过去，设计工程师已在新系统的设计中采用信号完整性(SI, signal integrity)测试，以实现产品质量的稳定。尽管SI在工程原型(engineering prototype)阶段非常有价值，但它并非万能药(panacea)，随着产品设计不断深化，其价值实际上会变得越来越小。在早期原型除错完成以后，需要通过一些具有温度及电压边际测试(margin testing)功能的强大工具进行补充或替代SI测试，确保存储器的产品质量稳定。

正确选择存储器设计、测量和验证的工具，将减少工程时间，并增加检测潜在问题的可能性。

产品开发的5个阶段

调试实验室没有逻辑分析仪对设计和调试是不可思议的，然而，鉴于对成本和时间的考虑，逻辑分析仪很少成为检测系统内故障或问题的首选工具，它们却常用来调试由兼容性或4-角测试(4-corner)所检测到的问题。产品开发包括5个阶段：

阶段1：设计

要在硬件设计中实现一个概念或思想，由于没有现成的原型，只可采用仿真工具，因此，设计工程师只能依靠电及行为仿真工具来进行设计。

阶段2：阿尔法原型

阿尔法原型(alpha prototype)是最初或较早的原型，它可能会在生产前就经过多次改变，其中包括：
(1)软件更改，如BIOS、嵌入式软件操作系统等。
(2)主要板改变，如阻抗大小和终端方式的改变等。
(3)功能改变，如ASIC、门阵列或FPGA；元件或包装类型；修正非正确的功能等。
(4)气流、电源、底板等。

阿尔法原型的目的是发现系统中的大多数或所有问题。设计工程师必须在阿尔法原型上进行足够的测试以确保下一个原型，至少从硬件角度讲，将接近生产就绪状态。就这一点而言，可靠的工具将至关重要。

首先要采用的工具是启动和软件检验，由此可得出有价值的信息，这些信息与基本软件检验相结合，从而指出需要加以改变的数据，由于基本硬件改变尚有可能，彻底的软件检验或许尚不可行。
 
在这个阶段SI测试起着重要作用，它捕获线路板上线迹的模拟信号，这些捕获可与仿真或器件规格进行比较来确定这一器件是否符合规格及有充足的时序裕量，否则，就必须对器件加以改进。

然而，有一种在这个阶段不应使用的工具是边际测试，该测试只能在硬件完成后采用。在运行相应的测试后，设计工程师要进行一系列设计变更，包括可能要通过电或行为的仿真来确保设计达到所需的效果。

阶段3：贝塔原型

在最后阶段贝塔原型(Beta Prototype)，硬件接近成品状态，仅有一些很小的问题出现，组合测试可以确保系统处于生产就绪状态，软件或兼容性的测试必须彻底，这一测试可单独执行或与边际测试结合在一起执行，边际测试的涵盖范围应当是广泛的。不同的温度与其极限电压电平对识别这些问题及边际时有价值，这一组合应捕获可能出现的存储器故障。
这种软件测试对于除去如下所示的存储错误来说是相当有用的：
(1)重新启动或开机测试。
(2)存储器测试方案，如检测板、软件版本等。
(3)影响存储器性能的系统断电或待机模式。

在这一阶段SI测试的作用有限，但它可用于调试功能性的故障或确认在阿尔法原型阶段所进行的改变。SI测试不应用于验证来自未被改变的阿尔法原型的信号或网络。假如在贝塔原型阶段有任何补充性的修改，则有必要通过电和/或行为仿真或SI对这些修改进行确认。

阶段4：生产

在生产阶段很少对系统进行改变，这一阶段的重点在于稳定产品质量，系统的生产或许需要几个月甚至几年，这一生产或许要用到数百或数千个元件，公司有一套稳定产品质量的程序显得尤为重要。

在系统进入生产阶段后对元件上进行一系列的质量测试，可以确保足够的元件供应以使生产不致中断。在生产阶段，极少对母板的线迹和布局加以改变，由于SI测试已用于确认那些改变，在这一阶段，SI测试不再必要。此外，SI测试不能捕获以往由系统/存储器相关的问题所造成的故障，首选的工具及稳定产品质量的关键是兼容性及边际测试。

阶段5：后期制作(post-production)

像MP3播放器或DVD录音机这样的系统在生产后段没有稳定产品质量的要求，然而，其它的系统可能有存储器升级或支持的要求，这一点在笔记本电脑、移动PC及其它器件中尤为常见，而且在生产后段的数年都很重要，边际测试及兼容性测试成为稳定产品质量的关键。

信号完整性测试

电子设计工程师喜欢使用示波器观察电路设计并评估信号。图1显示了一个典型的SI捕获，在这一实例中，目标照片表明信号来自单个DDR同步动态随机存取存储器(SDRAM)组件：
(1)BA1——地址组1
(2)CS——芯片选择信号
(3)CK——不同的系统时钟

SI测试过程用系统信号的示波器光图来评估电压随时间的变化，这些光图或“捕获”通过视觉来评价违规状态，这种方法因对工程专家的水平提出高的要求，因而是一个耗时的过程。借助于如图1所示的SI测试图，能够发现很多游泳的信息，其中包括：
(1)振铃、上冲/下冲(Ringing or overshoot/undershoot)：JEDEC制定的存储器元器件规范限制了允许的上冲/下冲数量。阿尔法原型阶段的SI无法涵盖这些规范中的时钟冲突问题。
(2)时钟冲突(Timing violations)：通过这些波形很容易发现信号时钟特性。
· 斜率：表明驱动信号的强弱。
· 设置及保持时间。
· 时钟占空比。
· 不同信号(如CK和CK#)之间的串扰现象。
· 控制信号和数据信号之间的关系，以及它们是否满足JEDEC规范？
· 总线争用：是否存在两个信号同时驱动一条总线？会不会引起冲突？

假如上述状况中有任何一种出现，通过兼容性及边际测试都能轻易发现系统故障，在这些问题被发现后，其它的工具(逻辑分析仪、SI测试等)能够确定故障的原因。

SI分析的局限性

SI 分析正变得越来越困难并且消耗时间，在像FBGA封装这样的情况下，几乎不可能进行SI分析，原因何在？

(1)FPGA封装：除非探测点被增加到设计当中，在FBGA封装中是不可能探测到信号的。有一些适合DDR2的方案，如Micron Snoop可以通过探针对信号进行测量。在除错或产品设计段，这些方案可以提供很有价值的信息，但是开发成本也会增加。

(2)MCM封装：在多芯片模组(MCM)封装中，将各种不同的芯片组合在一个封装内。这些封装既可用铸模化合物也可用密闭的方法加以保护，因此封装内的信号无法被探测到。

(3)对信号质量的干扰：采用探测器来测量SI会改变正在被测量的信号。由于增加了电容会引入一些问题，或造成SI变化消失。尽管可采用有源或场效应晶体管(FET)探测器，这种状况由于频率升高变得越来越普遍，尤其在具有点对点结构的系统中。

(4)对于检测很多存储器问题无能为力：对于存储器质量或稳定产品质量而言，SI测试有其局限性，Micron公司已在存储器的多种内部质量测试时采用成百上千种SI示波器捕获分析，得出如下结论：
· 在开发的初期采用SI测试能够捕获故障及识别重大错误。
· SI测试用于验证板的改变。
· 板设计完成后，SI测试尚有一点价值。

克服SI测试的局限性

Micron公司的内部测试流已脱离SI测试，它由以下几点组成：
· 兼容性及边际测试用于确认或测试具有存储器的系统。
· 在兼容性及边际测试检测到错误后，不同的诊断工具用于隔离这一故障。
· 假如软件确定了系统中的故障类型(地址、行、单个单元等)，存储器芯片或模块被隔离并被测试，然后我们会尝试在存储器测试夹具中复制这一故障状态。
· 如果软件不能提供有关故障的详细资料，可将存储器从系统中移开，然后进行组件或模块测试来发现故障。
·　逻辑分析仪可用于确定故障问题/类型及违规情况。

尽管可采用示波器，经验表明在迅速测量、确认和调试系统方面，其它的工具会更有效。我们相信这些替代工具使设计工程师能够迅速地实现故障分析和排除。

Micron公司的自我质量控制流程得到如下结论：
· 定期的兼容性测试及边际测试会暴露一些系统中出现的问题或困难。
· SI不能发现存储器或系统级诊断所不能识别的任何问题，SI发现的是与其它测试所发现的相同的故障，因此重复了边际测试及软件测试的性能。
· SI测试很耗时，探测64位数据总线及俘获目标示波器屏幕图会消耗时间。
· SI采用昂贵的设备(示波器和探测器)
· 因需要高级工程师分析来评估目标信号的图片，故而SI占用了宝贵的工程资源。
· SI测试不能发现所有的故障，兼容性及边际测试能够发现SI测试所不能检测到的错误。

SI测试的替代方法

SI测试的替代方法被用于系统开发、存储器质量控制和测试。

软件工具或兼容性测试

计算机系统极适于软件测试，因为计算机能够利用现成软件，所以可使用多种存储器诊断工具。当选择软件工具时，应关注那些支持强大升级功能的工具，并选择可与新的诊断工具相结合的程序，诊断工具用来捕获以前所未知的故障机制。这些工具有：
• PC Doctor
• Winstress
• Quicktech
• RST Pro
• AMI Diag
• PC Certify
• Tuff Test
与PC不同，其它产品如消费电子、嵌入式及网络产品的测试更加困难。针对这些应用类型，设计工程师开发专用工具或根本不使用上述工具。定制更为鲁棒的专用工具能获得比SI测试更多的益处。

值得注意的是：有时候在某些系统中不可能进行与存储器规格有关的测试，如MPEG解码或网络数据包传输。在这些情况下，就应采用上述工具。

边际测试

有两类边际测试尤其重要，它们能够强迫系统暴露边际和系统问题：电压及温度的强化测试。这两类强化测试重点在于使DRAM和DRAM控制器暴露到可能显示系统问题的状态。

边际测试允许时钟和功率这些参数有点变化，以测试和强调系统的额定参数。作为典型的边际测试，4角测试(4-corner test)已被证明为测试存储器的最有效的方法之一，就测试时间和所需的资源而言，这种测试也是可行的。对于一个具有最小和最大电压及温度分别为3.0V和 3.6V及0°C和70°C的系统而言，这四个角是：
角1：最大电压3V，最高温度70°C
角2：最大电压3.6V，最低温度0°C
角3：最小电压3.0V，最高温度70°C
角4：最小电压3.0V，最低温度0°C
这些测试方法可能有点不同，但通常的程序是让系统在某个温度和电压保持稳定，然后在点某一角上进行一系列的测试。如果出现故障，应对此加以分析。

另外一种是2角测试(2-corner test)。在某些系统中，输入到存储器的电压可能由电压调节器控制的，因此无法调节输入到DRAM的电压。在这种情况下，可采用最大(MAX)和最小(MIN)温度测试或两角测试。另外，还可以将输入到电压调节器上的电压改变为MIN/MAX电平进行4角测试(4-corner test)。

另一边际测试实例为多角测试(multicorner test)，其依据为多个电压和温度测试点。该测试方法成本高，并且浪费时间。因此，4角测试(4-corner test)被证明为测试存储器的最高效方法。同时，测试时间也短，所需资源也容易获得。

功率周期测试 (power cycling test)

功率周期强化测试(power cycling test)反复开、关(重启)系统，测试包括冷启动和热启动测试。系统由未被运行状态到进入环境温度下的运行状态的过程称为冷启动，当系统运行了一段时间且内部温度稳定时进行的启动为热启动。
在启动或上电时，在可能出现错误的地方会发生一些独特的事件：
(1)电源电压爬升：电源供应电压的升高只能通过反复进行功率周期测试发现。
(2)存储器的初始化：为了满足JEDEC和工业标准，存储器控制器必须遵守初始化程序的限制。如果出现间歇性的问题，只有通过反复启动才能检测到。

自动刷新测试(Self Refresh Testing)
 
由于DRAM单元漏电，因此必须经常刷新，以便保持正常操作。在DRAM系统中，节省耗电的一个关键方法是在存储器很长一段时间未用后，在非读写状态进行自动刷新。特别要注意的是，当进入和退出自动刷新状态时，要保证存储器控制器提供正确的命令，否则可能会丢失数据。

与功率周期类似，自动刷新周期非常有用。如果出现某种间歇性的自动刷新进入或退出问题，重复这一周期有助于检测到这些问题。不采用自动刷新的应用应避免这种测试。

小结

存储器及其它组件间接口中的系统级问题可能是细微且难以觉察的，在适当的时间，采用正确的工具可使设计工程师很容易地识别出潜在的问题并增加设计的鲁棒性。

重新评估边际测试和兼容性测试，尤其是在内存质量控制或确认过程中的作用，会大大减少存储器质量控制工程开发的时间，并对实际故障有更有效和全面的认识，从而加快存储器质量控制的过程，尤其在稳定质量方面，这些就是使用上述测试带给你的主要回报。

详细阅读TN-00-20: Understanding the Value of Signal Integrity，请访问http://download.micron.com/pdf/technotes/TN0020.pdf。