[发明专利]一种操作多状态存储器设备的方法和装置

说明书

多状态存储器设备包含一个模拟信号多状态存储单元阵列。每个存储单元可以被视为一个离散信道，包括一个输入符号集，一个输出符号集，和一个转移概率矩阵。数据比特的可靠度信息，如对数似然比，可以根据转移概率矩阵和从存储单元中读取的数据来计算，并用于软解码。在一个数据存储系统中，通常的硬解码和软解码可以通过多种方式结合使用依据转移概率矩阵来计算对数似然比的方法。

技术领域

本发明涉及存储器领域，尤其涉及一种操作多状态存储器设备的方法和装置。

背景技术

多状态存储器设备，如浮栅型闪存(Floating Gate Flash)、电荷捕获型闪存(Charge Trap Flash)、相变存储器(Phase Change Memory)和电阻型随机存取器(Resistive RAM)等，都使用模拟信号的多状态存储单元来保存数据。文献中，多状态存储单元也常称为多层存储单元或者多比特存储单元。每个模拟信号存储单元可以保存一个模拟信号，如电荷、电压或者电阻。对多状态存储单元，模拟信号的允许取值范围可以分成多个区域，每个区域定义了一个单元状态，每个状态表示一个或多个数据比特的取值。每个存储单元状态都对应一个或多个比特的一个取值，我们称之为“状态编码”。一个模拟存储单元的数据写入操作是通过把该单元的模拟信号的值调整到一个与指定的写入数值对应的信号标称值来完成的。从模拟存储单元读取数据是通过感测存储单元的状态来完成，感测是基于把存储单元的模拟信号与多个参考阈值进行比较，从而确定单元状态。

一个多状态存储单元可以保存一个或多个数据比特。比如，SLC型闪存的每个单元保存一个比特，而MLC型闪存的每个单元可以保存两个比特，TLC型闪存的每个单元可以保存三个比特。页(page)是NAND型闪存读写操作的基本单位。在目前主流的NAND型闪存中，每个存储单元的多个比特一般是映射到不同的页中。对MLC型闪存，一个单元中的两个比特分别称为MSB和LSB，相应的页称为MSB页和LSB页。对TLC型闪存，一个单元中的三个比特分别称为MSB、CSB和LSB，相应的页称为MSB页、CSB页和LSB页。

由于制程差异、电子噪声、单元缺陷、单元干扰，和单元的老化等因素，测量到的单元状态有可能和写入的目标状态不同。这样的状态迁移导致从存储器单元中读取的数据会与原本写入的数据出现偏差。为了纠正这些数据错误，就必须使用ECC(error correctioncode)技术。在写入数据前，需要对原始数据进行ECC编码；在从存储器中读出数据后，需要对读取的数据进行ECC解码。

在传统的硬判决解码中，从存储器中读取数据时，会对每个所读数据比特做硬判决，并使用每个ECC码字的硬判决的比特来解码。在软判决解码中，闪存“信道”对每个数据比特都进行软判决，包含了像对数似然比(LLR)这样的可靠度信息，并用每个ECC码字的软判决的结果进行解码。由于使用了信道提供的额外的可靠度信息，软解码的性能要比硬解码好很多。许多ECC支持软解码，如Turbo码、LDPC码和极化码。

第7975192号美国专利，“Reading Memory Cells Using Multiple Thresholds”，介绍了从多状态存储器设备中提取软指标(soft metrics)，并将其用于软解码的方法，该专利通过引入的方式并入本文本。该方法需要通过多次感测操作来得到软指标，且软指标数据需要额外的总线数据传输，因此使用软指标的开销是比较大的。在典型的应用中，一般首先采用硬解码，这时多状态存储器被近似为二进制对称信道(BSC)，BSC交叉概率可以基于原始数据误码率的期望平均值计算得到。如果解码失败，可以多次尝试采用不同的参考阈值重新读取硬判决数据，并进行硬解码。当所有的硬解码尝试都失败后，才会读取软指标，并进行软解码。

如同在最新的TLC和QLC NAND型闪存中一样，当单个存储器单元保存了更多的数据比特时，由于单元磨损和数据保存的问题，原始数据误码率快速上升，硬解码已不足以完全解决数据错误。虽然可以使用软解码，但是多次感测操作的开销很大。在这种情况下，要在保持感测开销很小的情况下，达到很好的解码性能是一个挑战。

发明内容