为存储器测试开发低成本的解决方案

便携式技术的发展使人们越来越依赖蜂窝电话、PDA和导航系统这类便携式装置。随着处理器技术的不断进步，过去几年中大容量存储器件的设计和开发呈指数级增长。例如，从苹果公司的iPod Mini到尺寸更小的iPod Nano产品，重新设计的关键部件不是速度更快的处理器，而是采用闪存取代了硬盘。这些装置的可靠性取决于存储器的正确设计和测试。  

在开发和测试存储器件方面，工程师面临着许多挑战。要获得更低的消费价格，就要不断削减测试成本和时间。一直以来，设计团队不得不为每个设计购买或租赁昂贵的高端存储器测试设备。而PC的普及和FPGA技术的发展则催生出一种用于验证存储器件的新型、低成本测试设备。基于PC的混合信号平台，诸如图1所示的PXI(用于仪器的PCI扩展)测试系统，可以安装在工程师的桌面上并提供比其它方案成本更低的、测试所必需的功能。利用这些平台，工程师可以尽早测试其设计，并将测试贯穿到整个开发过程之中。  

本文将探讨存储器测试解决方案的开发以及验证功能和物理连接所需的测试设备功能。并分析除了满足存储器基本功能测试之外，如何扩展测试能力。  

存储器测试的主要目标是验证存储器件上的每一个存储位都能够可靠地储存数据。验证存储器件所需的关键测试包括验证物理连接、检查存储器的每一位并描述器件特征。采用基于PC的平台，例如PXI，工程师可以利用标准的编程语言(例如NI LabVIEW和C/C++)开发定制、低成本测试系统，以满足存储器测试的要求。  

验证物理连接(包括存储器地址和数据I/O线)对于确保数据被正确存储在所期望的位置至关重要。地址线规定每一个操作的存储位置，而双向数据线负责将数据输入和输出存储器。如果有一个物理连接发生故障，其它测试也会出错。  

存储器的功能测试由数字测试设备执行的一系列读写操作构成。每次执行读操作之后，测试系统将读取的数据与期望值做比较。测试数据线不需要重复通过存储器中的每个地址。例如，一个4位存储器只需要4次写和读操作，以完全验证数据线并核查粘着性(stuck-at)故障。通过选择单一地址，初始化时存储器各位均置为“0”，采用“进位置1”模式写入数据，工程师就可以高效地测试数据线。图2所示为4位存储器件的“进位置1”模式。测试的第一步是把“1000”写入期望的位置，然后，对该地址进行初始化读操作。如果存储器返回的数据与所写入的数据相匹配，那么就表明该数据线功能正确。采用不同的测试模式，工程师可通过类似步骤验证地址线和每一个存储位。



图1：应用于桌面的PXI混合信号测试系统。

尽管一些数字仪器可以执行这种简单的测试，但要测试更复杂的存储器件则需要成百上千的读写操作。如果用软件执行比较读入数据与每次读操作后的期望响应，那么测试时间可能会成指数级增长。  

为了将使空闲时间减到最小，先进的测试设备支持基于每个周期和每个通道的双向通信。先进的测试仪器可以在一个时钟周期内从存储器读取并比较数据，而无需让存储器件停下来重新配置，或把数据传输到PC上进行比较。随着基于FPGA的仪器的应用增多，除了0和1之外，新型和现有硬件还支持逻辑状态的测量。为了验证来自存储器的数据，测试向量利用特定的状态来定义何时数字仪器应该主动接收数据以及期望响应值是什么。例如，国家仪器公司的PXI- 6552数字波形发生器/分析仪利用能支持6个不同通道状态的FPGA，根据测试向量中的数据重新配置仪器的行为。


图2. “进位置1”模式。

随着存储器技术的发展，改变测试模式和存储器芯片的测试方法变得日益重要。通过采用可置于桌面的基于PC的测试仪器，工程师就能够获得所需要的灵活性和用户定制特性。  

超越功能测试  

在一项设计成功通过所有功能测试之后，工程师能够获得被测器件更详细的特性。公共测试包括描述存取时间和电器规范的特征，例如电压范围。采用模块化测试平台(例如PXI)的工程师可以扩展他们的测试系统，以包括更多的仪器，如数字化仪、数字万用表和RF仪器。PXI还提供内置功能，例如为仪器间的相位一致性提供定时和同步功能，并具有构建高通道数测试系统的能力。  

采用数字仪器，如NI 6552数字波形发生器/分析仪，工程师可执行存储器件全部特征的提取，而无需增加额外的测试设备。采用NI LabVIEW这样的软件，工程师能够创建一个测试，扫描用于与存储器件通信的电平以验证最小工作电压。图3所示在LabVIEW中这种测试的结果。其中，水平轴表示被测电压，垂直轴表示接收到的错误位百分比。从图中很容易推出存储器件的最小工作电压为2.43V。



图3.存储器件最小工作电压的特征。   

如果存储器件被嵌入较大的数字装置之中，就需要对成品进行额外的测试。工程师通过复用进行验证设计和数字存储器件的相同测试设备，可以降低测试成本。因为大多数数字装置都有相同的基本测试需求、获取或生成用于分析的测试向量，因而工程师可重新配置硬件和用户接口，以便在单一平台上创建广泛的虚拟仪器。

随着开发新技术的压力日益增大，工程师面临优化其测试成本和测试时间的挑战。基于PC和FPGA技术的、低成本的商用测试设备，已经帮助工程师实现了在桌面上执行强大的、混合信号原型测试。利用软件可重配置的硬件，工程师还可以在一台基于PC的平台上开发多种定制测试系统。此外，采用虚拟仪器方法，工程师可以通过软件定义通用测量硬件的功能，因而测试系统就成为验证存储器和其它混合信号器件设计的重要策略。