低功耗设备nor flash可靠性测试方法

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liwen01 2022.08.21

(一)背景

因为flash价格变动，以及设备存储空间大小的需求变更，经常需要引入新的flash型号，以以往的项目开发经验，新flash引入后，一般都比较容易出现异常。

其中问题原因有可能是flash本身原因，也有可能是我们设备存在干扰，还有可能是我们设备主控与flash器件之间存在兼容性问题。

为避免将该类问题流到设备量产阶段，我们需要对新引入的flash器件进行可靠性测试。

所谓低功耗设备，也就是设备是靠电池供电，不是直接接常电的设备。

该类设备的特点就是：电压容易波动，经常需要开关机，设备有时候会处于低电量运行。

(二)测试目的

1. 将flash器件问题暴露在选型阶段
2. 降低新flash器件型号批量生产风险

(三)可能的影响因素

一般flash器件出现异常，可能的影响因素有下面几种:

A、用户代码对Flash的误操作不当引起程序丢失或被错误改写

1. 这种情况一般出现在需要经常对flash进行增删改操作的情况
2. 对于低功耗设备，或是设备经常需要开关机的设备，出现的概率会更高

B、电源失效

电源电压的异常可能会导致系统工作异常的现象，如输出电压小于芯片系统工作所需的最小电压，输出电压不干净，噪音严重等，这些很容易引起芯片内部电路的逻辑紊乱，Flash的读写信号处于不稳定状态。可能产生满足Flash的写操作，从而给系统带来严重的损害。

• 这类问题在低功耗设备上比较经常出现，因为用户经常忘记充电，电池电压经常放电到设备不能运行，这中间就有一个不稳定的过渡状态。
• 这类问题有个解决方案，就是电池电压掉到某个电压值，设备就进入低电模式，这可以避免这类问题的出现。但这可能会引入另外一个问题，就是设备电池电量检测不是很准，导致设备异常进入低电模式。在电池容量比较小，同时设备功耗波动比较大的条件下，电池的容量是比较难测量准确的。

C、系统时钟不稳定

无论对于内部Flash还是外部Flash，系统时钟的不稳定，都将导致主控得不到可靠的工作时序信号，从而在读写Flash时产生不可预料的后果。

• 系统时钟的不稳定，主要是出现在设备上电和下电的这个过程，如果是板子有干扰，也可能一直存在。
• 该问题更多的可能需要硬件去处理

D、环境干扰

环境干扰的可能原因很多，如生产过程中的高温焊接、静电、使用环境的温湿度，强磁场等，都可能影响到Flash或整个系统的稳定。

E、磨损平衡

flash 器件存在一个擦写数据次数的限制，nor flash 一般的最小擦写次数为10万次，正常器件应该超过该次数。

• 这里说的是最小擦写次数，实际在办公室环境测试，有可能可以擦写到七八十万次。

(四)测试方法设计

A、擦写次数测试(磨损平衡)

• 以文件的形式，将文件系统放到flash上，进行文件创建，写入数据，校验数据，擦除数据操作
• 直接对flash 的设备块进行擦写数据校验操作
• 读写操作至少10万次，每次设备起来校验上次写入数据是否正常以每次5秒时间计算，正常一个测试周期时间至少510000/(6060*24) = 5.79天

B、电源影响测试

• 每操作完成A一次之后，MCU给主控和flash进行下电，延时2S之后重新上电
• 测试过程中，需要测试设备电池一个完整周期从额定电压放电至设备不能启动

C、环境因素

• 对设备进行高温低温环境测试高温8小时(80度)低温8小时(-30度)高低温循环16小时(-30~80度循环)

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