基于magnum 2测试机的NAND FLASH的测试解决方案分析

作者：汤凡，王烈洋，占连样，张水苹，王鑫，陈像，黄小虎

1. 引言

NAND FLASH是一种廉价、快速、高存储密度、大容量的非易失性存储器，广泛应用在需要存储大量数据的场合。由于其块擦除、页编程比较快和容量比较大。NAND FLASH通常会伴随坏块，所以出产时会有坏块标记，这些坏块通常不使用，而没有标记成坏块的可正常使用。在使用过程中，由于环境和使用年限等因素的影响，通常会出现坏块增长，这些坏块的出现会导致系统出现故障。所有通常在使用前可进行测试，以找出增长的坏块，本文章介绍了一种基于magnum II 测试机的NAND FLASH的测试方法。

2. VDNF64G08RS50MS4V25-III模块介绍

2.1 VDNF64G08RS50MS4V25-III的结构

VDNF64G08RS50MS4V25-III NAND FLASH存储器采用叠层型立体封装工艺进行封装，内部采用4片相同型号的塑封芯片（型号：MT29F16G08ABABAWP-AITX:B，温度等级：工业级-40～85℃，版本号：1612 WP 29F8G08ABABA AITX B 1-2 ，生产厂家：镁光），分八层进行叠装，每层一个芯片。模块的重量约为6.7±0.5克。其主要特性如下：

 总容量：64G bit；

 工作电压：3.3V（典型值），2.7~ 3.6V（范围值）；

 数据宽度：8位；

 页大小：（4K+224）byte；

 块大小：128页=（512K+28K） byte；

 片选块容量：2048块；

 页读操作

—读时间：25us（最大） ；

—串行读取时间：25ns（最小） ；

 快速写周期时间

—页编程时间：230us（典型） ；

—块擦除时间：0.7ms（典型）。

图1 VDNF64G08RS50MS4V25-III原理框图

图2 VDNF64G08RS50MS4V25-III存储器基片内部结构框图

2.2 VDNF64G08RS50MS4V25-III的引脚说明

VDNF64G08RS50MS4V25-III存储器采用的是SOP封装工艺，整块芯片表面镀金，这样可以大幅度增强了芯片的抗干扰和抗辐射的能力，有利于该芯片能应用于航空航天等恶劣的环境。

VDNF64G08RS50MS4V25-III 存储器各引脚的功能说明如下：

VCC：+3.3V电源输入端。滤波的旁路电容应尽可能靠近电源引脚， 并直接连接到地；

VSS：接地引脚；

#CE0/#CE1/#CE2/#CE3：片选信号，低电平有效时选中该片；

CLE： 命令锁存，高电平有效；

ALE：地址锁存，高电平有效；

#WE：写信号，低电平有效，数据有效发生在相应地址有效之后的两个周期；

#RE：读信号，低电平有效。

DQ0~DQ7：数据输入/输出脚，地址输入输出脚；

#WP： 写保护。

2.3 VDNF64G08RS50MS4V25-III的功能操作

表1 器件功能真值表

注：“H”代表高电平，“L”代表低电平，“X”代表可以是任何状态

3. VDNF64G08RS50MS4V25-III的电特性

VDNF64G08RS50MS4V25-III电特性见表2：

表2：产品电特性

表3：AC特性

4. VDNF64G08RS50MS4V25-III的测试方案

在本案例中，我们选用了Teradyne公司的magnum II测试系统对VDNF64G08RS50MS4V25-III进行全面的性能和功能评价。该器件的测试思路为典型的数字电路测试方法，即存储阵列的读写功能测试及各项电特性参数测试。

4.1 magnum II测试系统简介

Magnum II测试系统是上海Teradyne公司生产的存储器自动测试机，它由主机和测试底架组成，每个测试底架包含5个网站装配板（Site Assembly Board），每个装配板有128组测试通道，可用来连接DUT（Device Under Test）的管脚，5个装配板之间完全相互独立，故可以联合多个装配板测试管脚数更多的产品。除了与主机通信的装配板外，测试底架还包括系统电源供给、电源监控板、冷却风扇、以太网集线器和测试板锁定装置。使用Magnum II测试系统时，通过主机编程的方式配置各装配板，再由各装配板对DUT进行一系列向量测试，最终在主机的UI界面打印出测试结果。

Magnum II测试系统有着强大的算法模块APG（Algorithmic Pattern Generator），可生成各种检验程序，即测试pattern，如棋盘格测试程序，反棋盘格测试程序，全空间全1测试，全空间全0测试，读写累加数测试，读写随机数测试，对角线测试等，采用这些测试向量可以对器件进行较为全面的功能检测。

4.2 采用Magnum II测试系统的测试方案设计

1）硬件设计

按照magnum II测试系统的测试通道配置规则，绘制VDNF64G08RS50MS4V25-III的测试转接板，要对器件速率、工作电流、抗干扰等相关因素进行综合考量。

2）软件设计

考虑到使用该模块为器件提供需要施加激励信号的特殊性，我们采用了magnum II系统的特殊编程语言和C++编程语言，在VC++环境中调试测试程序，来完成相应的控制操作。具体实施步骤如下：

A、按照magnum II的标准编程方法，先完成对VDNF64G08RS50MS4V25-III的Pin Assignments 定义，Pin Scramble定义，Pin Electronics，Time Sets等的设置。

B、确定Sequence Table Execution Order，编辑每一组测试项，即Test Block， Test Block 里面需要包含Pin Electronics，Time Sets，funtest（）函数，funtest（）函数中就会使用到pattern。

C、编辑pattern使用的是magnum II测试系统的特殊编程语言，运用APG中各模块的功能编辑所需要的算法指令，编译生成object code。

4.3 VDNF64G08RS50MS4V25-III的功能测试

针对NAND FLASH等存储单元阵列的各类故障模型，如阵列中一个或多个单元的一位或多位固定为0或固定为1故障（Stuck at 0 or 1 fault）、阵列中一个或多个单元固定开路故障（Stuck open fault）、状态转换故障（Transition fault）、数据保持故障（Data maintaining fault）、状态耦合故障（Coupling fault）等，有相应的多种算法用于对各种故障类型加以测试，本文采用，全0、全1，棋盘格、反棋盘格，累加，随机数的测试算法。

1）APG简介

APG即为Algorithmic Pattern Generator（算法模式生成器）模块的简称，它其实就是一个简单的电脑，用特殊的编程语言和编译器生成目标代码供测试系统使用，APG主要由两个地址生成器（XALU和YALU）、一个数据生成器（Data Generator）、一个时钟选择信号生成器（Chip Select）组成。

一组地址生成器最多可编辑24位地址长度，结合两个地址生成器可产生一系列的地址算法，如单个地址的递增（increment）、递减（decrement）、输出全为1（all 1s）、输出全为0（zeros）等操作，两个地址的关联操作有相加（add）、相减（subtract）、或运算（or）、与运算（and）、异或（xor）运算等，运用这些地址算法可以非常灵活地寻址到器件的任一一个存储单元，以满足各种测试需求。

数据生成器最多可编辑36位数据长度，其功能除了有相加（add）、相减（subtract）、或运算（or）、与运算（and）、异或（xor）运算等以外，还可以与地址生成的背景函数（bckfen）配合使用，以生成需要的数据，如当地址为奇数是生成0x55的数据，当地址为偶数时生成0xaa的数据等等。

时钟信号生成器最多可编辑18个片选通道，并且可产生4种不同的波形，即脉冲有效，脉冲无效，电平有效，电平无效。

除以上四个模块外，APG还包括管脚定义模块（pinfunc），计数器（count），APG控制器（mar）等，使用magnum II特殊的编程语言并运用这些模块的功能编辑出所需要的算法指令，便可以对器件进行功能测试。

4.4 VDNF64G08RS50MS4V25-III的电性能测试

针对NAND FLASH类存储器件，其电性测试内容主要有管脚连通性测试（continuity）、管脚漏电流测试（leakage），电源管脚静态电流测试（ICC1/ ICC2）、电源管脚动态电流测试（ICC3）、输出高/低电平测试（voh/vol），时序参数测试（TACC、TOE、TCE）。

1） PMU简介

PMU即为Parametric Measurement Unit，可以将其想像为一个电压表，它可以连接到任一个器件管脚上，并通过force电流去测量电压或force电压去测量电流来完成参数测量工作。当PMU设置为force 电流模式时，在电流上升或下降时，一旦达到系统规定的值，PMU Buffer就开始工作，即可输出通过force电流测得的电压值。同理，当PMU设置为force 电压模式时， PMU Buffer会驱动一个电平，这时便可测得相应的电流值。NAND FLASH 器件的管脚连通性测试（continuity）、漏电流测试（leakage）、voh/vol测试均采用这样的方法进行。

2） 静态电流测试（（ICC1/ ICC2）、动态电流测试（ICC3）、时序参数测试（TACC、TOE）。

静态电流测试不需要测试pattern，而动态电流测试需要测试pattern，使用的电流抓取函数分别是test_supply（）和ac_test_supply（），需要注意的是测试静态电流时器件的片选控制信号需置成vcc状态，测试动态电流时负载电流（ioh/iol）需设为0ma。

对时序参数进行测试时， pattern测试是必不可少的。采用逐次逼近法进行，可以固定控制信号的时序，改变data strobe的时序来捉取第一次数据输出的时间；也可以固定data strobe的时序，改变控制信号的第一次有效沿的时间，与data strobe的时序做差运算即可得到器件的最快反应时间。

责任编辑：gt