基于magnum 2測試機的NAND FLASH的測試解決方案分析

作者：湯凡，王烈洋，占連樣，張水蘋，王鑫，陳像，黃小虎

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(huán)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(tǒng)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(yè)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?。海?K+224）byte；

? 塊大?。?28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?。?；

? 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(huán)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(fā)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(tài)

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(tǒng)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(tǒng)簡介

Magnum II測試系統(tǒng)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(lián)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(tǒng)電源供給、電源監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的測試方案設計

1）硬件設計

按照magnum II測試系統(tǒng)的測試通道配置規(guī)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(tǒng)的特殊編程語言和C++編程語言，在VC++環(huán)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(tǒng)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(tài)轉換故障（Transition fault）、數據保持故障（Data maintaining fault）、狀態(tài)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(tǒng)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(lián)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(tài)電流測試（ICC1/ ICC2）、電源管腳動態(tài)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(tǒng)規(guī)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(tài)電流測試（（ICC1/ ICC2）、動態(tài)電流測試（ICC3）、時序參數測試（TACC、TOE）。

靜態(tài)電流測試不需要測試pattern，而動態(tài)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(tài)電流時器件的片選控制信號需置成vcc狀態(tài)，測試動態(tài)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。

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