[发明专利]存储器控制器、存储器芯片和用于操作存储单元集合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二进制数据存储。更特别地，本发明针对存储和检索半导体计算机存储器中的信息的方法。

背景技术

典型的半导体计算机存储器是在包含大量的物理存储单元的阵列的半导体衬底上制造的。一般地，二进制数据的一个位表示为与存储单元相关的物理参数的变化。一般使用的物理参数包含由于存储在非易失性电可擦可编程只读存储器(EEPROM)中的浮动栅极或捕获层中的电荷的量导致的金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压变化、相变随机存取存储器(PRAM)或奥弗辛斯基统一存储器(OUM)中的相变存储器元件的电阻变化和易失性动态随机存取存储器(DRAM)中的电荷存储变化。

增加存储在单一物理半导体存储单元中的位的数量是降低每位的制造成本的有效方法。当物理参数的变化可与多个位值相关时，数据的多个位也可被存储在单一存储单元中。该多位存储存储单元一般被称为多级单元(MLC)。计算机存储器装置和电路设计中的大量的努力致力于使存储在单一物理存储单元中的位的数量最大化。对于诸如一般用作大容量存储装置的流行的非易失性闪存的存储类存储器尤其如此。

半导体存储单元中的多位存储的基本需求是，使物理参数变化的幅度(spectrum)容纳值的多个非交迭的带。n位单元所需要的带的数量是2ⁿ。2位单元需要4个带，3位单元需要8个带，等等。因此，半导体存储单元中的物理参数的可用的幅度是多位存储器存储的限制因素。

除了限制的幅宽以外，诸如温度、功率和时间的环境变量的波动影响典型半导体存储装置的所有操作和数据完整性。由于环境变量的波动，因此数据完整性是数据存储系统的主要问题。希望设计成本有效的方法以保护半导体存储系统中的存储的数据的完整性。

发明内容

本发明的一个示例性实施例是一种用于操作存储单元集合(collection)的方法。存储单元集合包含多个存储单元，存储单元集合中的各个存储单元存储由特性参数的预设的值范围划界的至少一个可能的二进制值。另外，特性参数的值范围随时间偏移。

用于存储器控制器操作的方法要求读出(sense)目标存储单元的特性参数的偏移值。另一读出操作读出存储单元集合中的各个存储单元的特性参数的偏移值。产生操作对于可能的二进制值中的每一个提供特性参数的概率分布函数。概率分布函数从存储单元集合中的各个存储单元的特性参数的偏移值产生。确定操作确定目标存储单元的特性参数的偏移值处于概率分布函数中的概率。转换操作将目标存储单元的特性参数的偏移值转换成概率最高的二进制值。

该实施例可包括通过将存储单元的特性参数的值设为初始基准点对存储单元集合中的各个存储单元进行编程。但实际中，存储单元的制造中的自然变化导致存储在存储单元中的特性参数值形成正态分布，从而产生特性参数值范围。另外，可以通过使用最大可能性估计量(estimator)从存储单元集合中的各个存储单元的特性参数的偏移值确定特性参数值的概率分布函数。

特性参数可以是动态随机存取存储器(DRAM)中的电荷存储变化、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)中的浮动栅极的阈值电压变化、相变存储器(PCM)的电阻变化、电阻随机存取存储器(RRAM)的电阻变化或光存储装置的相变材料的光折射率。

本发明的另一示例性实施例是用于操作存储单元集合的存储器控制器。存储单元集合包含多个存储单元，存储单元集合中的各个存储单元存储由特性参数的值范围划界的至少一个可能的二进制值。存储器控制器包含接收单元和产生单元。接收单元接收存储单元集合中的各个存储单元的特性参数的值。产生单元对于存储单元集合的可能的二进制值中的每一个产生特性参数的概率分布函数。产生单元使用概率分布函数以确定目标存储单元的特性参数的偏移值的可能值范围。并且，产生单元将目标存储单元的特性参数值转换成概率最高的二进制值。

存储器控制器可包含将模拟信号转换成代表特性参数的数字信号的模拟读出放大器。另外，目标存储单元的特性参数的偏移值的可能值范围可在产生单元中由最大可能性估计量产生。