基于J750EX測(cè)試系統(tǒng)的SRAM VDSR32M32測(cè)試技術(shù)研究
1 引言
SRAM靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(chǔ)的數(shù)據(jù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)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，功耗小，相同容量的體積較大，而且價(jià)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(chǔ)器起的是數(shù)據(jù)緩沖作用。為了得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(chǔ)器。VDSR32M32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(chǔ)器，內(nèi)部由8片256Kbit CMOS SRAM組成，實(shí)現(xiàn)了由8個(gè)存儲(chǔ)容量為256K×16bits字節(jié)的芯片擴(kuò)展成容量為1M×32bits的SIP大容量存儲(chǔ)器芯片，同時(shí)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。
2 VDSR32M32芯片介紹
2.1 VDSR32M32的結(jié)構(gòu)
本器件是一種大容量、高速的SRAM。采用了先進(jìn)的立體封裝技術(shù)，把8片高速大容量的SRAM分八層進(jìn)行疊裝，組成了總?cè)萘繛?/font>32M bit數(shù)據(jù)寬度為32位的大容量存儲(chǔ)器,具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1. 這種結(jié)構(gòu)不但大大的擴(kuò)充了存儲(chǔ)器的容量和數(shù)據(jù)位寬，而且還可以在應(yīng)用時(shí)大量節(jié)省了PCB板的使用空間。通過應(yīng)用了立體封裝的技術(shù)縮短了互連導(dǎo)線，從而降低了寄生效應(yīng)，使得器件具有高性能、高可靠、長(zhǎng)壽命、大容量等的性能特點(diǎn)。圖2為VDSR32M32中的任一Block的結(jié)構(gòu)框圖，它主要由控制邏輯、存儲(chǔ)整列等組成。
VDSR32M32主要特性如下：
l 總?cè)萘浚?/font>32M bit；
l 工作電壓：3.3V(典型值)，3.0~ 3.6V(范圍值)；
l 數(shù)據(jù)寬度：32位；
l 訪問周期：12ns；
l 所有輸入輸出兼容TTL電平；
l 68腳SOP II 封裝。
圖1 VDSR32M32原理圖
圖2 VDSR32M32內(nèi)部Block的結(jié)構(gòu)框圖
VDSR32M32立體封裝SRAM芯片采用8片型號(hào)為R1RW0416DSB-2PI的基片利用歐比特公司的SIP立體封裝工藝堆疊而成，分為獨(dú)立的8個(gè)片選信號(hào)（#CS0~#CS7），實(shí)現(xiàn)了由8個(gè)存儲(chǔ)容量為256K×16bits字節(jié)的芯片擴(kuò)展成容量為1M×32bits的SIP大容量存儲(chǔ)器芯片。各引腳的功能使用說明如下：
l VCC：+3.3V電源輸入端;
l VSS：接地引腳；
l A0~A17:地址同步輸入端；
l #LB：低字節(jié)選擇;
l #UB: 高字節(jié)選擇;
l #OE：輸出使能, 數(shù)據(jù)讀取時(shí)需置為低，寫時(shí)置為低；
l #CE0/#CE7：片選信號(hào)，低電平有效時(shí)選中該片；
l DQ0~DQ32：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳；
l #WE: 寫使能信號(hào).
2.2 VDSR32M32電特性。
表 1 產(chǎn)品電特性
|
電性 指標(biāo) |
技術(shù)參數(shù) |
符號(hào) |
測(cè)試條件 |
最小值 |
最大值 |
單位 |
允許漂移 |
||||||
|
靜態(tài) 指標(biāo) |
輸入漏電電流 |
ILI |
VIN = VSS to VCC |
-16 |
16 |
μA |
— |
||||||
|
輸出漏電電流 |
ILO |
VIN = VSS to VCC |
-16 |
16 |
μA |
— |
|||||||
|
工作電流 |
ICC |
最快的訪問速度 CS# = VIL , IOUT = 0mA 其它管腳 = VIH或VIL |
- |
500 |
mA |
±10% |
|||||||
|
休眠電流 |
ISB |
最快的訪問速度 CS# = VIH 其它管腳 = VIH或VIL |
- |
320 |
mA |
±10% |
|||||||
|
邏輯輸入高電平 |
VIH |
— |
2.0 |
VCC |
V |
— |
|||||||
|
邏輯輸入低電平 |
VIL |
— |
-0.3 |
0.8 |
V |
— |
|||||||
|
輸出高電平 |
VOH |
IOL = 8mA |
2.4 |
- |
V |
— |
|||||||
|
輸出低電平 |
VOL |
IOH = -4 mA |
- |
0.4 |
V |
— |
|||||||
|
動(dòng)態(tài) 指標(biāo) |
地址變化到數(shù)據(jù)輸出時(shí)間 |
tAA |
見圖3 |
-- |
15 |
ns |
— |
||||||
2.3 VDSR32M32功能操作
表 2 器件功能真值表
|
#CSn |
#OE |
#WE |
模式 |
I/O0—I/O31 |
周期 |
|
H |
× |
× |
待機(jī) |
Z |
- |
|
L |
H |
H |
輸出禁止 |
Z |
- |
|
L |
L |
H |
讀 |
輸出 |
讀周期 |
|
L |
L |
H |
低字節(jié)讀 |
輸出 |
讀周期 |
|
L |
L |
H |
高字節(jié)讀 |
Z |
讀周期 |
|
L |
L |
H |
--- |
Z |
- |
|
L |
× |
L |
寫 |
輸入 |
寫周期 |
|
L |
× |
L |
低字節(jié)寫 |
輸入 |
寫周期 |
|
L |
× |
L |
高字節(jié)寫 |
Z |
寫周期 |
|
L |
× |
L |
--- |
Z |
- |
注：1）、 X=任意, H=高電平, L=低電平, Z=高阻。
2）、#CSn有效為#CS0、#CS1、#CS2 #CS3、#CS4、#CS5、#CS6和#CS7同時(shí)有效。
3 VDSR32M32測(cè)試方案
在本案例中，我們選用了Teradyne公司的J750測(cè)試系統(tǒng)對(duì)VDSR32M32進(jìn)行全面的性能和功能評(píng)價(jià)。該器件的測(cè)試思路為典型的數(shù)字電路測(cè)試方法，即存儲(chǔ)陣列的讀寫功能測(cè)試及各項(xiàng)電特性參數(shù)測(cè)試。
3.1 J750測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介
J750測(cè)試系統(tǒng)是上海Teradyne公司生產(chǎn)的存儲(chǔ)器自動(dòng)測(cè)試機(jī)，Teradyne J750的高容量并行測(cè)試能力的設(shè)備測(cè)試效率可以高達(dá)95%。零腳印系統(tǒng)允許測(cè)試頭里面可以容納多達(dá)1,024 個(gè)輸入/輸出（I/O）通道，提供一整套選項(xiàng)，包括轉(zhuǎn)換器測(cè)試選項(xiàng)、內(nèi)存測(cè)試選項(xiàng)、冗余分析和混合信號(hào)選項(xiàng)。這些極大地拓寬了測(cè)試能力范圍。該系統(tǒng)還有IG-XL (TM) 測(cè)試軟件，把最新PC技術(shù)和Windows NT操作系統(tǒng)的力量和性能與標(biāo)準(zhǔn)的Windows工具（比如Microsoft Excel 和Visual Basic）融合在一起。
3.2 DSIO簡(jiǎn)介
DSIO即為Digital Signal Input/Output（數(shù)字信號(hào)輸入/輸出）模塊的簡(jiǎn)稱，它能使J750EX對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)送（source）、抓?。?/span>capture）及分析（analyze）等操作。此模塊的應(yīng)用方法十分靈活，轉(zhuǎn)換測(cè)試需要輸入的高速數(shù)字波形，器件寄存器需要?jiǎng)討B(tài)寫入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，獨(dú)立存在于數(shù)字測(cè)試矢量中的數(shù)據(jù)發(fā)送，以及對(duì)上述各類數(shù)據(jù)的抓取操作均可以使用該模塊順利完成。對(duì)VDSR16M32的測(cè)試就采用了DSIO可以獨(dú)立于測(cè)試矢量，對(duì)個(gè)別管腳單獨(dú)發(fā)送所需的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)這一功能。
3.3 采用J750測(cè)試系統(tǒng)DSIO模塊測(cè)試方案設(shè)計(jì)
1) 硬件設(shè)計(jì)
按照J750測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試通道配置規(guī)則,繪制VDSR32M32的測(cè)試轉(zhuǎn)接板,要對(duì)器件速率、工作電流、抗干擾等相關(guān)因素進(jìn)行綜合考量。
2）軟件設(shè)計(jì)
考慮到使用該模塊為器件提供需要施加激勵(lì)信號(hào)的特殊性，我們采用了 J750測(cè)試系統(tǒng)基于Visual Basic 和Microsoft Excel工具，在IG-XL測(cè)試軟件下對(duì)程序進(jìn)行編寫，具體實(shí)施步驟如下：
A. 按照J750的標(biāo)準(zhǔn)編程方法，先完成對(duì)VDSR32M32的Pin Map、Channel Map、等芯片管腳進(jìn)行定義；
引腳定義
B. 對(duì)DC測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行定義包括DC Spec、Pin Levels等，此項(xiàng)不需進(jìn)行Pattern編輯；
C. 編輯pattern所使用的function測(cè)試項(xiàng)VOL,VOH,時(shí)序參數(shù)包括AC Spec、Time Sets、Test Instance等編輯。
測(cè)試界面編輯
3.4 VDSR16M32的功能測(cè)試
針對(duì)SRAM等存儲(chǔ)單元陣列的各類故障模型，如陣列中一個(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(duì)各種故障類型加以測(cè)試，本文采用棋盤格CHECKBOARD、全0、全1的測(cè)試吧算法。
不論何種算法，對(duì)于大容量的存儲(chǔ)器來說，測(cè)試矢量的長(zhǎng)度也會(huì)隨其容量的增加而遞增，相應(yīng)地，測(cè)試時(shí)間隨之增長(zhǎng)。對(duì)此，J750EX測(cè)試系統(tǒng)的DSIO模塊可以提供一個(gè)很好的解決方案。
3.5 VDSR32M32的電性能測(cè)試
針對(duì)SRAM類存儲(chǔ)器件，其電性測(cè)試內(nèi)容主要有管腳連通性測(cè)試（continuity）、管腳漏電流測(cè)試(leakage)，管腳工作電流測(cè)試(ICC)、休眠電流（ISB）、輸出高/低電平測(cè)試（voh/vol），時(shí)序參數(shù)測(cè)試(TAA、TACS、TOE等)。
1） PMU簡(jiǎn)介
PMU即為Parametric Measurement Unit，可以將其想象為一個(gè)電壓表，它可以連接到任一個(gè)器件管腳上，并通過force電流去測(cè)量電壓或force電壓去測(cè)量電流來完成參數(shù)測(cè)量工作。當(dāng)PMU設(shè)置為force 電流模式時(shí)，在電流上升或下降時(shí)，一旦達(dá)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(cè)得的電壓值。同理，當(dāng)PMU設(shè)置為force 電壓模式時(shí)， PMU Buffer會(huì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)電平，這時(shí)便可測(cè)得相應(yīng)的電流值。SRAM 器件的管腳連通性測(cè)試（continuity）、漏電流測(cè)試(leakage)、voh/vol測(cè)試均采用這樣的方法進(jìn)行。
2） VDSR32M32的工作電流測(cè)試((ICC)、休眠電流（ISB）、時(shí)序參數(shù)測(cè)試(TAA、TACS、TOE)
VDSR32M32的休眠電流測(cè)試不需要編寫pattern測(cè)試，而工作電流測(cè)試需要測(cè)試pattern，，需要注意的是測(cè)試靜態(tài)電流時(shí)器件的片選控制信號(hào)需置成vcc狀態(tài)，測(cè)試動(dòng)態(tài)電流時(shí)負(fù)載電流（ioh/iol）需設(shè)為0 ma。
對(duì)時(shí)序參數(shù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)， pattern測(cè)試是必不可少的，并需要在Time Sets ,Characterization進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)序參數(shù)設(shè)置。
下圖為測(cè)試項(xiàng)目界面：
參考文獻(xiàn)：
[1] Neamen,D.A.電子電路分析與設(shè)計(jì)——模擬電子技術(shù)[M]。清華大學(xué)出版社。2009：118-167.
[2] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. VDMR4M08使用說明書[Z]. 2013.
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