什么是UFS芯片？通用闪存存储芯片的特点、原理、测试以及UFS测试座的应用

通用闪存存储（UFS）技术凭借其高速率、低功耗和高可靠性的特性，逐渐取代传统的嵌入式多媒体卡（eMMC）和嵌入式多媒体控制器封装（EMCP）方案，成为高端智能设备的主流存储解决方案。本文将系统阐述 UFS 高速信号芯片的技术特点，对比其与 eMMC、EMCP 的核心差异，详细解析 UFS 芯片的测试项目与方法，并深入探讨 UFS 测试座在确保产品质量中的关键作用。

UFS 与 eMMC、EMCP 的技术特性对比

存储技术的演进始终围绕着性能提升、功耗降低和集成度提高三大核心目标。UFS、eMMC 和 EMCP 作为移动存储领域的三大主流技术，在架构设计和应用场景上存在显著差异。

UFS 技术作为 JEDEC 和 MIPI 联盟联合制定的新一代存储标准，采用串行接口架构和全双工通信模式，从根本上突破了传统并行接口的性能瓶颈。最新的 UFS 3.1 标准基于 MIPI M-PHY 物理层和 Unipro 协议层构建，支持高达 28Gbps 的每通道数据速率，通过双通道配置可实现超过 2900MB/s 的 sequential 读取速度。

Micron 的 UFS 3.1 产品数据显示，其随机 4KB 读取性能达到 180-200 KIOPS，是 eMMC 5.1（44-53 KIOPS）的 4 倍以上， sequential 512KB 写入速度更是达到 1200-1890MB/s，较 eMMC 的 270MB/s 提升 4-6 倍。这种性能飞跃主要得益于 UFS 采用的 SCSI 架构模型和命令队列机制，能够同时处理多个读写命令，大幅提升了多任务处理场景下的响应速度。

eMMC 技术基于并行接口设计，遵循 JEDEC JESD84-Axx 标准，采用单通道半双工通信模式，最高版本 eMMC 5.1 的理论带宽仅为 400MB/s。eMMC 将 NAND 闪存与控制器集成在单一封装内，虽然简化了终端设备的设计难度，但固化的控制器性能成为系统瓶颈。

由于采用单命令处理机制，eMMC 在随机读写和多任务处理场景下表现不佳，更适合对成本敏感且性能要求不高的中低端设备。值得注意的是，JEDEC 标准明确将 eMMC 的功能集定义为 UFS 标准的子集，这从技术路线上确立了 UFS 作为替代技术的地位。

EMCP 技术则代表了另一种技术路径，通过系统级封装（SiP）将 eMMC 闪存与 LPDDR 内存集成在同一芯片中，显著减小了 PCB 占用空间。这种集成方案在智能手机发展初期极为流行，因为它能在有限的机身空间内实现存储与内存的协同工作。

然而，EMCP 面临着两个固有局限：一是受限于 eMMC 的接口速度，二是内存与存储的容量配比固定，无法根据具体应用场景灵活调整。随着 UFS 和独立 LPDDR 内存组合方案成本的降低，EMCP 在高端市场已逐渐被淘汰。

在功耗特性方面，UFS 通过动态功耗管理机制实现了更精细的电源控制。其支持的多种功耗模式（包括 Active、Idle、Sleep 和 Power-down 模式）可根据数据传输需求实时调整，配合 M-PHY 的低功耗特性，在保证高性能的同时有效降低了待机功耗。相比之下，eMMC 和 EMCP 的功耗控制相对粗放，在持续高负载场景下的能效比明显落后。

应用场景的分化也日益清晰：UFS 主要应用于旗舰智能手机、平板电脑、高端车载系统和工业级存储设备；eMMC 仍在中低端手机、智能穿戴设备和嵌入式系统中广泛使用；而 EMCP 则更多出现在对空间要求苛刻的小型设备如智能手表、便携式传感器等产品中。这种市场分化本质上是技术特性与应用需求精准匹配的结果。

UFS 芯片的测试项目与技术方法

UFS 芯片的高性能特性对测试技术提出了严苛挑战，需要构建涵盖电气性能、协议一致性、可靠性和兼容性的全方位测试体系。JEDEC JESD224 标准和 UFSA 合规性测试规范（CTS）共同构成了 UFS 测试的基础框架，确保不同厂商的产品能够实现互联互通。

电气性能测试是 UFS 芯片测试的基础环节，主要验证物理层信号质量是否满足规范要求。关键测试项目包括眼图测试、抖动分析、信号完整性验证和电源完整性测试。眼图测试通过 Teledyne LeCroy 等厂商提供的 MIPI 测试解决方案，捕获高速信号的叠加波形，评估信号的幅度、时序抖动和噪声容限。

对于 UFS 3.1 器件，需要在 HS-Gear4（28Gbps）模式下验证眼图参数是否符合 M-PHY 规范，特别关注眼高、眼宽和交叉点电压等关键指标。抖动分析则需区分确定性抖动（DJ）和随机抖动（RJ），确保总抖动在误码率（BER）1e-12 范围内不超过阈值。信号完整性测试还包括插入损耗、回波损耗和串扰等参数的测量，这些指标直接影响高速信号的传输距离和质量。

协议一致性测试确保 UFS 芯片的命令交互和数据传输符合 JEDEC 规范。基于 Qualcomm SoC 的测试平台可模拟主机控制器，执行 SCSI 命令集、UFS 互联命令（UIC）和属性查询等操作。测试内容包括命令队列管理、电源模式切换、异常处理和安全特性验证。

例如，需要验证设备在接收非法命令时的错误处理机制，以及在不同功耗模式间切换的时序正确性。协议分析仪在这一过程中发挥关键作用，能够实时解码 UFS 总线上的数据流，捕获命令交互过程中的异常行为。对于支持 Host Performance Booster（HPB）和 Write Booster 等增强特性的 UFS 3.1 器件，还需要专门测试这些功能对系统性能的实际影响。

可靠性与耐久性测试是保证 UFS 芯片长期稳定工作的关键。这包括高温工作（HTOL）、低温工作（LTOL）和温度循环测试，模拟设备在 - 40℃至 85℃极端环境下的工作状态。NAND 闪存的擦写次数（P/E Cycles）测试通过加速老化实验验证其使用寿命，通常要求消费级产品达到 3000 次以上的擦写循环。

数据保持力测试则评估在高温存储条件下（如 85℃/85% RH 环境存储 1000 小时）数据的完整性。对于车载级 UFS 产品，还需通过 AEC-Q100 认证测试，包括更严苛的温度冲击和振动测试。

兼容性测试确保 UFS 芯片与不同主机控制器和操作系统的协同工作能力。测试平台需涵盖高通、联发科、三星等主流 SoC 方案，验证在 Android 和 Linux 等操作系统下的启动速度、数据传输稳定性和热管理性能。实际应用中，UFS 设备可能需要与不同品牌的主机控制器通信，因此兼容性测试还包括信号电平兼容性、时序兼容性和协议交互兼容性等多个维度。

自动化测试系统的应用显著提升了 UFS 测试效率。基于 SoC 的测试平台可实现从 Gear1 到 Gear5 不同速率模式的自动切换，配合脚本化测试程序，能够在短时间内完成数千项测试用例的执行。测试数据的自动分析和报告生成功能则减少了人为误差，确保测试结果的客观性和可追溯性。

UFS 测试座的关键技术与应用价值

测试座作为连接 UFS 芯片与测试系统的关键接口，其性能直接影响测试结果的准确性和可靠性。在高速信号传输场景下，测试座的电气特性、机械结构和材料选择成为技术焦点。

电气性能优化是 UFS 测试座设计的核心挑战。高频信号在传输过程中会面临阻抗失配、信号衰减和串扰等问题，这些因素在 28Gbps 速率下尤为突出。Smiths Interconnect 的 Galileo 测试座采用先进的 3D 制造工艺和 universal interconnect fabric 材料，实现了低于 25mΩ 的接触电阻，远优于 eMMC 测试座 50mΩ 的上限指标。

低接触电阻不仅减少了信号损耗，还降低了接触点的发热，有利于维持稳定的测试环境。阻抗匹配设计同样关键，测试座的特性阻抗需严格控制在 50Ω±10% 范围内，以避免高速信号的反射干扰。此外，测试座的插入损耗在 10GHz 频率下应控制在 1dB 以内，确保高频成分的有效传输。

机械结构设计需平衡接触可靠性与操作耐久性。UFS 测试座通常采用弹簧探针（pogo pin）或弹性触点结构，提供适当的接触压力（一般在 10-30 克力 / 触点）。足够的接触压力能确保在测试过程中触点不脱落，而过度的压力则可能损伤芯片焊盘或测试座本身。Galileo 测试座采用的低剖面设计不仅节省了测试空间，还通过缩短信号路径减少了寄生参数影响。

测试座的定位精度同样重要，XY 方向的定位误差应控制在 ±0.05mm 以内，确保每个触点都能准确对准芯片焊盘。对于 BGA 封装的 UFS 芯片，测试座的球栅阵列布局必须与芯片焊盘完全匹配，包括球径、间距和排列方式。

材料选择直接影响测试座的性能和寿命。触点材料通常采用铍铜合金并镀金处理，利用铍铜的高弹性和金镀层的低氧化特性，确保在数千次插拔后仍能维持稳定的电气连接。测试座本体则多采用耐高温的 LCP 或 PPS 塑料，能够承受测试过程中的温度变化和机械应力。

对于需要高温测试的场景，测试座材料需能在 125℃以上环境下保持尺寸稳定性和机械强度。接触表面的平整度也是关键指标，Ra（算术平均粗糙度）应控制在 0.1μm 以下，以减少接触电阻的波动。

在实际应用中，UFS 测试座需要适应不同的测试场景需求。在研发阶段，测试座需支持全面的信号探测和调试功能，通常设计有额外的测试点用于示波器探头连接；在量产测试阶段，则更注重测试效率和可靠性，测试座需配合自动化测试设备实现快速换料和稳定测试。对于支持 UFS 卡等可移动存储的测试座，还需考虑卡插拔的便捷性和定位准确性。

测试座的维护与校准同样重要。定期清洁触点表面的氧化层和污染物，可有效降低接触电阻；通过专用夹具对测试座进行周期性校准，确保定位精度和接触压力在设计范围内。对于高频测试应用，还需定期验证测试座的 S 参数（散射参数），确保其在整个测试生命周期内都能满足信号完整性要求。

UFS 测试座的技术发展与 UFS 标准演进保持同步。随着 UFS 4.0 标准的商用化，测试座需要支持更高的信号速率（32Gbps）和更严格的信号完整性要求，这将推动测试座设计向更精细的阻抗控制和更低的寄生参数方向发展。同时，为应对多通道 UFS 器件的测试需求，测试座将集成更多的信号路径和更复杂的屏蔽结构，以减少通道间的串扰影响。

存储技术演进中的测试保障体系

UFS 技术的普及推动了移动存储性能的质的飞跃，从根本上改变了智能设备的用户体验。与 eMMC 的简单替代不同，UFS 带来的不仅是速度提升，更是存储架构的范式转换 —— 从单命令处理到多队列并行，从半双工到全双工通信，从固定功能控制器到可编程智能接口。这种技术跃迁对测试验证体系提出了全方位挑战，要求测试设备、测试方法和测试座设计同步升级。

UFS 测试技术的发展呈现出三个明显趋势：

一是测试速率持续提升，从 UFS 2.1 的 14Gbps 到 UFS 3.1 的 28Gbps，再到 UFS 4.0 的 32Gbps，每一次速率提升都要求测试设备和测试座进行重新设计；

二是测试内容不断扩展，从单纯的电气性能测试扩展到协议一致性、可靠性、安全性和兼容性等多维测试；三是测试效率大幅提高，自动化测试系统和并行测试技术的应用将单颗芯片的测试时间从分钟级缩短到秒级。

测试座作为测试体系的 "最后一公里"，其技术水平直接决定了测试质量。未来的 UFS 测试座将在材料科学、精密制造和高频设计等方面持续创新，可能采用碳纳米管触点、自适应压力调节和集成式信号调理等新技术，进一步降低接触电阻、改善信号完整性并延长使用寿命。

同时，测试座的智能化程度也将提高，通过集成传感器实时监测接触状态和温度变化，实现测试过程的自适应调整和预测性维护。

在产业层面，UFS 测试技术的成熟将加速存储器件的迭代周期，降低新产品的研发风险，推动 UFS 技术在更多领域的应用 —— 从自动驾驶汽车的高可靠存储到边缘计算设备的高速数据缓存，从工业物联网的环境适应存储到 AR/VR 设备的低延迟存储。测试技术不仅是质量保障的手段，更是技术创新的催化剂，它使 UFS 的高性能承诺能够真正转化为产品竞争力，最终惠及终端用户。

随着存储与计算的融合趋势日益明显，UFS 技术将向存储级计算（Storage-Class Computing）方向发展，在存储芯片中集成计算能力，这将为测试技术带来新的挑战和机遇。

未来的测试体系不仅需要验证存储性能，还需评估计算功能的正确性和效率，测试座也将演进为更复杂的系统接口，支持存储与计算协同工作的全方位验证。在这场技术变革中，测试技术将始终扮演着保驾护航的关键角色，确保每一次存储技术的飞跃都建立在坚实的质量基础之上。

德诺嘉电子相关产品的关键作用

德诺嘉电子的 UFS 测试座、老化座和烧录座作为连接测试设备与芯片的关键接口，在确保测试准确性、老化可靠性和烧录效率方面发挥着不可替代的作用。

高精度测试座是保证 UFS 高性能测试的基础。

德诺嘉测试座支持 0.4mm 焊球间距的 BGA 封装，具备 ±5μm 的高精度对位能力，确保在高速信号传输时每个引脚都能稳定接触。对于 UFS 这种支持高达 27GHz 信号的高速设备，测试座的信号完整性设计至关重要，任何接触不良或信号失真都可能导致测试结果不准确。

德诺嘉测试座采用先进的探针技术，如钨铜合金探针，既能降低温升，又能提供稳定的电气连接。这对于大电流测试场景尤为重要，例如车规级 UFS 测试中可能需要单 Pin 1.5A 的持续电流。测试座的低噪声设计也能有效屏蔽电磁干扰（EMI），确保在测量 ADC 信噪比（SNR）等敏感参数时的测试精度。

老化座的设计需适应极端温度环境并保持稳定性能。德诺嘉老化座支持 - 40℃~200℃的宽温域操作，完全覆盖 UFS 芯片的老化测试需求。其集成的热电偶可实时监控结温，确保老化过程在精确控制的温度条件下进行。在高温老化过程中，材料的稳定性至关重要，德诺嘉老化座采用耐高温材料和特殊结构设计，避免了温度变化导致的接触不良问题。

老化座的模块化设计使其能够支持多种存储器类型的测试，通过更换不同测试板，可适应 NAND Flash、eMMC、SSD 等多种设备的老化需求。这种灵活性大大提高了测试设备的利用率，降低了生产成本。

烧录座的核心要求是高速数据传输和操作可靠性。德诺嘉烧录座优化了信号路径设计，减少了传输延迟，支持 UFS 的高速烧录需求。其稳定的机械结构确保在批量生产中多次插拔后仍能保持良好接触，降低了因接触问题导致的烧录失败率。

烧录座还集成了防静电保护功能，避免敏感的 UFS 芯片在烧录过程中受到静电损害。对于需要大规模量产的场景，德诺嘉烧录座可与机械臂配合实现自动化上下料，测试效率提升 30% 以上，大幅提高了生产 throughput。

德诺嘉电子的测试座、老化座和烧录座形成了完整的 UFS 芯片生产测试解决方案，从研发验证到量产测试全方位保障了 UFS 芯片的质量和性能。这些专用设备的高精度、高可靠性和高效率特点，使其成为 UFS 产业链中不可或缺的关键环节，助力 UFS 技术在高端存储领域的广泛应用。