劉 冰，孫愛(ài)中，謝 濤

(中國(guó)航空計(jì)算技術(shù)研究所 第6研究室，陜西 西安710068)

在使用中發(fā)現(xiàn)有個(gè)別模塊出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，經(jīng)分析該E2PROM(電可擦寫存儲(chǔ)器)出現(xiàn)失效的主要原因是由于PCM(過(guò)程控制監(jiān)視)工藝參數(shù)RRPOLY3.6V波動(dòng)較大，導(dǎo)致部分芯片的冗余范圍變小，且偏差超過(guò)10 %會(huì)引起復(fù)位判斷閾值變化，造成上電復(fù)位異常，并容易在寫控制電路中引起誤寫操作。因此在E2PROM篩選中增加非易失性測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)芯片早期失效問(wèn)題。

1 故障定位及原因分析

用戶在使用中，發(fā)現(xiàn)E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存在數(shù)據(jù)丟失的題，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作。利用讀出程序通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)讀出故障件上E2PROM內(nèi)的程序內(nèi)容，用UE自帶的文件比較功能和正確的加載程序進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)故障件部分地址單元數(shù)據(jù)被改寫，數(shù)據(jù)“0”被改寫為“1”。重新加載程序，故障件工作正常，再反復(fù)上下電后，卻又出現(xiàn)工作異常。數(shù)據(jù)被改寫的地址并無(wú)規(guī)律，確定E2PROM存在數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，建立了CPU模塊上E2PROM數(shù)據(jù)丟失的故障樹(shù)，如圖1所示。

從圖1可看出，導(dǎo)致E2PROM芯片數(shù)據(jù)丟失有5個(gè):元器件虛焊、印制板斷線、測(cè)試程序錯(cuò)誤、芯片硬件使用環(huán)境問(wèn)題和E2PROM芯片失效。

(1)元器件虛焊排查。對(duì)故障模塊進(jìn)行了5DX檢查，并未發(fā)現(xiàn)虛焊、短路等焊接工藝問(wèn)題，因此可排除因元器件虛焊造成的E2PROM數(shù)據(jù)丟失。

(2)印制板斷線排查。用萬(wàn)用表量印制板上E2PROM所在位置附近所有印制板連線，測(cè)量靜態(tài)電阻滿足仲裁檢驗(yàn):每25 mm的電路電阻應(yīng)＜0.1Ω的要求。結(jié)果顯示，連接正常，可排除因印制板斷線所造成的數(shù)據(jù)丟失。

(3)測(cè)試程序錯(cuò)誤排查。在排查過(guò)程中，首先對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行排查，觀察軟件數(shù)據(jù)保護(hù)是否工作。

依據(jù)手冊(cè)說(shuō)明，解除/啟用軟件數(shù)據(jù)保護(hù)需按照一定的序列在特定的地址單元寫入特定的數(shù)據(jù)方能生效，程序中有解除/啟用軟件數(shù)據(jù)保護(hù)。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證:程序中不執(zhí)行解保護(hù)功能代碼，則無(wú)法完成寫操作;反之，程序中執(zhí)行解保護(hù)功能代碼，則可正常實(shí)現(xiàn)寫操作，同時(shí)在使用過(guò)程中，可啟動(dòng)數(shù)據(jù)保護(hù)。

圖1 故障樹(shù)

再查看測(cè)試程序，觀察是否有異常寫操作。

在保護(hù)未啟動(dòng)和異常寫操作同時(shí)發(fā)生的情況下，才會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，依此得出結(jié)論:測(cè)試程序按照手冊(cè)要求進(jìn)行編寫，保護(hù)有啟動(dòng)且無(wú)異常寫操作，其使用正常。因此可排除測(cè)試程序錯(cuò)誤。

(4)芯片硬件使用環(huán)境問(wèn)題排查。芯片硬件使用環(huán)境問(wèn)題有4個(gè)因素:電源異常、時(shí)序設(shè)計(jì)問(wèn)題、上電信號(hào)抖動(dòng)干擾和I/O電平出錯(cuò)。先排查電源異常，如圖2所示，用示波器測(cè)量，1通道為電源電壓，在CPU模塊測(cè)試時(shí)使用穩(wěn)壓直流電源供電，電壓+5 V，未見(jiàn)異常，可排除電源異常情況。再排除時(shí)序設(shè)計(jì)問(wèn)題，在上電和運(yùn)行過(guò)程中只有讀操作，所以主要看讀時(shí)序的設(shè)計(jì)。

圖2 上電時(shí)控制信號(hào)波形

圖3 讀周期時(shí)序圖

表1 E2PROM讀時(shí)序參數(shù)表

圖4 實(shí)測(cè)讀周期時(shí)序

從圖5可看出，片選和讀寬度為300 ns。芯片參數(shù)表上，讀周期為120 ns，能滿足芯片手冊(cè)的要求。

圖5 實(shí)測(cè)讀周期時(shí)序數(shù)據(jù)標(biāo)示

其次要排除上電信號(hào)的抖動(dòng)干擾，圖2是上電時(shí)抓到的電源(1)、CS(2)、OE(3)、WE(4)的波形。從波形上可看出，設(shè)計(jì)滿足各芯片手冊(cè)要求，E2PROM芯片手冊(cè)要求芯片工作電壓5 V(允許誤差±10 %)，設(shè)計(jì)保證了在供電電壓達(dá)到4.5 V，信號(hào)狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，滿足手冊(cè)要求;上電時(shí)間接近8 ms，而E2PROM芯片手冊(cè)對(duì)上電時(shí)間未要求。

正常電壓下的信號(hào)未發(fā)現(xiàn)異常，檢測(cè)控制、地址、數(shù)據(jù)信號(hào)未出現(xiàn)異常抖動(dòng)。故排除上電過(guò)程中信號(hào)的抖動(dòng)干擾。

最后看I/O電平是否出錯(cuò)，芯片的I/O電平異常一般表現(xiàn)為:芯片I/O管腳在板上短路或開(kāi)路和芯片I/O電平上出現(xiàn)異常干擾或信號(hào)反射紋波。

通過(guò)采用萬(wàn)用表檢測(cè)模塊，芯片I/O管腳連接正確，未出現(xiàn)短路或開(kāi)路。同時(shí)，采用示波器監(jiān)控I/O信號(hào)，工作過(guò)程中均未發(fā)現(xiàn)異常干擾信號(hào)，可排除I/O電平出錯(cuò)。

綜上所述，排除芯片硬件使用環(huán)境問(wèn)題。

(5)E2PROM芯片失效排查。經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)查，以及該芯片在其他方面的設(shè)計(jì)使用，可確認(rèn)模塊設(shè)計(jì)完全符合器件手冊(cè)上的要求。根據(jù)E2PROM數(shù)據(jù)丟失故障樹(shù)的分析以及部分分支的分析與排除，可確定芯片問(wèn)題，E2PROM失效導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，致使模塊工作異常。

2 機(jī)理分析

通過(guò)DPA分析，進(jìn)一步確認(rèn)是E2PROM芯片失效。E2PROM器件存在芯片某流片生產(chǎn)批次工藝參數(shù)RRPOLY3.6電阻參數(shù)偏差較大(超過(guò)10 %)，工藝線參數(shù)存在一定的非線性偏差，降低了設(shè)計(jì)中保留的冗余度，導(dǎo)致該產(chǎn)品抗干擾能力降低，易受外部干擾的影響;若在外部電源上電過(guò)程中出現(xiàn)毛刺或紋波干擾，引起復(fù)位判斷閾值變化，有可能造成復(fù)位信號(hào)提前產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)電源電壓尚未達(dá)到最低工作電壓，后級(jí)邏輯電路即不能正常完成初始化操作，在后面的連鎖效應(yīng)情況下，最終可能導(dǎo)致寫控制電路中引起誤寫操作，使得E2PROM單元被誤寫。

3 改進(jìn)措施

完善工藝參數(shù)的控制標(biāo)準(zhǔn)，增加工藝參數(shù)的統(tǒng)計(jì)控制。在4個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)(N管、P管的閾值電壓與飽和電流)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)該E2PROM工藝電阻參數(shù)的一致性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的控制。對(duì)工藝參數(shù)的控制范圍應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特性要求制定，E2PROM工藝的RRPOLY3.6電阻參數(shù)的控制范圍由原本的±20 %縮小至±10 %。

在E2PROM篩選中增加非易失性的測(cè)試，在所有測(cè)試環(huán)節(jié)中先進(jìn)行讀測(cè)試，再進(jìn)行先寫后讀的測(cè)試驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

E2PROM存在芯片工藝參數(shù)RRPOLY3.6電阻參數(shù)偏差較大，影響上電復(fù)位電路的工作狀態(tài)，造成部分芯片在上電過(guò)程中出現(xiàn)失效問(wèn)題;后期加強(qiáng)PCM參數(shù)控制，可將本次產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題徹底解決，同時(shí)可杜絕發(fā)生類似問(wèn)題。另外在E2PROM篩選中增加非易失性的測(cè)試，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)E2PROM早期失效問(wèn)題。

［1］ 深圳國(guó)威電子有限公司.Flash SM9968手冊(cè)［M］.深圳:深圳國(guó)威電子有限公司，2007.

［2］ 楊志忠，衛(wèi)樺林，郭順華.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.2版.北京:高等教育出版社，2009.

［3］ 劉冰，孫愛(ài)中，張琬珍.一種解決Flash SM9968編程出錯(cuò)的設(shè)計(jì)方法［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2013(7):138－140.

［4］ 李爍，王得宇，苗蓉麗.高壓電容引腳斷裂失效分析［J］.失效分析與預(yù)防，2010(1):56－59.

［5］ 康治德.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［6］ 田永勝，杜良禎.晶振器件電路部分的失效分析研究［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2010(1):27－31.

［7］ 李伯成.E2PROM在構(gòu)成IC卡中的讀寫［J］.電子科技，1994(3):21－24.

［8］ 陳?；?，王翰卓.Multisim10在“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)的應(yīng)用［J］.電子科技，2012，25(8):141－143.