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作者：湯凡，王烈洋，占連樣，張水蘋，王鑫，陳像，黃小虎 摘要：NAND FLASH在電子行業已經得到了廣泛的應用，然而在生產過程中出現壞塊和在使用過程中會出現壞塊增長的情況，針對這種情況，本文介紹了一種基于magnum II 測試機的速測試的方法，實驗結果表明，此方法能夠有效提高FLASH的全空間測試效率。另外，針對NAND FLASH的關鍵時序參數，如tREA（讀信號低電平到數據輸出時間）和tBERS（塊擦除時間）等，使用測試系統為器件施加適當的控制激勵，完成NAND FLASH的時序配合，從而達到器件性能的測試要求。 關鍵詞：magnum II，VDNF64G08RS50MS4V25-III，NAND FLASH 1. 引言 NAND FLASH是一種廉價、快速、高存儲密度、大容量的非易失性存儲器，廣泛應用在需要存儲大量數據的場合。由于其塊擦除、頁編程比較快和容量比較大。NAND FLASH通常會伴隨壞塊，所以出產時會有壞塊標記，這些壞塊通常不使用，而沒有標記成壞塊的可正常使用。在使用過程中，由于環境和使用年限等因素的影響，通常會出現壞塊增長，這些壞塊的出現會導致系統出現故障。所有通常在使用前可進行測試，以找出增長的壞塊，本文章介紹了一種基于magnum II 測試機的NAND FLASH的測試方法。 2. VDNF64G08RS50MS4V25-III模塊介紹 2.1 VDNF64G08RS50MS4V25-III的結構 VDNF64G08RS50MS4V25-III NAND FLASH存儲器采用疊層型立體封裝工藝進行封裝，內部采用4片相同型號的塑封芯片（型號：MT29F16G08ABABAWP-AITX:B，溫度等級：工業級-40～85℃，版本號：1612 WP 29F8G08ABABA AITX B 1-2 ，生產廠家：鎂光），分八層進行疊裝，每層一個芯片。模塊的重量約為6.7±0.5克。其主要特性如下： 總容量：64G bit； 工作電壓：3.3V(典型值)，2.7~ 3.6V(范圍值)； 數據寬度：8位； 頁大小：(4K+224)byte； 塊大�。�128頁=(512K+28K) byte； 片選塊容量：2048塊； 頁讀操作 —讀時間：25us(最大) ； —串行讀取時間：25ns(最小) ； 快速寫周期時間 —頁編程時間：230us(典型) ； —塊擦除時間：0.7ms(典型)。 
圖1 VDNF64G08RS50MS4V25-III原理框圖
圖2 VDNF64G08RS50MS4V25-III存儲器基片內部結構框圖 2.2 VDNF64G08RS50MS4V25-III的引腳說明 VDNF64G08RS50MS4V25-III存儲器采用的是SOP封裝工藝，整塊芯片表面鍍金，這樣可以大幅度增強了芯片的抗干擾和抗輻射的能力，有利于該芯片能應用于航空航天等惡劣的環境。 VDNF64G08RS50MS4V25-III 存儲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，低電平有效時選中該片； CLE: 命令鎖存，高電平有效； ALE：地址鎖存，高電平有效； #WE：寫信號，低電平有效，數據有效發生在相應地址有效之后的兩個周期； #RE：讀信號,低電平有效。 DQ0~DQ7：數據輸入/輸出腳，地址輸入輸出腳； #WP: 寫保護。 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 3. VDNF64G08RS50MS4V25-III的電特性 VDNF64G08RS50MS4V25-III電特性見表2： 表2：產品電特性
表3：AC特性
4. VDNF64G08RS50MS4V25-III的測試方案 在本案例中，我們選用了Teradyne公司的magnum II測試系統對VDNF64G08RS50MS4V25-III進行全面的性能和功能評價。該器件的測試思路為典型的數字電路測試方法，即存儲陣列的讀寫功能測試及各項電特性參數測試。 4.1 magnum II測試系統簡介 Magnum II測試系統是上海Teradyne公司生產的存儲器自動測試機，它由主機和測試底架組成，每個測試底架包含5個網站裝配板（Site Assembly Board），每個裝配板有128組測試通道，可用來連接DUT（Device Under Test）的管腳，5個裝配板之間完全相互獨立，故可以聯合多個裝配板測試管腳數更多的產品。除了與主機通信的裝配板外，測試底架還包括系統電源供給、電源監控板、冷卻風扇、以太網集線器和測試板鎖定裝置。使用Magnum II測試系統時，通過主機編程的方式配置各裝配板，再由各裝配板對DUT進行一系列向量測試，最終在主機的UI界面打印出測試結果。 Magnum II測試系統有著強大的算法模塊APG（Algorithmic Pattern Generator），可生成各種檢驗程序，即測試pattern，如棋盤格測試程序，反棋盤格測試程序，全空間全1測試，全空間全0測試，讀寫累加數測試，讀寫隨機數測試，對角線測試等，采用這些測試向量可以對器件進行較為全面的功能檢測。 4.2 采用Magnum II測試系統的測試方案設計 1）硬件設計 按照magnum II測試系統的測試通道配置規則，繪制VDNF64G08RS50MS4V25-III的測試轉接板，要對器件速率、工作電流、抗干擾等相關因素進行綜合考量。 2）軟件設計 考慮到使用該模塊為器件提供需要施加激勵信號的特殊性，我們采用了magnum II系統的特殊編程語言和C++編程語言，在VC++環境中調試測試程序，來完成相應的控制操作。具體實施步驟如下： A、按照magnum II的標準編程方法，先完成對VDNF64G08RS50MS4V25-III的Pin Assignments 定義，Pin Scramble定義，Pin Electronics，Time Sets等的設置。 B、確定Sequence Table Execution Order，編輯每一組測試項，即Test Block, Test Block 里面需要包含Pin Electronics，Time Sets，funtest()函數，funtest()函數中就會使用到pattern。 C、編輯pattern使用的是magnum II測試系統的特殊編程語言，運用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的功能測試 針對NAND FLASH等存儲單元陣列的各類故障模型，如陣列中一個或多個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）、陣列中一個或多個單元固定開路故障（Stuck open fault）、狀態轉換故障（Transition fault）、數據保持故障（Data maintaining fault）、狀態耦合故障（Coupling fault）等，有相應的多種算法用于對各種故障類型加以測試，本文采用，全0、全1，棋盤格、反棋盤格，累加，隨機數的測試算法。 1）APG簡介 APG即為Algorithmic Pattern Generator（算法模式生成器）模塊的簡稱，它其實就是一個簡單的電腦，用特殊的編程語言和編譯器生成目標代碼供測試系統使用，APG主要由兩個地址生成器（XALU和YALU）、一個數據生成器(Data Generator)、一個時鐘選擇信號生成器(Chip Select)組成。 一組地址生成器最多可編輯24位地址長度，結合兩個地址生成器可產生一系列的地址算法，如單個地址的遞增（increment）、遞減(decrement)、輸出全為1(all 1s)、輸出全為0(zeros)等操作，兩個地址的關聯操作有相加(add)、相減(subtract)、或運算(or)、與運算(and)、異或(xor)運算等，運用這些地址算法可以非常靈活地尋址到器件的任一一個存儲單元，以滿足各種測試需求。 數據生成器最多可編輯36位數據長度，其功能除了有相加(add)、相減(subtract)、或運算(or)、與運算(and)、異或(xor)運算等以外，還可以與地址生成的背景函數（bckfen）配合使用，以生成需要的數據，如當地址為奇數是生成0x55的數據，當地址為偶數時生成0xaa的數據等等。 時鐘信號生成器最多可編輯18個片選通道，并且可產生4種不同的波形，即脈沖有效，脈沖無效，電平有效，電平無效。 除以上四個模塊外，APG還包括管腳定義模塊（pinfunc），計數器（count）,APG控制器（mar）等，使用magnum II特殊的編程語言并運用這些模塊的功能編輯出所需要的算法指令，便可以對器件進行功能測試。 4.4 VDNF64G08RS50MS4V25-III的電性能測試 針對NAND FLASH類存儲器件，其電性測試內容主要有管腳連通性測試（continuity）、管腳漏電流測試(leakage)，電源管腳靜態電流測試(ICC1/ ICC2)、電源管腳動態電流測試(ICC3)、輸出高/低電平測試（voh/vol），時序參數測試(TACC、TOE、TCE)。 1） PMU簡介 PMU即為Parametric Measurement Unit，可以將其想像為一個電壓表，它可以連接到任一個器件管腳上，并通過force電流去測量電壓或force電壓去測量電流來完成參數測量工作。當PMU設置為force 電流模式時，在電流上升或下降時，一旦達到系統規定的值，PMU Buffer就開始工作，即可輸出通過force電流測得的電壓值。同理，當PMU設置為force 電壓模式時， PMU Buffer會驅動一個電平，這時便可測得相應的電流值。NAND FLASH 器件的管腳連通性測試（continuity）、漏電流測試(leakage)、voh/vol測試均采用這樣的方法進行。 2） 靜態電流測試((ICC1/ ICC2)、動態電流測試(ICC3)、時序參數測試(TACC、TOE)。 靜態電流測試不需要測試pattern，而動態電流測試需要測試pattern，使用的電流抓取函數分別是test_supply()和ac_test_supply()，需要注意的是測試靜態電流時器件的片選控制信號需置成vcc狀態，測試動態電流時負載電流（ioh/iol）需設為0ma。 對時序參數進行測試時， pattern測試是必不可少的。采用逐次逼近法進行，可以固定控制信號的時序，改變data strobe的時序來捉取第一次數據輸出的時間；也可以固定data strobe的時序，改變控制信號的第一次有效沿的時間，與data strobe的時序做差運算即可得到器件的最快反應時間。 參考文獻： [1] Neamen,D.A.電子電路分析與設計——模擬電子技術[M]。清華大學出版社。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。 |
