基于magnum II測試系統(tǒng)的MRAM VDMR8M32測試技術(shù)研究

　　摘要: VDMR8M32是珠海歐比特公司自主研發(fā)的一種高速、大容量的TTL同步靜態(tài)存儲器(MRAM)，可利用其對大容量數(shù)據(jù)進行高速存取。本文首先介紹了該芯片的結(jié)構(gòu)和原理，其次詳細闡述了基于magnum II測試系統(tǒng)的測試技術(shù)研究，提出了采用magnum II測試系統(tǒng)的APG及其他模塊實現(xiàn)對MRAM VDMR8M32進行電性測試及功能測試。其中功能測試包括全空間讀寫數(shù)據(jù)0測試，全空間讀寫數(shù)據(jù)1，以棋盤格方式進行全空間讀寫測試。另外，針對MRAM的關(guān)鍵時序參數(shù)，如TAVQV(地址有效到數(shù)據(jù)有效的時間)、TELQV(片選使能到數(shù)據(jù)有效的時間)、TGLQV(輸出使能到輸出數(shù)據(jù)有效的時間)等，使用測試系統(tǒng)為器件施加適當?shù)目刂萍?，完成MRAM的時序配合，從而達到器件性能的測試要求。

　　關(guān)鍵詞：magnum II，VDMR8M32，MRAM ，APG

　　1. 引言

　　MRAM靜態(tài)隨機存取存儲器是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路技能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)。它的主要優(yōu)點是速度快，不必配備刷新電路，可提高整體的工作效率。集成度低，功耗大，相同容量的體積較大，而且價格較高。但在串行低速數(shù)據(jù)到并行高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，存儲器起的是數(shù)據(jù)緩沖作用。為了的到更高的傳輸速度和更大的傳輸容量，需要更高的速度和更大容量的存儲器。VDMR8M32是珠海歐比特公司研制出的一種高速、大容量的TTL同步靜態(tài)存儲器，其容量為256k×32bit，同時具有設(shè)計簡單，應(yīng)用靈活等特點。

　　2. VDMR8M32芯片介紹

　　2.1 VDMR8M32的結(jié)構(gòu)

　　VDMR8M32是一款高集成度的靜態(tài)隨機存取存儲器，其總含有8M bits。由于此芯片里面包含2個片選，具體的原理框圖見圖1。這種結(jié)構(gòu)不但大大的擴充了存儲器的容量和數(shù)據(jù)位寬，而且還可以在應(yīng)用時大量節(jié)省了PCB板的使用空間。從圖1可以看出，每個片選控制了32位的數(shù)據(jù)總線。圖2為VDMR8M32中的Block的結(jié)構(gòu)框圖，它主要由控制邏輯、存儲整列等組成。

　　VDMR8M32的主要特性如下：

　　總?cè)萘浚?M bit;

　　數(shù)據(jù)寬度為32位;

　　快達35ns的讀寫周期;

　　完全靜態(tài)操作，無需刷新;

　　兼容SRAM時序;

　　采用3.3V電源供電。

　　無限次讀寫;

　　數(shù)據(jù)保存大于20年;

　　掉電自動數(shù)據(jù)保護。

　　圖1 VDMR8M32原理框圖

　　圖2 VDMR8M32內(nèi)部Block的結(jié)構(gòu)框圖

　　2.2 VDMR8M32的引腳說明

　　VDMR8M32芯片采用的是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(yīng)用于航空航天等惡劣的環(huán)境。

　　VDMR8M32芯片各引腳分布見下圖3所示，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(yīng)盡可能靠近電源引腳, 并直接連接到地;

　　VSS：接地引腳;

　　A0~A16：地址同步輸入端;

　　#W：此端為低時寫入，為高時寫無效，數(shù)據(jù)有效發(fā)生在相應(yīng)地址有效之后的兩個周期;

　　#G：輸出使能, 數(shù)據(jù)讀取時需置為低，寫時置為低;

　　#CEn：低電平有效時選中該片;

　　DQ0~DQ31：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。

　　圖3 VDMR8M32引腳分布圖

　　2.3 VDMR8M32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. VDMR8M32的電特性

　　VDMR8M32電特性見表2：

　　表2：模塊電特性

　　表3：AC特性

　　4. VDMR8M32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VDMR8M32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(shù)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(shù)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(chǎn)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(wǎng)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(shù)更多的產(chǎn)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(wǎng)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(jié)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(shù)測試，讀寫隨機數(shù)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(shè)計

　　1)硬件設(shè)計

　　按照magnum II測試系統(tǒng)的測試通道配置規(guī)則，繪制VDMR8M32的測試轉(zhuǎn)接板，要對器件速率、工作電流、抗干擾等相關(guān)因素進行綜合考量。

　　2)軟件設(shè)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(diào)試測試程序，來完成相應(yīng)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VDMR8M32的Pin Assignments 定義，Pin Scramble定義，Pin Electronics，Time Sets等的設(shè)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(shù)，funtest()函數(shù)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 VDMR8M32的功能測試

　　針對MRAM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(zhuǎn)換故障(Transition fault)、數(shù)據(jù)保持故障(Data maintaining fault)、狀態(tài)耦合故障(Coupling fault)等，有相應(yīng)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(shù)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，它實則為一臺電腦，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(shù)據(jù)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(jié)合兩個地址生成器可產(chǎn)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(guān)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(shù)據(jù)生成器最多可編輯36位數(shù)據(jù)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(shù)(bckfen)配合使用，以生成需要的數(shù)據(jù)，如當?shù)刂窞槠鏀?shù)是生成0x55的數(shù)據(jù)，當?shù)刂窞榕紨?shù)時生成0xaa的數(shù)據(jù)等等。

　　時鐘信號生成器最多可編輯18個片選通道，并且可產(chǎn)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(shù)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 VDMR8M32的電性能測試

　　針對MRAM類存儲器件，其電性測試內(nèi)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(isb)、電源管腳動態(tài)電流測試(IDDR/IDDW)、輸出高/低電平測試(voh/vol)，時序參數(shù)測試(TAVQV、TGLQV、TELQV)。

　　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(shù)測量工作。當PMU設(shè)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(shè)置為force 電壓模式時， PMU Buffer會驅(qū)動一個電平，這時便可測得相應(yīng)的電流值。MRAM 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) mr8m32的靜態(tài)電流測試(isb)、動態(tài)電流測試(IDDR/IDDW)、時序參數(shù)測試(TAVQV、TGLQV、TELQV)

　　VDMR8M32的靜態(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(shù)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(shè)為0ma。

　　對時序參數(shù)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(shù)據(jù)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(yīng)時間。

　　下圖是VDMR8M32測試程序編輯完成并經(jīng)編譯無誤的結(jié)果。

　　參考文獻：

　　[1] Neamen,D.A.電子電路分析與設(shè)計——模擬電子技術(shù)[M]。清華大學出版社。2009：118-167.

　　[2] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. VDMR8M32使用說明書[Z]. 2013.