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FLASH芯片寿命试验设计及测试方法

摘要卫星数传综合处理器采用了NANDFLASH芯片作为主要的存储介质。芯片

资料显示，FLASH芯片具有十万次擦写寿命。随着芯片的使用老化，其坏区将

逐渐增加。但在实际使用中，FLASH芯片的坏区增长与擦写次数为怎样的关

系，目前尚未有实际实物参照数据。通过FLASH芯片寿命试验，在地面模拟

FLASH芯片在空间连续加电并多次擦除、写和读操作，经过10万次擦除试验后

芯片坏区并未增加，总坏区比例不超过厂家指标值。

【Key】FLASH坏区寿命

1引言

卫星数传综合处理器采用大容量NANDFLASH芯片作为主要存储介质，NAND

FLASH芯片出厂时便存在坏区，因此单机的存储容量设计时留有一定的容量备

份以补充因坏区造成的容量损失。FLASH的坏区数在使用过程中会增加，但产

生的坏区数与擦除/编程次数的变化曲线目前还未知。根据厂家提供的资料表

明，10万次擦除寿命末期单片的某一层坏区累计不到容量的2%，但缺乏厂家准

确的测试曲线，尚无法判断存储芯片在寿命末期的坏区情况。

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寿命试验主要是摸底擦除次数增加与坏区的变化趋势，依据该试验数据再对数

传综合处理器寿命末期的存储容量做准确计算；同时单机在设计时留有了足够

的存储空间余量，以确保卫星寿命末期的任务完成。

2FLASH芯片出厂测试

寿命试验使用的芯片为64GFLASH芯片，该芯片由8片8GbNANDFLASH芯片叠

装组成，每个芯片包含4096块，每块包含64页，每页包含4K字节的存贮片。

FLASH芯片出厂前，生产厂家做的电性能测试仅针对芯片每个层的0#区块。在

实际使用过程中发现有FLASH芯片奇数块出错现象，考虑到存储芯片在装配完

后拆装返修非常困难，因此在装配前需要对存储芯片所有区块进行测试，确保

单机后续阶段不会因为存储芯片本身的问题而影响进度。

3寿命试验设计

根据FLASH芯片的工作原理，擦除操作可以检测坏块的增长情况，写操作可以

检测坏页的增长情况，通过这两个操作可以考核芯片长时间的加电工作后性能

是否会下降（监视不同模式下的电流是否增加、擦除时间是否会超时以及编程

时间是否延长），芯片的坏区是否会增加。FLASH芯片寿命试验具体包括以下

三方面内容：

（1）选用的FLASH芯片在产品寿命末期是否能够满足总体指标要求；

（2）FLASH芯片的擦除次数，以及擦除操作过程中，坏区是否增长，增长的趋

势如何；

（3）针对FLASH芯片奇数块出错现象，试验验证平台应同时测试多个芯片，剔

除次品。

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寿命试验验证平台设计如图1所示。

验证板上使用两块XILINX公司的FPGAXCV600-4CB228（为满足高低温实验考

虑温度范围，选用工业级器件），一块FPGA控制三片FLASH，共实现同时测试

6块FLASH芯片，利用FPGA内部RAM资源存储数据错误地址，所有控制命令通

过一个串口发出，FLASH状态也通过串口传出。

验证板通过定制的朝阳电源供电，该电源有限流、过压、过载保护，承受工作

环境温度为-10℃～+70℃，可保证测试设备正常工作。所有的操作都可以通过

控制计算机软件界面发出指令来完成。软件由两个部分组成：控制指令模块，

工作状态显示模块。

FLASH芯片壽命试验验证平台组成示意图如图2所示。试验设备包括高低温箱

一个、试验板1套、稳压电源1套