硬件系统及器件级eMMC失效分析研究

发布时间：2017-07-03 20:21

  本文关键词：硬件系统及器件级eMMC失效分析研究

  更多相关文章： eMMC 上电时序异常 Nand Flash 接口速率异常 损伤 失效分析

【摘要】：eMMC (embedded MultiMedia Card)是由MMC协会制定标准、应用于手机等智能终端产品的内嵌式存储芯片。eMMC作为智能终端操作系统及用户数据存储的介质,其失效将导致整个应用系统的失效,因此对eMMC失效进行研究分析,并采取有效措施进行规避,提高硬件系统稳定性和使用寿命,具有重要的实际应用价值。本文以实际工作中对eMMC JEDEC5.0规范的器件的失效分析工作为基础,从硬件系统及eMMC器件单体两方面出发,开展了eMMC的失效分析研究工作：一、分析了硬件系统上电时序异常引入的eMMC失效及原因,并通过更改PMU寄存器配置,创新性的采用两次上下电的方法达到了规避失效的目的。本平台硬件系统中,由于DRAM的VDD1与eMMC的VCCQ共用电源,为保持DRAM中运行的数据在系统异常重启时不丢失,PMU配置VDD1的供电电源不下电,于是VCCQ也不下电。那么再次上电时VCCQ就先于CPU系统区上电,导致由VCCQ供电的eMMC I/O总线处于失控状态,eMMC_CLK、 eMMC_CMD等信号线出现异常信号或毛刺,引起eMMC_CMD发生CRC校验错误而失效。根据失效原因,通过更改PMU寄存器配置,采用两次上下电的方法,达到了既能保持DRAM中数据不丢失又能成功规避失效的目的。实验结果表明,启动阶段硬件系统上电时序正常,eMMC_CLK 和 eMMC_CMD信号线上的错误信号和毛刺消失,系统启动正常。二、对eMMC器件单体失效展开了分析研究。首先,总结了eMMC单体失效分析的方法；汇总了部分eMMC 中 Nand Flash存储器损伤失效的种类,包括钝化层、衬底、管芯破裂,Die空洞等；并对NandFlash存储器损伤导致的eMMC失效进行了详细的分析。Nand Flash的损伤失效需要生产商通过生产和封装工艺的优化来规避。其次,分析了Nand Flash存储器接口速率异常导致的eMMC失效,包括失效模式及失效原因(接口速率异常导致Nand Flash读写建立时间不足),并对NandFlash接口速率的ATE测试筛选方法进行了优化。实验结果表明对于400MHz接口速率要求的Nand Flash存储器,筛选速率增加10MHz,失效率约降低13ppm,增加30MHz,失效率约降低33ppm,总失效率小于10ppm,基本能有效剔除接口速率异常的器件。本文关于eMMC的失效分析对后期项目开发有较好的指导作用,其中规避硬件系统上电时序异常的方法已实际投入了使用,事实证明其对提高智能手机运行的稳定性有明显的作用。
【关键词】：eMMC 上电时序异常 Nand Flash 接口速率异常 损伤 失效分析
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 引言14-15
• 1.2 eMMC的研究现状15-16
• 1.3 本文研究内容和意义16-17
• 1.4 本文组织结构17-19
• 第二章 eMMC介绍19-34
• 2.1 eMMC存储系统概况19
• 2.2 eMMC的分区管理19-21
• 2.3 eMMC存储控制器的内部固件机制21-26
• 2.3.1 坏块管理21-22
• 2.3.2 eMMC的纠错机制22-23
• 2.3.3 循环冗余校验码(CRC)23-24
• 2.3.4 擦写均衡(wear leveling)24-25
• 2.3.5 Read Retry25-26
• 2.4 Nand Flash存储器26-34
• 2.4.1 Nand Flash的基本单元结构26-27
• 2.4.2 Nand Flash的存储实现技术27-28
• 2.4.3 Nand Flash的基本操作机制及功能失效28-34
• 第三章 硬件系统级eMMC失效分析研究及优化34-45
• 3.1 硬件系统级失效定位的方法34-36
• 3.1.1 系统日志分析34-35
• 3.1.2 逻辑分析仪分析时序35-36
• 3.1.3 示波器波形分析36
• 3.1.4 交叉验证36
• 3.2 硬件系统上电异常导致eMMC失效分析及优化36-45
• 3.2.1 时序检测及信号分析37-39
• 3.2.2 上电异常及导致eMMC失效的原因分析39-43
• 3.2.3 优化规避失效的方法43-45
• 第四章 Nand Flash存储器损伤导致eMMC失效分析45-54
• 4.1 eMMC器件单体失效分析方法45-47
• 4.1.1 I/V测试45-46
• 4.1.2 固件(Firmware)分析46-47
• 4.1.3 Nand falsh存储器分析47
• 4.2 Nand Flash存储器损伤失效47-49
• 4.3 Nand Flash损伤导致eMMC失效分析49-54
• 4.3.1 失效定位50-51
• 4.3.2 eMMC单体失效分析51-54
• 第五章 Nand Flash接口速率异常失效分析及筛选方法优化54-66
• 5.1 失效模式分析55-62
• 5.1.1 Boot data start timeout55-57
• 5.1.2 eMMC识别模式中枚举失败57-60
• 5.1.3 Metadata corruption60-62
• 5.2 失效原因分析62-64
• 5.3 接口速率异常器件测试筛选方法优化64-66
• 第六章 总结和展望66-70
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 硕士期间发表学术论文76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 唐凌,瞿欣,方培源,杨兴,王家楫;PEM用于半导体器件失效缺陷检测和分析[J];半导体技术;2004年07期

2 舒文丽;吴云峰;赵启义;孙长胜;;NAND Flash存储的坏块管理方法[J];电子器件;2011年05期

3 潘立阳,朱钧;Flash存储器技术与发展[J];微电子学;2002年01期

  本文关键词：硬件系统及器件级eMMC失效分析研究

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本文编号：515097