CN109411009A - 一种Flash器件擦写寿命测试系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，受试器件测试载板经测试控制显示电路板与PC机连接，直流稳压电源分别与受试器件测试载板和测试控制显示电路板连接；受试器件测试载板上设置有测试锁紧插座，受试Flash器件安装在测试锁紧插座上，测试控制显示板生成激励信号并发送给受试Flash器件，并接收受试Flash器件的反馈响应进行判断和显示，本发明可以实现Flash擦写疲劳和稳态寿命两种可靠性试验，方案实施的成本低。

Description

一种Flash器件擦写寿命测试系统装置

技术领域

本发明属于集成电路质量可靠一致性测试技术领域，具体涉及一种Flash器件擦写寿命测试系统装置。

背景技术

Flash具有成本低、存储容量大、读写速度快等优点，在存储器领域中占有重要地位，按结构主要可以分为AND和NOR两大类。NOR Flash可以按位访问，具有读写速度高的特点，但其位成本较高不易大规模集成；NAND Flash作为性能和成本均衡的代表，具有其它存储器所不具备的优势，在军工领域获得广泛应用。随着Flash的存储密度不断增加，位成本降低的同时，其存储可靠性不断的降低如何确保Flash存储数据读出的正确性，逐渐成为关注的焦点之一。Flash是基于浮栅晶体管结构的非易失存储器，包含三种主要操作：擦除、写入和读取。

军工领域内应用的电子元器件，其鉴定和质量保证检验方法必须要遵循军用标准要求。根据《GJB548B微电子器件试验方法和程序》1005.1和1016规定，并结合自身功能特性，Flash器件的C组检验应进行擦写疲劳试验和稳态寿命试验。擦写疲劳试验要求Flash器件在-55℃和125℃温度下进行10000次的擦写循环；稳态寿命试验要求在125℃下对Flash器件进行1000小时的数据读出功能测试。

现有电子元器件的寿命试验是借助老炼箱进行，将受试电路放置于配套设计的老炼电路板上，通过控制老炼箱的激励源输出简单的测试激励信号，受试器件测试结果的正确与否通过相应的指示灯显示。老炼主要是用于加速缩短电子元器件的初始寿命，因而老炼箱能够输出的激励信号简单，难以提供Flash器件擦写操作的时序信号；不能实现存储类器件地址遍历读操作，借助老炼进行稳态寿命试验的测试覆盖性不全；并且老炼箱无法提供低温环境，因而无法借助老炼箱完成Flash器件的擦写疲劳寿命试验。Flash擦写疲劳试验和稳态寿命试验要求对器件进行的功能操作在常规的功能测试板上容易实现，如将测试电路板放入高低温箱进行试验，受试Flash器件和外围辅助测试电路位于同一块测试电路板上，在试验时受到同样的温度冲击，即使外围辅助电路质量等级达到军品级别，在进行完一轮次试验后的难以保证辅助电路的功能，造成测试电路板的不确定性。如采用将受试器件和辅助电路镜像放置在测试板的正反两面，使用气流罩进行温度控制的方式，可以降低辅助电路受到的温度冲击，确保测试电路板的功能；但擦写疲劳试验要求125℃高温和-55℃低温分别对受试器件进行连续累计达10000次的擦写操作，根据器件的擦写周期计算至少需要分别持续80小时，稳态寿命试验要求125℃高温持续1000小时，超出了目前气流罩允许连续运转的时间范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，完成Flash器件擦写疲劳试验和稳态寿命试验，根据受试Flash器件进行软件程序开发，输出完全符合受试器件的擦写激励信号，实时监控受试器件的工作状态，实现Flash全地址空间不同方式的擦写、写入和读出操作，受试器件和辅助测试电路物理上完全分离，只有受试器件受到试验要求得的高低温冲击，辅助测试电路不受高低温的影响，试验装置可靠性高，成本低，测试覆盖性全，试验结果可信度高。

本发明采用以下技术方案：

一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，包括受试器件测试载板、测试控制显示电路板、直流稳压电源和PC机，受试器件测试载板经测试控制显示电路板与PC机连接，直流稳压电源分别与受试器件测试载板和测试控制显示电路板连接；

受试器件测试载板上设置有测试锁紧插座，受试Flash器件安装在测试锁紧插座上，测试控制显示板生成激励信号并发送给受试Flash器件，并接收受试Flash器件的反馈响应进行判断和显示。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中，测试控制显示电路板包括CPU、电平驱动电路、LED指示灯阵列、电源管理电路、时钟源和拨码控制开关，CPU分别与电平驱动电路、LED指示灯阵列、电源管理电路、时钟源和拨码控制开关连接，电平驱动电路与控制显示板测试信号插座连接，电源管理电路与控制显示板电源插座连接，拨码控制开关与控制显示板调试接口连接，CPU通过电平驱动电路给受试Flash器件提供激励信号，激励信号包括地址信号、数据信号、片选、输出使能和读写信号。

其中，LED指示灯阵列包括多个LED指示灯，LED指示灯的正端与CPU的GPIO输出引脚连接，LED指示灯的负端通过电阻接地。

其中，CPU的GPIO接口大于等于6路。

其中，电平驱动电路的型号为SN74ALVC245；电源管理电路的型号为TPS70345，能够将控制显示板电源插座输入的5V直流电进行二次转换，输出3.3V和1.2V电压；时钟源的型号为ZPB5，能够给CPU提供50MHz时钟信号。

其中，测试锁紧插座对应器件电源的引脚上设置有0.01～1μF的去耦电容。

其中，受试器件测试载板上设置有测试载板接口插座，测试控制显示板上设置有控制显示板测试信号插座，测试载板接口插座通过测试信号传输线缆与控制显示板测试信号插座连接，用于建立测试控制显示电路板输出的测试激励信号和受试Flash器件的响应信号物理通道。

其中，测试载板接口插座处对应电源输入端设置有22～47μF的滤波电容。

其中，测试控制显示板上设置有控制显示板电源插座，控制显示板电源插座与直流稳压电源连接，控制显示板电源插座用于为测试控制显示电路板提供单一的电源电压。

其中，测试控制显示板上设置有控制显示板调试接口，控制显示板调试接口通过调试连接线缆与PC机连接，用于进行试验装置制备过程中的擦写疲劳试验和稳态寿命试验程序开发和调试。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，产生测试激励和判定测试响应的测试控制显示电路板与受试器件的测试载板分开的结构，避免了这类特殊试验要求的连续长时间的高低温环境对辅助测试器件的温度冲击，提高了测试设备而可靠性；基于一种硬件设计方案，通过开发不同的测试程序，可以实现Flash擦写疲劳和稳态寿命两种可靠性试验，方案实施的成本低。

进一步的，Flash类器件擦写疲劳试验和稳态寿命试验所要求的激励信号对通用老炼箱而言是复杂的，老炼箱提供的激励信号难以组合出Flash器件测试所需的擦除、写和读系列控制命令；一般通用CPU集成有Flash控制器，通过CPU读写指令即可可进行Flash器件的擦除、写入和读出等基本操作，且CPU作为激励源核心的技术方案，在稳态和寿命试验中可以对受试Flash器件进行全地址范围不同方式的擦除、写入核读出操作，受试器件的工作方式与实际应用相同，测试的覆盖性远高于通过老炼箱实施的方案。

进一步的，用CPU的GPIO输出直接驱动LED对测试结果进行直观显示；在对所有受试器件完成测试后，CPU在测试程序的控制下在连接测试完成的GPIO引脚上输出高电平，点亮测试完成LED灯，指示稳态寿命试验测试完成；CPU通过对受试器件读写数据是否一致来判断测试是否正确；试验过程中CPU运行测试程序，当受试器件读写数据一致时，对应的GPIO引脚保持低电平，与该GPIO连接的LED不亮，指示相应的受试器件测试正确；试验过程中，当受试器件读写数据不一致时，在对应的GPIO引脚上输出高电平，点亮与该GPIO连接的LED，指示出相应的受试器件测试出错，没有通过稳态寿命测试。

进一步的，测试控制显示电路板上的电平驱动电路增强CPU输出的读写、片选控制信号以及写数据信号的驱动能力，提高了系统的抗干扰性能，使得测试系统在电干扰较大的测试环境中能够稳定工作；电源管理电路简化了测试系统供电输入，通过二次电源整理保障了测试系统工作电压的稳定性；在测试显示电路板上设置时钟源，为测试系统的核心控制器件CPU提供稳定时钟信号，有效降低测试环境中的电干扰对关键信号的影响。

进一步的，在受试器件电源的引脚上设置去耦电容起到两个作用：一、可以滤除电源上的噪声干扰，为受试器件提供稳定的工作电压；二、可以降低受试器件在工作时耦合到电源端的噪声，减少共用电源器件间的噪声相互影响。

进一步的，测试载板和控制显示板均设置插座，通过信号传输线缆连接建立板间信号传输通道，能够满足用高低温箱提供擦鞋疲劳和稳态寿命测试环境温度的工作要求，便于在高低温箱内外搭建测试系统。

进一步的，测试载板上的电源输入端设置容值较大的滤波电容，以滤除电源输入端得低频干扰，降低电源的波动。

进一步的，控制显示板设置调试接口用于仿真器与CPU的连接，进行测试程序的开发调试；在受试器件出现测试问题时可以通过调试接口进行在线调试，便于故障分析。

综上所述，本发明采用CPU产生测试激励并采集受试器件的响应判定是否符合预期来实现Flash器件擦写疲劳和稳态寿命测试；放置CPU的电路板置于高低温箱外的室温环境中，测试载板置于高低温箱内，整个测试系统只有受试的Flash器件处于高温或低温环境中，最大程度的降低了工作环境温度对测试系统中电子元器件的冲击；CPU作为激励源核心，在擦写疲劳和稳态寿命试验中对受试器件进行的全地址范围不同方式的擦除、写入和读出操作与器件应用中的工作模式相同，具有测试覆盖性高的优点；采用电平驱动提高测试系统的信号的质量，通过去耦合滤波电容保障测试系统电源的稳定性；测试结果直观的通过LED进行指示；插座接口和信号线缆建立板间连接，易于通过高低温箱进行测试系统的搭建；本发明方案具有低成本实际应用的优势。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为Flash寿命试验装置示意图；

图2为控制显示电路板示意图。

其中：1.受试器件测试载板；2.测试控制显示电路板；3.直流稳压电源；4.PC机；5.测试锁紧插座；6.测试载板接口插座；7.控制显示板测试信号插座；8.控制显示板电源插座；9.控制显示板调试接口；10.测试信号传输线缆；11.测试载板电源线；12.控制显示板电源线；13.调试连接线缆；14.CPU；15.电平驱动电路；16.电源管理电路；17.时钟源；18.拨码控制开关；19.LED指示灯阵列。

具体实施方式

本发明提供了一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，放置受试Flash器件的受试器件测试载板和产生测试激励信号、回读判断的测试控制显示电路板为两块独立的电路板。受试器件测试载板上根据试验对受试器件数目的要求放置相应数量的测试锁紧插座，保证受试Flash器件与电路板的良好电气接触，同时也便于器件的安装；受试Flash器件的所有输入输出信号通道均通过PCB布线连接到受试器件测试载板的测试载板接口插座上；受试器件测试载板从接口插座外接电源连线；测试控制显示电路板是完成试验测试的核心，所有测试辅助电路均置于测试控制显示电路板上。

请参阅图1，本发明一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，包括受试器件测试载板1、测试控制显示电路板2、直流稳压电源3和PC机4，受试器件测试载板1上放置5个与受试Flash结构相匹配的测试锁紧插座5，在受试器件测试载板1上设置有测试载板接口插座6，测试载板接口插座6通过1.5m长的测试信号传输线缆10与测试控制显示板2上的控制显示板测试信号插座7连接；测试控制显示板2的控制显示板调试接口9通过调试连接线缆13与PC机4连接，直流稳压电源3通过测试载板电源线11与测试载板接口插座6连接，通过控制显示板电源线12与测试控制显示板2的控制显示板电源插座8连接，测试控制显示电路板2上的CPU14通过Flash控制器生成Flash器件测试需要的激励信号，受试Flash器件接收激励信号并响应，反馈给CPU14进行判断，根据判断结果点亮LED指示灯阵列19上相应的LED指示灯，显示试验的结果。

为保正测试过程中受试Flash电压稳定性，在每个测试锁紧插座5对应器件电源的引脚上放置0.01～1μF去耦电容。

测试载板接口插座6是受试器件测试载板1输入激励信号和响应输出信号的接口，测试载板接口插座6处对应电源输入端上布置22～47μF的滤波电容。

激励信号包括地址信号、数据信号、片选、输出使能和读写信号。

测试控制显示电路板2是试验装置的控制中心，通过控制显示板测试信号插座7输出测试激励信号和接收测试响应信号，控制显示板测试信号插座7插上信号传输线缆10与受试器件测试载板1连接，建立起CPU输出的测试激励信号和受试Flash器件的响应信号物理通道，进行测试信号的发送和响应信号的接收。

控制显示板电源插座8为测试控制显示电路板2提供单一的电源电压，电源电压为5V，经过电源管理电路进行二次电源分配，生成显示控制板上辅助测试电路所需的工作电压并输出上电复位信号，在输出的工作电压达到目标值后，复位结束，系统工作启动。

控制显示板调试接口9是控制显示电路板2上CPU14的调试接口，控制显示板调试接口9通过调试连接线缆13与PC机4连接，用于进行试验装置制备过程中的擦写疲劳试验和稳态寿命试验程序开发和调试。

为保证试验装置的可靠性，测试信号传输线缆10和调试连接线缆13采用耐高低温的导线制作。

请参阅图2，测试控制显示电路板2包括CPU14、电平驱动电路15、LED指示灯阵列19、电源管理电路16、时钟源17和拨码控制开关18，CPU14分别与电平驱动电路15、LED指示灯阵列19、电源管理电路16、时钟源17和拨码控制开关18连接；

电平驱动电路15的输出信号通道通过PCB布线连接到控制显示电路板2的控制显示板测试信号插座7，电源管理电路16与控制显示板电源插座8连接，拨码控制开关18与控制显示板调试接口9连接。

CPU14为控制显示电路板2的核心，根据本发明中的应用需求，CPU14选用一款SPARC V8结构的处理器，型号为LCSOC3202，工作点电压为1.2V和3.3V，功能满足：

带有硬件调试接口用于试验测试程序的开发；

片上集成存储器便于测试程序的固化；

Flash接口控制器实现对受试Flash器件的擦写和读操作；

不少于6路的GPIO接口用来根据读出数据的正确与否，输出驱动信号点亮LED指示灯阵列20，显示测试结果。

电平驱动电路15的型号为SN74ALVC245，与CPU14的Flash接口信号连接，用于对信号进行驱动能力增强，提高了激励信号的质量，以保证测试信号的完整性增强测试系统的抗干扰能力。

电源管理电路16的型号为TPS70345，将控制显示板电源插座8输入的5V直流电进行二次转换，输出3.3V和1.2V电压，可以根据要求设置其输出的3.3V和1.2V电压的先后顺序；在输出电压的达到目标值120ms后，输出的复位信号结束，CPU14开始工作。

时钟源17的型号为ZPB5，工作压3.3V，输出CPU14工作需要的50MHz时钟信号，为保证时钟信号的稳定性，时钟源17的时钟输出引脚尽可能的靠近CPU14的时钟输入引脚。

拨码控制开关18与CPU14的调试模式使能引脚连接，在测试程序调试过程中，拨码开关18闭合，调试使能引脚输入3.3V高电平，CPU14工作在调试模式下；程序调试结束，完成Flash固化后，拨码开关18断开，调试使能引脚输入3.3V低电平，CPU14为正常工作模式，上电复位信号结束后自动加载测试程序开始工作。

LED指示灯阵列19由6只LED指示灯组成，其中5只LED与受试的5只Flash器件一一对应，第6只用于指示擦写疲劳测试程序运行结束。6只LED灯的正端与CPU14的6个GPIO输出引脚连接，LED灯的负端通过330Ω电阻接地。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种Flash器件擦写寿命测试系统装置的测试方法如下：

在进行擦写寿命试验时，将Flash器件的受试器件测试载板1放入高低温箱，高低温箱控制试验所需要的温度，用于固化擦写疲劳测试程序的测试控制显示电路板2放置在高低温箱外，两板之间通过测试信号传输线缆10连接，受试器件测试载板1上电后即开始试验进程；同样方式进行稳态寿命试验，此时测试控制显示电路板2上CPU内固化的为对应稳态寿命试验所开发的程序。这样一套测试装置通过测试程序的改变即可完成擦写疲劳和稳态寿命两个试验。

PC4机根据擦写疲劳试验和稳态寿命试验的测试要求分别对CPU进行相应的嵌入式程序开发；此时，测试控制显示电路板2上的CPU工作在调试模式下。擦写疲劳试验和稳态寿命试验测试程序开发完成后，对程序进行固化，完成程序固化后，可断开测试控制显示电路板2与PC机4的连接，CPU切换为正常自加载模式，测试系统装置即开发完成。

擦写疲劳试验要求连续累计完成10000次擦写，受试器件的功能正确与否还需读出Flash写入的数据来判定；稳态寿命试验要求高温125℃环境温度下进行1000小时循环读操作。两种试验的测试程序不同，在控制显示电路板2上的结果显示也不同。

CPU执行擦写疲劳试验测试程序，依次对位于测试载板上的5只受试Flash器件进行100次擦写操作，每完成100次擦写操作后，进行1次读操作，将读出的数据与写入的数据进行比对，出现读出数据与写入数据不一致情况下，即判断测试出错；某一受试器件在没有达到累计10000次擦写时出错就停止对该器件的测试，该器件判定失效；

测试进行过程中，在没有出错的情况下CPU的前5路GPIO输出“0”，第6路GPIO输出“0”，管脚为低电平，对应连接的LED灯不亮；测试出错，对应的GPIO接口输出“1”，管脚为高电平，对应连接的LED灯点亮；测试程序结束后，第6路GPIO输出“1”，点亮第6只LED灯，指示完成测试。

CPU执行稳态寿命试验测试程序，依次对位于测试载板上的5只受试Flash器件循环进行读、判断操作，结果正确循环进行，直到累计时间达到1000小时。如果CPU对某个受试Flash器件的读数据不符合预期，则判定测试出错，CPU停止对该出错器件的擦除、读写操作，只对正确的器件继续进行测试，直至测试累计达到1000小时。

所有5只受试Flash器件均通过擦写疲劳和稳态寿命试验控制显示电路板2上LED指示灯阵列19的相应显示结果为：LED灯1～5均不亮，LED灯6被点亮。如果LED灯1～5中有点亮指示，则说明有相对应的受试Flash器件测试出错，没有通过擦写疲劳或稳态寿命试验。

本发明采用CPU作为测试系统的核心通过CPU集成有Flash控制器，可进行Flash器件的擦写和读取操作。选用CPU作为激励源核心的技术方案片上集成存储器便于测试程序的固化；Flash接口控制器实现对受试Flash器件的擦写和读操作；不少于6路的GPIO接口用来根据读出数据的正确与否，输出驱动信号点亮LED指示灯阵列20，显示测试结果。电平驱动电路15的型号为SN74ALVC245，与CPU14的Flash接口信号连接，用于对信号进行驱动能力增强，提高了激励信号的质量，以保证测试信号的完整性增强测试系统的抗干扰能力。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，包括受试器件测试载板(1)、测试控制显示电路板(2)、直流稳压电源(3)和PC机(4)，受试器件测试载板(1)经测试控制显示电路板(2)与PC机(4)连接，直流稳压电源(3)分别与受试器件测试载板(1)和测试控制显示电路板(2)连接；

受试器件测试载板(1)上设置有测试锁紧插座(5)，受试Flash器件安装在测试锁紧插座(5)上，测试控制显示板(2)生成激励信号并发送给受试Flash器件，并接收受试Flash器件的反馈响应进行判断和显示。

2.根据权利要求1所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，测试控制显示电路板(2)包括CPU(14)、电平驱动电路(15)、LED指示灯阵列(19)、电源管理电路(16)、时钟源(17)和拨码控制开关(18)，CPU(14)分别与电平驱动电路(15)、LED指示灯阵列(19)、电源管理电路(16)、时钟源(17)和拨码控制开关(18)连接，电平驱动电路(15)与控制显示板测试信号插座(7)连接，电源管理电路(16)与控制显示板电源插座(8)连接，拨码控制开关(18)与控制显示板调试接口(9)连接，CPU(14)通过电平驱动电路(15)给受试Flash器件提供激励信号，激励信号包括地址信号、数据信号、片选、输出使能和读写信号。

3.根据权利要求2所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，LED指示灯阵列(19)包括多个LED指示灯，LED指示灯的正端与CPU(14)的GPIO输出引脚连接，LED指示灯的负端通过电阻接地。

4.根据权利要求3所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，CPU(14)的GPIO接口大于等于6路。

5.根据权利要求2所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，电平驱动电路(15)的型号为SN74ALVC245；电源管理电路(16)的型号为TPS70345，能够将控制显示板电源插座(8)输入的5V直流电进行二次转换，输出3.3V和1.2V电压；时钟源(17)的型号为ZPB5，能够给CPU(14)提供50MHz时钟信号。

6.根据权利要求1所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，测试锁紧插座(5)对应器件电源的引脚上设置有0.01～1μF的去耦电容。

7.根据权利要求1所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，受试器件测试载板(1)上设置有测试载板接口插座(6)，测试控制显示板(2)上设置有控制显示板测试信号插座(7)，测试载板接口插座(6)通过测试信号传输线缆(10)与控制显示板测试信号插座(7)连接，用于建立测试控制显示电路板(2)输出的测试激励信号和受试Flash器件的响应信号物理通道。

8.根据权利要求7所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，测试载板接口插座(6)处对应电源输入端设置有22～47μF的滤波电容。

9.根据权利要求1所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，测试控制显示板(2)上设置有控制显示板电源插座(8)，控制显示板电源插座(8)与直流稳压电源(3)连接，控制显示板电源插座(8)用于为测试控制显示电路板(2)提供单一的电源电压。

10.根据权利要求1所述的Flash器件擦写寿命测试系统装置，其特征在于，测试控制显示板(2)上设置有控制显示板调试接口(9)，控制显示板调试接口(9)通过调试连接线缆(13)与PC机(4)连接，用于进行试验装置制备过程中的擦写疲劳试验和稳态寿命试验程序开发和调试。