1．引言

隨著當前移動存儲技術的快速發展和移動存儲市場的高速擴大，FLASH型存儲器的用量迅速增長。FLASH芯片由于其便攜、可靠、成本低等優點，在移動產品中非常適用。市場的需求催生了一大批FLASH芯片研發、生產、應用企業。為保證芯片長期可靠的工作，這些企業需要在產品出廠前對FLASH存儲器進行高速和細致地測試，因此，高效FLASH存儲器測試算法的研究就顯得十分必要。

不論哪種類型存儲器的測試，都不是一個十分簡單的問題，不能只將存儲器內部每個存儲單元依次測試一遍就得出結論，這是因為每一個存儲單元的改變都有可能影響存儲器內部其他單元的變化（這種情況又是常常發生的）。這種相關性產生了巨大的測試工作量。另外，FLASH存儲器有其自身的特點，它只能將存儲單元內的數據從“1”寫為“0”，而不能從“0”寫為“1”，若想實現“0”－》“1”操作，只能把整個扇區或整個存儲器的數據擦除，而擦除操作要花費大量的時間。FLASH存儲器還有其他特性，比如讀寫速度慢、寫數據之前要先寫入狀態字、很多FLASH只適于順序讀寫而不適于跳轉操作等，這些特點都制約了FLASH存儲器的測試。

為解決FLASH測試中的這些問題，人們提出了應用內建自測試或利用嵌入式軟件等測試方法測試相關性能，都取得了比較好的效果，但這些方法大多不適用于利用測試儀進行批量的產品測試。而多數對通用存儲器測試很有效的算法，由于受到FLASH器件自身的限制（如不能不能直接從“0”寫為“1”），很難直接適用于FLASH測試。

文本在簡單介紹FLASH芯片的結構與特點之后，說明了FLASH存儲器測試程序原理。在此基礎上，分析和改進了幾種通用的存儲器測試方法，使之能有效地應用于FLASH測試中。這些方法簡單高效，故障覆蓋率高，并且可以快速預先產生，與其他一些測試算法相比，更適于應用在測試儀中進行工程測試。本文分析了這些方法的主要特點，在此基礎之上，介紹了實際FLASH存儲器測試中應用的流程。

2．FLASH芯片的結構特征

FLASH存儲器種類多樣，其中最為常用的為NOR型和NAND型FLASH。通常，NOR型比較適合存儲程序代碼，其隨機讀寫速度快，但容量一般較小（比如小于32 MB），且價格較高；而NAND型容量可達lGB以上，價格也相對便宜，適合存儲數據，但一般只能整塊讀寫數據，隨機存取能力差。它們對數據的存取不是使用線性地址映射，而是通過寄存器的操作串行存取數據。

一般來說，不論哪種類型的FLASH，都有一個ID寄存器，用來讀取存儲器信息，可根據供應商提供的芯片資料進行具體的類型判斷。另外，FLASH存儲器的擦除過程相對費時，且擦除流程相對復雜。圖1為FLASH芯片擦除的一般流程。

可見，擦除數據的操作限制了FLASH芯片的工作速度。此外，其他一些特性，比如讀寫速度慢、寫數據之前要先寫入狀態字、很多FLASH都設有冗余單元等等，這些特點都制約了測試速度的提高。因此，設計合理的方法，或將幾塊FLASH并測，并且應用測試算法減少測試時間就顯得十分必要。

3．系統連接

本文選用的芯片為AMD公司的NOR型FLASH——Am29LV400B及三星公司的NAND型FLASH K9F5608UOB，它們都可通過44 PIN專用適配器和數字電路測試儀的數字通道直接相連。我們所采用的硬件實驗平臺是北京自動測試技術所開發的BC3192數模混合測試系統，該系統可提供工作速度快，算法圖形產生方式靈活，非常適合測試需要。

4．測試實現方法

假設存儲器可選址的存儲單元數為N，由于存儲器芯片每次只能訪問一個存儲單元，每個單元只有“0”或“1”兩種狀態，所以所有可能出現的狀態共2N種。由于選取的地址又是隨機的，所以，當測試步數為M時，選址序列組合可能有2N NM種之多。即使采用全“0”或全“1”兩種圖案測試，總的測試圖形也將有2NM種，這是個巨大的數字。

為了能夠有效地檢測存儲器芯片，必須分析半導體存儲器的結構，確定和選擇幾種能夠有效檢驗存儲器功能的圖形，使之既能達到檢測目的，又使測試量限定在允許范圍之內。但實際應用中，由于每種測試圖形都有其局限性，再加上各個生產廠家以及各種型號存儲器的特性不完全一致，現在還沒有最佳的統一測試方法。

根據FLASH芯片的特點，我們主要改進并使用了以下幾種辦法：

4.1 奇偶校驗圖形檢驗法

奇偶校驗圖形檢驗法是一種比較適合存儲器測試的方法。在奇偶性圖形檢驗法中，向存儲單元矩陣寫入的數據圖案是根據存儲單元選址地址碼的奇偶性而定的。如果存儲單元的行地址碼和列地址碼中有偶數個1，其奇偶性為0，則在該存儲單元中寫入“0”（或“1”）；如果有奇數個1，其奇偶性為1，則在該存儲單元中寫入“1”（或“0”）；存儲單元矩陣存入的信號數據將是行地址碼和列地址碼之間的異或關系，其算法如下：

式中Pr為行地址的奇偶性，Pc為列地址的奇偶性。

FLASH芯片奇偶性圖形功能檢測的流程是：首先根據算法寫入背景圖形，然后逐位讀出并檢驗結果的正確性，再將芯片數據擦除，以反碼圖形重復上述測試過程。其總的測試步數為M=4N。

由于奇偶性圖形是不對稱的，任何一位的地址譯碼器失效都會引起本應寫入互為反碼數據的兩個存儲單元之一重復選址，并且第二次選址改變了第一次選址時寫入的內容，而另一個存儲單元未被訪問。因此地址奇偶性圖形可以很好地檢驗出地址譯碼器的故障。

奇偶性圖形每次都把整個存儲器單元寫完后再整體讀出，沒有反復擦除的過程（整個過程只需擦除兩次），非常適用于FLASH芯片測試。

4.2 齊步法

齊步法［6］是對存儲器的每個單元依次進行檢驗的一種方法。首先從第一個存儲單元開始，逐個對每個單元進行取反和檢驗，直到最后一個單元檢測結束才完成一遍掃描。然后，在背景為反碼的情況下，從第一個存儲單元開始，逐個對每個單元進行取反和檢驗，直到最后一個單元檢測結束。整個過程就像所有單元一起向前走步一樣，因此稱為“齊步法”。根據FLASH芯片特點，我們改變在反碼背景條件下走步的過程，把它改造如下，形成了適合的齊步算法。

在圖2中給出了測試FLASH齊步法的測試流程：

在測試之前，每個存儲單元具有信息“1”。首先在存儲矩陣中寫入背景圖案（初始狀態為全“1”），然后從地址A0開始選址進行讀“1”，寫“0”，讀“0”操作，并檢驗讀出結果。接著，依次到下一個選址單元重復該操作（讀“1”，寫“0”，讀“0”），直到全部存儲單元（A＝N－1）重復完為止。再在讀操作方式下對全部存儲單元進行一次正向掃描讀出，檢查有無正向對反向的多重寫入問題。然后將存儲器輸入擦除，使之全部單元為全“1”。進而開始反向掃描：從最高地址AN－1開始執行讀“1”，寫“0”，讀“0”操作，逐位進行上述操作過程，直至最終地址為AN-1，最后對全部存儲單元進行讀“0”掃描，以檢驗讀出結果的正確性。

用這種測試算法檢測存儲芯片，可使每個存儲單元都被訪問。既能保證每個存儲單元都能存儲“1”和“0”數據，又能保證每個存儲單元都受到周圍其他單元的讀“1”、讀“0”和寫“1”、寫“0”的打擾。齊步法總的測試步數為：

式（3）中，W表示寫操作，R表示讀操作，Q表示“1”， 表示“0”。Bij表示存儲器第i行j列的存儲單元。如WBij（Q）就表示對第i行j列的存儲單元進行寫“1”操作所用的時間。

由式（3）可知，其測試步數共9N，且整個過程只需兩次擦除操作，可見它是一種即快速又有效的方法。

4.3 移動變反法

移動變反測試法是按順序變反每個地址存儲單元數據的方法。它需要在變反前后讀出每個存儲單元的數據，而且，還必須借助于前進和后退的地址尋址序列產生地址跳躍，地址以20、21…、2n-1次方的增量變化（n是地址位數）。按照以上規律進行地址跳變后，再對每個地址進行三次操作：讀、寫和讀即可完成一個循環。

以上操作的目的主要在于地址間產生有效相互打擾，但顯然如果以整個芯片為單元進行上述操作需要多次擦除數據，因此對FLASH測試芯片應做如此改進：以扇區為單元完成操作。假設FLASH芯片有N個扇區，移動變反法的功能測試先要以“1”為背景圖案寫入全部存儲單元。首先，在第一個扇區，對A0存儲單元讀出并驗證是“1”，再將該存儲單元改寫成“0”，最后讀出該存儲單元的信息以證明新寫入的“0”仍存于該存儲單元中。第一扇區測試地址按有效位的階20遞增，對每個存儲單元都要重復上述的讀“1”，寫“0”讀“0”的操作過程，需要測試步長為3n（n為該扇區的存儲單元數）才能使全部的存儲單元都變成“0”。這次測試的地址序列是遞增1的，即由地址最低位A0增加到最高位A（n－1），對A（n－1）存儲單元進行讀“1”，寫“0”和讀“0”驗證。

對第二個扇區，以下一個地址階21作為地址增量的變化量，每次用不同的地址位作為最低位（分別為第0位和第1位），使地址以此增量的變化通過所有可能的地址。因此在一次測試程序中所有地址的存儲單元都被測試一次。

然后，依次以22、24…2N作為地址增量，重復上述過程，每完成一個循環便產生一個循環進位。

由于各個扇區的大小不同，移動變反法功能測試圖形步長為3n（n為最大扇區存儲單元個數）。以扇區為單元的測試實際上是一種對芯片功能的抽測，因為它并沒有進行對各單元存取數據進行反復打擾，以驗證其地址線間信號改變所帶來的影響，但這種方法分別在各個扇區對鄰近地址線一一做了打擾測試，由于各個扇區結構根本上是相同的，因此這種抽測很有代表性，并且把測試時間減少了一個數量級。

移動變反法測試圖形是一種良好的折衷測試方案。因為它幾乎具有各種測試圖形的最好特點，可以用較少的試驗步數測試盡可能多的存儲單元間打擾的相互影響。在具體程序中，“1”場變反為“0”場是按序選擇地址，并通過寫入這些地址而產生的，在兩次讀出之間有一次寫操作。移動變反法測試包括了功能測試和動態測試，功能測試保證被測存儲單元不受讀、寫其他存儲單元的影響，動態測試預測最壞和最好條件下的取數時間，并預測地址變換對這些時間的影響。

這種測試方法易于實現，它是在跳步算法的基礎上，通過改變跳步的長度，減小了算法的復雜度。移動變反法測試是一種具有良好功能測試和動態測試特點的測試圖形，并且所需的測試時間較短，在很多情況下都有很好的效果。尤其是對于較大容量存儲器的測試，該方法特別有效。

移動變反法還可以作進一步擴展，即對數據做移動變反處理。以芯片為32位總線為例，首先對存儲器各單元寫入0xAAAAAAAA，檢驗并擦除，然后對存儲器寫入0xCCCCCCCC，檢驗并擦除，以后依次寫入0xF0F0F0F0，0x0F0F0F0F，0xFF00FF00，0x00FF00FF，0xFFFF0000，0x0000FFFF， 0xFFFFFFFF，0x0，都在檢驗所寫的正確性后再擦除數據。其原理與地址移動變反相同，在此不再贅述。

4．測試方法的綜合使用和流水測試

以上，從算法的角度上提高了FLASH芯片的可測性。雖然NOR、NAND型FLASH結構不同，但由于以上算法都可通過計算，順序產生測試圖形，因此可通用于以上兩類器件的測試中。

上述三種方法各有優點，在實際應用中可配合使用。地址奇偶性圖形測試最為方便高效，因為在寫入圖形過程中每次只改變一位地址線，而且寫入的是相反的數據，所以如果哪一位地址線出現短路立刻會被檢查出來，使用該方法最適宜檢驗地址譯碼器的故障。齊步法適于用來檢驗多重地址選擇與譯碼器的故障，并且可以檢測寫入時噪聲對存儲芯片特性的影響，它能保證正確的地址譯碼和每個存儲單元存儲“1”和“0”信息的能力。在大多數生產測試中，聯合使用這兩種方法可以判別出FLASH絕大多數的故障。當然，各個廠家生產的芯片在結構和工藝上有一定區別，因此出現各種錯誤的概率也不同，可以根據實際情況調整方法。由于設計問題，有些芯片還有可能出現其他一些不太常見的錯誤，這就需要進行更詳盡的測試，這時使用移動變反測試法就比較合適。這種方法可以很好地測試芯片的動態錯誤，并且可根據具體需要詳細展開測試或簡化測試，對于產品性能分析十分有效。

在具體程序設計時，為簡化算法執行，可以將讀取產品型號、調用讀寫命令的語句作為子程序存儲在測試儀中，每次需要時都可以無縫調用。

在測試過程中，最耗費時間的是程序擦除操作，一次擦除往往就需要幾秒，其解決辦法是將擦除工序單獨處理。在實際應用中，可使用兩臺測試儀，其中，在擦除時幾個芯片并行運行。這樣，一臺設備用于讀、寫、測試，另一臺設備用于擦除數據，就可以有效地形成流水線操作，大大節省測試時間。此外，將幾種方法綜合使用，還有助于提高故障覆蓋率。

5．實驗結果

根據上述思想，我們在國產BC3192的測試系統平臺上，對AMD公司的NOR型FLASH——Am29LV400B及三星公司的NAND型FLASH——9F5608UOB都進行了測試。實驗表明，和傳統的以棋盤格為基礎的測試圖形相比，奇偶校驗法、齊步法和移動變反法產生的測試圖形故障覆蓋率更高，這些算法由于最多只有兩次芯片擦除操作，所以測試時間完全能符合工程測試需要，其中，移動變反法沒有擦除操作，所以測試速度最快。在實驗中，我們采用上述三種方法中任意一種，按照流水的方法測試，在相同故障覆蓋率下，都可以使測試效率可提高40％以上。

6．結論

本文是在傳統存儲器測試理論基礎上對FLASH測試的嘗試，該方法保留了傳統方法的優點，較好地解決了FLASH存儲器測試的困難。該方法方便快捷，流程簡單，所有測試圖形都可以事先生成，這樣就可以直接加載到測試儀中，有利于直接應用于測試儀進行生產測試。

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