)聯(lián)操作有相加(add)、相減(subtract)、或運(yùn)算(or)、與運(yùn)算(and)、異或(xor)運(yùn)算等，運(yùn)用這些地址算法可以非常靈活地尋址到器件的任一一個(gè)存儲(chǔ)單元，以滿足各種測(cè)試需求。

　　數(shù)據(jù)生成器最多可編輯36位數(shù)據(jù)長度，其功能除了有相加(add)、相減(subtract)、或運(yùn)算(or)、與運(yùn)算(and)、異或(xor)運(yùn)算等以外，還可以與地址生成的背景函數(shù)(bckfen)配合使用，以生成需要的數(shù)據(jù)，如當(dāng)?shù)刂窞槠鏀?shù)是生成0x55的數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)刂窞榕紨?shù)時(shí)生成0xaa的數(shù)據(jù)等等。

　　時(shí)鐘信號(hào)生成器最多可編輯18個(gè)片選通道，并且可產(chǎn)生4種不同的波形，即脈沖有效，脈沖無效，電平有效，電平無效。

　　除以上四個(gè)模塊外，APG還包括管腳定義模塊(pinfunc)，計(jì)數(shù)器(count),APG控制器(mar)等，使用magnum II特殊的編程語言并運(yùn)用這些模塊的功能編輯出所需要的算法指令，便可以對(duì)器件進(jìn)行功能測(cè)試。

　　4.4 VDNF64G08RS50MS4V25-III的電性能測(cè)試

　　針對(duì)NAND FLASH類存儲(chǔ)器件，其電性測(cè)試內(nèi)容主要有管腳連通性測(cè)試(continuity)、管腳漏電流測(cè)試(leakage)，電源管腳靜態(tài)電流測(cè)試(ICC1/ ICC2)、電源管腳動(dòng)態(tài)電流測(cè)試(ICC3)、輸出高/低電平測(cè)試(voh/vol)，時(shí)序參數(shù)測(cè)試(TACC、TOE、TCE)。

　　1)PMU簡介

　　PMU即為Parametric Measurement Unit，可以將其想像為一個(gè)電壓表，它可以連接到任一個(gè)器件管腳上，并通過force電流去測(cè)量電壓或force電壓去測(cè)量電流來完成參數(shù)測(cè)量工作。當(dāng)PMU設(shè)置為force 電流模式時(shí)，在電流上升或下降時(shí)，一旦達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的值，PMU Buffer就開始工作，即可輸出通過force電流測(cè)得的電壓值。同理，當(dāng)PMU設(shè)置為force 電壓模式時(shí)， PMU Buffer會(huì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)電平，這時(shí)便可測(cè)得相應(yīng)的電流值。NAND FLASH 器件的管腳連通性測(cè)試(continuity)、漏電流測(cè)試(leakage)、voh/vol測(cè)試均采用這樣的方法進(jìn)行。

　　2) 靜態(tài)電流測(cè)試((ICC1/ ICC2)、動(dòng)態(tài)電流測(cè)試(ICC3)、時(shí)序參數(shù)測(cè)試(TACC、TOE)。

　　靜態(tài)電流測(cè)試不需要測(cè)試pattern，而動(dòng)態(tài)電流測(cè)試需要測(cè)試pattern，使用的電流抓取函數(shù)分別是test_supply()和ac_test_supply()，需要注意的是測(cè)試靜態(tài)電流時(shí)器件的片選控制信號(hào)需置成vcc狀態(tài)，測(cè)試動(dòng)態(tài)電流時(shí)負(fù)載電流(ioh/iol)需設(shè)為0ma。

　　對(duì)時(shí)序參數(shù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)， pattern測(cè)試是必不可少的。采用逐次逼近法進(jìn)行，可以固定控制信號(hào)的時(shí)序，改變data strobe的時(shí)序來捉取第一次數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間;也可以固定data strobe的時(shí)序，改變控制信號(hào)的第一次有效沿的時(shí)間，與data strobe的時(shí)序做差運(yùn)算即可得到器件的最快反應(yīng)時(shí)間。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] Neamen,D.A.電子電路分析與設(shè)計(jì)——模擬電子技術(shù)[M]。清華大學(xué)出版社。2009：118-167。

　　[2] 珠海歐比特控制工程股份有限公司VDNF64G08RS50MS4V25-III使用說明書[Z]. 2013。

　　[3] Magnum II Programmer’s Manual。上海泰瑞達(dá)。