一种可定制流程的MT29F系列NAND FLASH测试老炼系统技术领域
本发明涉及一种可定制流程的MT29F系列NAND FLASH测试老炼系统。
背景技术
Micron公司MT29F系列NAND FLASH采用SLC架构设计、兼容ONFI接口，单片容量从
32Gbit到256Gbit，质量等级包括商业级与工业级。低等级NANDFLASH用于航天型号前需进
行一系列可靠性筛选与考核试验，其中与器件电特性相关的试验主要包括：功能测试、动态
老炼、静态老炼、稳态寿命、擦写寿命与数据保持力等。各项试验的条件虽然各不相同，但从
底层上看均是对NANDFLASH进行以擦/写/读等为主的各项基本操作。现有的NAND FLASH测
试老炼系统存在以下问题：
(1)功能单一
现有NAND FLASH的各项电学试验通常需要使用不同的系统来完成，测试通常在
ATE(自动测试设备)上进行，老炼(包括动态老炼、静态老炼与稳态寿命)与擦写寿命试验需
要在专用的存储器老炼系统上进行，数据保持力试验则需要同时使用ATE与高温试验箱。
(2)同测能力有限
当使用ATE测试NAND FLASH时，由于NAND FLASH存储容量较大，单只器件的测试时
间较长，一般需要通过多Site同测来缩短总的测试时长。ATE的多Site同测能力受限于其硬
件资源数量。以MT29F系列中具有36个信号引脚的128Gbit型号产品为例，一台配备了256路
测试通道的ATE只能对7只器件进行同测，而扩充硬件则会带来巨大的成本开销。
(3)通用性不足
现有NAND FLASH的老炼系统通常是专用系统，即只能对某一种具体型号的NAND
FLASH器件进行老炼试验。
(4)老炼有效性不足
现有NAND FLASH老炼系统通常采用远程测控、分时复用的设计架构，将老炼控制
器放置在高温环境外，通过长线将老炼信号传输到老炼板上，并在老炼板上通过大量的继
电器与老炼器件分别连接，通过控制继电器通断使同一时刻仅有1只NAND FLASH与老炼控
制器连接。这种架构的优点在于有效减少了老炼信号的数量，缺点则在于限制了老炼信号
的传输频率，并降低了动态老炼试验的有效性(未能使全部器件始终处于工作状态)。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可定制流程的MT29F
系列NAND FLASH测试老炼系统。
本发明的技术解决方案是：一种可定制流程的MT29F系列NAND FLASH测试老炼系
统，包括上位机、程控电源、高温试验箱、USB转UART桥、下位机，下位机包括N个结构完全相
同的母板、M个结构完全相同的信号板、K个结构完全相同的DUT板，下位机中每块母板安装
多块信号板，每块信号板安装1块DUT板，每块DUT板安装多个耐高温试验夹具，N、M、K均为正
整数，其中
上位机，产生下位机上电指令后送至程控电源；产生下发指令后送至USB转UART
桥；接收NAND FLASH的测试数据并显示；所述的下发指令包括NAND FLASH的操作指令与试
验流程；
USB转UART桥，接收下发指令后转换得到N路下发指令，将N路下发指令分别送至N
个下位机的母板；接收N个下位机的母板发送的NAND FLASH的测试数据并送至上位机；
程控电源，接收下位机上电指令后为下位机中的母板进行供电；
高温试验箱，N个母板、M个信号板、K个DUT板均放置在高温试验箱内，高温试验箱
调节N个母板、M个信号板、K个DUT板的试验温度；
母板包括电源接口、UART接口、与信号板对接的多个连接器A、与信号板对接的多
个信号板身份设置电路；电源接口接收程控电源提供的电源信号后送至与信号板对接的连
接器A；与信号板对接的信号板身份设置电路分别标识连接的信号板身份；UART接口接收下
发指令，然后读取与信号板对接的信号板身份设置电路标识的信号板身份，将下发指令送
至信号板身份为主控单元的信号板，接收NAND FLASH的测试数据并送至上位机；与信号板
对接的连接器A将电源信号送至各个信号板进行供电；所述的信号板身份包括主控单元、从
设备；
信号板接收电源信号后进行分流，并对DUT板进行供电；接收下发指令后送至DUT
板；接收DUT板发送的NAND FLASH的测试数据并送至UART接口；
DUT板，包括多个耐高温的DUT试验夹具、与信号板对接的连接器C；耐高温的DUT试
验夹具安装待测试的NAND FLASH；与信号板对接的连接器C接收电源信号后对NAND FLASH
进行供电，接收下发指令后送至NANDFLASH，控制NAND FLASH使用下发指令中的操作指令与
试验流程进行试验，然后读取NAND FLASH试验得到的NAND FLASH测试数据并送至信号板；
所述的操作指令与试验流程包括初始化、功能测试、动态老炼试验、静态老炼试验、稳态寿
命试验、擦写寿命试验、数据保持力试验，其中，初始化为测试DUT板是否安装NAND FLASH，
获取测试NAND FLASH的坏块信息。
所述的下位机为可插拔替换的三层次物理设计架构，低层为母板，中层为信号板，
上层为DUT板，母板、信号板、DUT板之间通过耐高温的连接器进行连接。
所述的高温试验箱的温度为85℃。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过上位机实现试验流程管理与指令控制功能，下位机实现模块化的
NAND FLASH操作信号控制功能，高温试验箱实现温度控制功能，可对NAND FLASH进行“功能
测试、动态老炼、静态老炼、稳态寿命、擦写寿命与数据保持力”等全部电学试验，解决了现
有测试/老炼系统功能单一的问题，并且具备根据实际应用需求定制具体试验流程的能力；
(2)本发明通过采用USB接口作为指令与数据传输总线，单台(套)系统设计支持最
多64只NAND FLASH同时进行试验(该数量适用于BGA100封装的MT29F128G08AUCBBH3，其他
型号器件可能会有所不同),并且硬件具备扩展能力，解决了ATE测试系统同测能力有限的
问题；
(3)本发明通过采用“母板、信号板、DUT板”三层堆叠的、可插拔替换的设计架构，
通过修改信号板控制程序并更换不同的DUT板，即可实现对其他型号NAND FLASH电学试验，
解决了传统老炼系统通用性不足的问题；
(4)本发明通过将多个老炼信号控制器(FPGA)置于被试验器件(NANDFLASH)近端，
从而实现了在较高的频率条件下对每个NAND FLASH同时独立进行操作，解决了传统老炼系
统频率不高、有效性有限的问题。
附图说明
图1为本发明一种可定制流程的MT29F系列NAND FLASH测试老炼系统结构图；
图2为本发明测试老炼系统中母板结构图；
图3为本发明测试老炼系统中信号板结构图；
图4为本发明测试老炼系统中DUT板结构图；
图5为本发明测试老炼系统中静态老炼偏置图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种可定制流程的MT29F系列NANDFLASH测试老
炼系统，能够对MT29F系列NAND FLASH进行“功能测试、动态老炼、静态老炼、稳态寿命、擦写
寿命与数据保持力”等6项试验，具体性能指标包括：具备64个试验工位，可对64只NAND
FLASH同时进行测试，也可对指定编号的某一只器件单独进行操作；对于指定的NAND FLASH
可以进行全存储区的擦/写/读操作，也可以单独对器件的某个Block或Page进行操作。本发
明系统采用指令与实际功能模块分离的设计方式，在下位机上实现NAND FLASH各项功能操
作的模块化设计，上位机按照指定的试验流程发送操作指令，并通过设定不同的指令集来
试验不同试验的操作需求，另外，本发明系统通过修改下位机NAND FLASH功能模块的寻址
深度，可对MT29F系列其他型号器件进行试验，同时具备坏块管理、虚拟ECC校验与试验全过
程监控记录功能。
本发明MT29F系列NAND型FLASH测试与试验系统包括计算机、程控电源、高温试验
箱、USB转UART桥和下位机，其中，下位机包括母板、信号板、DUT板，母板的作用是进行电源
分配并实现计算机与信号板间的通信与控制，信号板是下位机的核心，用于接收上位机指
令、产生测试向量、记录测试结果并回传给上位机，DUT板用于安装试验所用的无损测试夹
具，对不同型号(或封装)的器件有不同的DUT板，本发明MT29F系列NAND型FLASH测试老炼系
统的试验方法包括功能测试方法、动态老炼与稳态寿命试验方法、静态老炼试验方法、擦写
寿命试验方法、数据保持力试验方法。如图1为本发明一种可定制流程的MT29F系列NAND
FLASH测试老炼系统结构图，
本发明一种可定制流程的MT29F系列NAND FLASH测试老炼系统，包括上位机、程控
电源、高温试验箱、USB转UART桥和下位机，其中，下位机包括母板、信号板、DUT板，下位机采
用可插拔替换的三层次物理设计架构，自底向上分别为母板、信号板与DUT板，母板、信号板
与DUT板之间通过耐高温的连接器进行连接，每组下位机包括4块母板，每块母板可安装4块
信号板，每块信号板安装1块DUT板，各部分功能说明如下：
上位机，通过测试老炼系统软件控制下位机的加/断电，通过USB转UART桥进行
NAND FLASH操作指令与试验流程的下发，接收下位机上传的状态信息与测试数据，记录器
件坏块信息，测试Fail地址。
USB转UART桥，用于将1路USB转换为4路UART，分别连到4块下位机母板上，实现上
位机指令的下发和下位机状态信息与测试数据的上传。
程控电源，为测试老炼系统下位机的四块母板供电，每块母板需要五路电源，其
中，信号板三路(3.3V、1.2V、1.8V)，DUT板2路(3.3V、1.8V)。
高温试验箱，为测试老炼系统下位机提供老炼与寿命试验所需的85℃高温环境。
如图2为本发明测试老炼系统中母板结构图，下位机母板包括电源接口、UART接
口、4组(8只)与信号板对接的连接器A和信号板身份设置电路(拨码开关)。
母板主要功能如下：一次电源分配，将程控电源提供的5路电源信号分配到4个信
号板工位对应的连接器A上；通信链路身份控制，通过母板上的拨码开关设定不同工位上信
号板的身份，其中，第1个工位设置为主控单元，其他3个工位设置为从设备，主控单元与上
位机通过UART接口通信，与从设备通过板间SPI总线通信，主控信号板负责对上位机指令进
行接收、解析与转发，从设备接收并执行指令，状态信息与试验结果由主控信号板统一汇总
编码后发往上位机。
如图3为本发明测试老炼系统中信号板结构图，下位机信号板主要包括FPGA及其
周边电路(包括外部时钟、系统复位、配置Flash存储器和调试接口等)、1组(2只)与母板对
接的连接器A、1组(2只)与DUT板对接的连接器B。信号板主要功能如下：二次电源分配，对母
板分配的电源进行二次分配，将其中供DUT使用的3.3V和1.8V电源连接到连接器B上；测试
向量产生与比较，接收上位机下发的测试指令，由FPGA产生模块化测试向量，通过连接器B
发往DUT板，DUT的输出信号通过连接器B发回FPGA，FPGA对其中的关键信息(坏块地址、测试
Fail地址等)进行记录；测试状态信息与结果的回传，测试过程中的状态信息与最终测试结
果由FPGA通过连接器A发往UART，由上位机软件接收后进行显示或处理。
如图4为本发明测试老炼系统中DUT板结构图，下位机DUT板主要包括4只耐高温的
DUT试验夹具、1组(2只)与信号板对接的连接器B，DUT板主要功能是为试验器件提供工作电
源和测试信号。
本发明测试老炼系统试验方法主要包括初始化方法、功能测试方法、动态老炼试
验方法、静态老炼试验方法、稳态寿命试验方法、擦写寿命试验方法和数据保持力试验方
法。
(1)初始化方法流程
初始化方法是系统开机后的默认流程，任何其他试验方法都必须从在初始化方法
正确完成后才能开始，初始化方法的具体流程如下：
(11)系统上电，下位机FPGA从其配置Flash中加载配置程序；
(12)上位机向下位机主控FPGA发送初始化指令，主控FPGA向从机FPGA进行转发，
安装了信号板的从机FPGA将向主机发送ID确认信息。
(13)主机和安装了信号板的从机FPGA向对应的DUT工位发送Reset指令(0xFF)，通
过检测Ready/Busy信号状态来判断工位上是否安装了器件；
(14)主机和安装了信号板的从机FPGA向安装了器件的工位发送ReadID指令
(0x90)，回读并记录器件ID；
(15)主机和安装了信号板的从机FPGA向安装了器件的工位发送读坏块列表指令，
回读并记录每只器件的坏块信息
(16)从机FPGA将本机ID信息、安装的器件状态和初始坏块信息发送到主控FPGA，
主控FPGA打包后发往上位机；
(17)上位机通过软件界面显示系统当前安装的DUT数量、对应编号(1-64)和每只
器件的初始坏块列表。
(2)功能测试方法流程
(21)通过上位机软件选择“功能测试”模式；
(22)设置测试模式为“同步模式”或“异步模式”；
(23)设置测试对象为“全部器件”或“指定编号的一只器件”；
(24)设置测试范围为“全部存储区”或“指定地址”(分辨率为块或页地址)；
(25)设置测试算法为“全0”、“全1”、“正棋盘格”、“反棋盘格”四种中的一种或全
部；
(26)设置测试操作内容为“写入”、“读出”或“自动”(先写入后读出)；
(27)设置虚拟ECC校验为“1bit”、“2bit”、“3bit”、“4bit”或“无”；
(28)对于给定器件编号和页地址的可以选择“读取页数据”，此时测试算法和测试
操作内容设置不起作用；
(29)对于“全部器件”或“指定编号的一只器件”可以进行“读坏块列表”操作，此时
测试范围、测试算法和测试操作内容设置不起作用；
(210)上位机软件将测试流程分解到模块级操作发往下位机，每发送成功一条指
令后，上位机持续定期巡检下位机状态，如检测到Busy则继续巡检，如检测到Done则回读测
试结果；
(211)系统自动对不能成功编程或擦除的Page所在Block进行坏块标记，对读出比
较时出现Fail的Block进行单独统计，在测试结束后由操作者决定是否进行坏块标记。
(3)动态老炼试验流程
(31)通过上位机软件选择“动态老炼”模式；
(32)设置测试模式为“同步模式”或“异步模式”；
(33)动态老炼默认停止方式为“手动停止”；
(34)动态老炼默认设置测试对象为“全部器件”，测试范围为“全部存储区”，测试
算法及操作流程为“擦除”、“比较全1”、“写全0”、“比较全0”，往复……
(35)动态老炼默认设置虚拟ECC校验默认为“1bit”；
(36)通过高温试验箱设置动态老炼温度为85℃；
(37)动态老炼时间为240h，手动设置停止，停止后默认运行完当前一轮操作。
(4)静态老炼试验方法流程
(41)通过上位机软件选择“静态老炼”模式；
(42)静态老炼默认停止方式为“手动停止”；
(43)如图5所示为本发明测试老炼系统中静态老炼设置图，静态老炼默认设置测
试对象为“全部器件”，FPGA默认按图5对DUT施加固定电平，其中NAND FLASH的VCC端口接
3.3V电压，VCCQ、nRE/W_nR与nWE/CLK端口接1.8V电压，VSS、VSSQ、ALE、CLE、nCE、DQ1、DQ2、DQS与
nWP端口接GND(地)，R_nB端口通过电阻R(R为FPGA内部上拉电阻)接1.8V电压。
(44)静态老炼操作下“测试模式、测试对象、测试范围、测试算法、操作内容、虚拟
ECC校验”等设置均不起作用；
(45)通过高温试验箱设置静态老炼温度为85℃；
(46)静态老炼时间为72h，手动设置停止。
(5)稳态寿命试验方法流程
稳态寿命试验条件与动态老炼试验相同，仅试验时间延长为1000小时；
(6)擦写寿命试验方法流程
(61)通过上位机软件选择“擦写寿命”模式；
(62)设置测试模式为“同步模式”或“异步模式”；
(63)擦写寿命默认停止方式为“擦写1000次”后停止；
(64)擦写寿命默认设置测试对象为“全部器件”，测试范围为“全部存储区”，测试
算法及操作流程为“擦除”、“写全0”、“擦除”、“写全0”，往复1000次；
(65)擦写1000次后运行“功能测试”判断器件状态。
(66)擦写寿命试验在室温下进行。
(7)数据保持力试验方法流程
(71)在功能测试模式下，对待测器件的全部存储区进行写全0操作，完成后断电；
(72)通过高温试验箱设置试验温度为150℃，放置120小时；
(73)在功能测试模式下，对待测器件的全部存储区进行读全0操作，比对并分析测
试结果。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。