CN106683704A - 数据保持电荷损失传感器 - Google Patents

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Abstract

披露了用于使用电传感器来估计固态存储器设备中的电荷损失的系统和方法。数据存储设备包括固态非易失性存储器，所述固态非易失性存储器包括多个存储器单元、被配置成用于保持电荷的传感器、以及控制器。所述控制器被配置成用于：在第一时间点上将所述传感器充电至第一充电水平；在从所述第一时间点开始的一个时间段之后，在第二时间点上确定所述传感器的第二充电水平；并且至少部分地基于所述确定的第二充电水平来刷新存储在存储器单元中的数据。

Description

数据保持电荷损失传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年11月9日提交的题为“DATA RETENTION CHARGE LOSS SENSOR(数据保持电荷损失传感器)”的美国申请号14/936,353的优先权，该申请的披露内容通过引用以其全文结合于此。
背景技术
技术领域
本披露涉及电传感器。更具体地，本披露涉及用于使用电传感器来估计固态存储器中的电荷损失的系统和方法。
相关技术说明
某些固态存储器(如闪存驱动器)将信息存储到由浮栅晶体管构造的存储单元的阵列中。存储在固态存储器单元中的数据完整性可能受到包括暴露温度和时间等各种因素影响。
附图说明
附图出于说明性目的描述了各种实施例，并且绝不应当理解为限制本披露的范围。此外，可以将披露的不同实施例的各种特征结合来形成附加实施例，这也是本披露的部分。
图1A和1B是框图，表示根据一个或多个实施例的数据存储系统的实施例。
图2是框图，表示根据一个或多个实施例的传感器设备。
图3是浮栅晶体管的实施例的剖视图。
图4是曲线图，示出了根据一个或多个实施例的示出可能的数据保持相关电荷损失的单元概率分布。
图5是曲线图，示出了根据一个或多个实施例的固态存储器设备中的可能电荷损失。
图6是曲线图，示出了根据一个或多个实施例的固态存储器设备中的可能电荷损失。
图7是流程图，展示了根据一个或多个实施例的利用电传感器的过程。
图8是图表，表示根据一个或多个实施例的示例二分搜索读取机制。
图9是流程图，展示了根据一个或多个实施例的利用电传感器的过程。
图10是流程图，展示了根据一个或多个实施例的利用电传感器的过程。
具体实施方式
当描述某些实施例时，这些实施例仅通过示例形式呈现，并非用于限定保护范围。实际上，本文所描述的新颖方法和系统可以以各种其他形式体现。此外，在不脱离保护范围的情况下可以进行本文所描述的在这些方法和系统的形式下的各种省略、取代和变化。
本文所提供的标题仅为方便起见，并不一定影响权利要求的范围或含义。本文所披露的是关于固态存储器中的电荷损失估计的示例配置和实施例。
如本申请中所使用的，“固态存储器”“非易失性固态存储器”、“非易失性存储器”、“NVM”或其多种变体可以涉及固态存储器(如NAND闪存)。然而，本披露中的系统和方法还可以在更常规的硬盘驱动器和包括固态的和硬盘驱动部件两者的混合驱动器(或任何数据存储设备)中使用。固态存储器可以包括各种各样的技术，如闪速集成电路、相变存储器(PC-RAM或PRAM)、可编程金属化单元随机访问存储器(RAM)(PMC-RAM或PMCm)、双向联合存储器(OUM)、电阻式RAM(RRAM)、NAND存储器、NOR存储器、EEPROM、铁电RAM(FeRAM)、磁阻式RAM(MRAM)、或其他离散的NVM(非易失性固态存储器)芯片。非易失性固态存储器阵列或存储设备如本领域中已知的可以在物理上被分成面、块、页以及扇区。可以另外地或替代地使用其他形式的存储(例如，电池备份易失性DRAM或SRAM设备、磁盘驱动器)。
概述
本披露提供了用于使用电传感器设备来估计固态存储器单元中的电荷损失的系统和方法。尽管本文在NAND型固态存储器设备的上下文中披露了某些实施例，但应当理解的是本文所披露的原理和实施例可以适用于实现任何类型的固态存储器的系统。某些实施例包括被配置成用于提供温度和/或时间相关数据保持和/或关于一个或多个固态存储器单元的电荷损失信息，而不需要持续电力。
通常地，在NAND闪存设备或其他固态存储器设备中，个别存储单元的节点大小和/或栅极面积越小，可能存储在每个存储器单元的浮栅中的电子的数量越少，这可能会对在读取时正确地解释所写入的数据的能力产生负面影响。此外，在多级单元(MLC)编程方案中，可以将多位(两位或更多位)数据存储在单个单元中，进一步影响正确地解释编程的数据的能力。增加数据密度的期望已经导致更小的节点大小和MLC类型编程方案的普及。因此，考虑到这些因素，可以减小在给定耐久性阈值处的数据保持时间。此外，在对固态存储器进行编程和擦除时，每个循环通常都可能降低存储器的数据保持能力。此外，在存储器单元已经被写入/编程之后(包括未向设备施加电源的时间段期间)，存储器单元遇到的相对高的温度可能不利地影响数据保持能力。
可以实施数据维护机制(如数据刷新、垃圾收集等)来刷新存储在固态存储器设备中的数据。例如，当基于存储这样的数据的单元的已知或估计的电荷损失确定数据存在丢失的危险时，为了减少写入数据的寿命可以读取和重写数据。这样的过程可以基本上重新启动数据保持时钟并且增加当请求时将成功读取数据的可能性。然而，对数据保持电荷损失的估计可能并不是微不足道的，特别是在存储器单元暴露于未知的温度水平和/或在一段时间内的变体的情况下(如在未向存储器设备提供电源的时间段期间)。本文所描述的某些实施例提供了一种可以用于在断电循环后估计存储器单元的数据保持状态的传感器。所述传感器可以有利地考虑时间和温度两个因素。
本发明的某些实施例提供了利用浮栅技术作为在一段时间内估计对在邻近定位的固态存储器阵列或存储器单元上的时间和/或温度的影响的一个或多个电传感器，基本上不考虑是否在这样的时间段向存储器提供电力。在某些实施例中，(多个)传感器被设计成用于提供相对较大的动态范围和/或时间、暴露温度和/或读取电压之间的控制相对良好的关系。根据一个或多个实施例，当上电时可以重置传感器，这样使得传感器可以在随后的断电循环中重复地跟踪数据保持的环境影响。
数据存储系统/设备
图1A是框图，展示了主机系统110与数据存储设备120的结合的实施例，所述数据存储设备根据本文所披露的一个或多个实施例使用一个或多个传感器150合并数据保持电荷损失估计功能。如所示出的，数据存储设备120(例如，混合硬盘驱动器、固态驱动器、任何利用固态存储器的存储设备)包括被配置成用于从主机系统110接收数据命令并且在包括固态存储器单元的非易失性固态存储设备140中执行这样的命令的控制器130。这些命令可以包括数据读/写命令等。设备控制器130可以被配置成用于从驻留在主机系统110上的存储接口112(例如，设备驱动器)中接收数据命令。数据命令可以指定数据存储设备120中的块地址；可以基于这样的命令来访问和/或转换数据。在某些实施例中，数据存储设备120可以是基于PCIe卡类型存储设备。
数据存储设备120可以存储从主机系统110接收的数据，这样使得数据存储设备120作为主机系统110的数据存储。为了促进这种功能，控制器130可以实现逻辑接口，其中，可以将逻辑接口作为可以存储数据的一组逻辑地址(例如，相继的/连续的地址)呈现给主机系统存储器。在内部，控制器130可以将逻辑地址映射为非易失性固态存储设备140和/或(多个)其他存储模块中的各种物理存储器地址。可以将映射指示逻辑地址到物理存储器地址的映射的数据维持在数据存储设备120中。例如，映射表数据可以存储在非易失性固态存储设备140中以便允许在电力循环之后重新建立映射表。
设备控制器130可以包括一个或多个存储器模块(未示出)，如非易失性存储器(例如，ROM)和/或易失性存储器(例如，RAM(如DRAM))。在某些实施例中，设备控制器130可以被配置成用于将信息(包括例如(多个)操作系统代码、应用代码、系统表和/或其他数据)存储在非易失性固态存储设备140和/或其他非易失性存储器(如引导ROM(图中未示出))中。上电时，设备控制器130可以被配置成用于加载这样的数据以便在数据存储设备120的操作中使用。
固态存储器单元中的数据保持电荷损失可以引起单元跨电压状态边界移动，并且从而引起解码错误。关于可以包括NAND闪存等的固态存储设备140，如上文描述的，这样的存储可以在某种程度上从固有问题中遭受数据保持电荷损失。例如，数据保持可靠性可以至少部分地基于各自的固态存储器单元的节点大小和/或栅极面积。数据保持电荷损失可以是从写入数据的时间开始的时间量以及存储器单元的暴露温度两者的函数，其中，较高温度通常可以引起较大电荷损失。也就是说，当固态存储器单元被写入并且随后被暴露于相对高的温度下时，写入数据可以被保持的时间量通常可能会被减少。存储器已经经历的P/E(编程/擦除)循环的数量也对数据保持电荷损失有影响。当向固态存储设备140施加电源时以及在断电周期过程中，可能发生这样的电荷损失影响。
在某些实施例中，浮栅技术可以作为传感器的一部分被用来估计或预测固态存储设备140的至少一部分上的时间和/或温度的负面影响。包括一个或多个传感器150的某些实施例可以包括可能经受与编程的存储器单元的时间和/或温度条件基本上类似的时间和/或温度条件的一个或多个浮栅晶体管设备，这样使得(多个)传感器所经受的数据保持电荷损失可以至少部分地表示编程的存储器单元的数据保持电荷损失和/或与编程的存储器单元的数据保持电荷损失成正比。
在某些实施例中，(多个)传感器150包括比固态存储设备140的存储器单元的节点大小和/或栅极面积更大的节点大小和/或栅极面积以便提供提高的可靠性。由于一些包括更高温度的上述因素，更大的节点大小和/或栅极面积可以提供针对电荷损失相对更好的耐久性和/或耐受性。在某些实施例中，(多个)传感器150包括具有节点/栅极大小约为40nm的一个或多个浮栅晶体管。可替代地，(多个)传感器150可以具有28nm、20nm、15nm或更小的节点/栅极大小。
(多个)传感器150可以与控制器130或固态存储设备140集成，或可以为数据存储设备120的分立元件。由于是否向固态存储设备140提供电源，(多个)传感器150的(多个)浮栅都可能经受电荷损失，因此(多个)传感器150可以被用来提供基本上电源独立的基础来估计时间和/或温度影响。
在某些实施例中，传感器150被配置成用于提供可以用来确定在数据保持时间期间由传感器150经历的暴露温度(包括例如累积温度和/或峰值温度)的信息。控制器130的数据维护模块133或系统100的其他部件可以被配置成用于使用有(多个)传感器150提供的信息作为输入来确定何时将执行数据维护操作(如数据刷新、垃圾收集、损耗均衡等)以便补偿在固态存储设备140随时间推移保持数据的能力上的温度的负面影响。数据维护模块133可以被配置成用于刷新固态存储设备140的至少一些单元来基于以下各项中的一项或多项主动地保持存储于所述单元上的数据的完整性：P/E循环计数；数据写入时间；上电热曲线图；以及/或者断电热曲线图。在某些实施例中，数据维护模块133可以使用来自(多个)传感器的信息来调节固态存储设备140的目标编程电压电平和/或电压读取阈值电平。
如上文参考的，各种因素可能影响固态存储器的有用性。例如，可以要求固态存储设备140(例如，NAND闪存)满足针对耐久性和/或数据保持的某些规范。可以认为固态存储设备设备的数据保持和耐久性特性通常是成反比的。此外，温度可以对这两个参数都产生影响。例如，固态存储设备140随时间推移保持数据的能力可能受到以下每个期间过程中的温度暴露的影响，当设备为：上电和空闲；上电和写入；上电和读取；上电和写入；以及断电时。在某些实施例中，(多个)传感器被配置成用于在上文所列出的每个时间段(包括断电期间)中测量随着时间和温度变化的数据保持完整性。
图1B是包括数据存储设备220的系统200的框图，所述数据存数设备220可以在某些方面与上文描述的图1A示出的数据存储设备120类似。图1B的图表明：在某些实施例中，本文所披露的根据实施例的传感器设备250可以与数据存储设备220的非易失性存储(如固态存储设备模块240)相关联。例如，固态存储设备模块240可以是NAND闪存芯片、板、或其他模块。在某些实施例中，传感器设备250布置在相同的芯片、裸片、或板(如固态存储设备模块240的固态存储器)上。例如，固态存储设备240可以与多个传感器设备相关联，其中，每个所述传感器设备与固态存储设备240的固态存储器单元的单独块或子集相关联。
在某些实施例中，传感器设备250可以布置在相同的裸片(如固态存储设备240的固态存储器阵列)上，但还可以包括具有大于存储器阵列的存储器单元的栅极面积的栅极面积的一个或多个浮栅晶体管。在某些实施例中，固态存储设备240包括在逐块、逐超级块或逐阵列的基础上的传感器。在某些实施例中，(多个)传感器可以以与写入相应的块、超级块或阵列相同的时间写入，并且以与相应的块、超级块或阵列的擦除相同的时间擦除。在某些实施例中，一个传感器被包括用于整个板。
值得注意的是，虽然图1A描绘了存储设备中的通用控制器130，但是在一个或多个实施例中，控制器130的一些或全部描述的部件/功能可以被实现为存储设备级控制器(例如，SSD控制器)、存储器级控制器(例如，NAND控制器)或这两者的结合的部分。相同的变体还适用于图1B中的控制器230。
图2是框图，表示根据本文所披露的一个或多个实施例的传感器/传感器设备280。传感器设备可以包括一个或多个晶体管设备282(如浮栅晶体管设备)，所述晶体管设备在某些方面可以类似于应用在固态存储设备设备中的浮栅晶体管设备。因此，一个或多个晶体管282的行为和/或特性可以至少部分地表示某些固态存储器单元的行为和/或特性，并且因此，参考晶体管282的行为/特性可以提供能够表示与固态存储器单元的行为/特性类似的行为/特性的信息。
使用浮栅技术可以从将传感器设备280编程时到读取所述传感器设备时提供对时间和温度的组合的测量。传感器280可以提供对相邻的固态存储器单元(例如，NAND闪存)的数据保持完整性的测量。在某些实施例中，虽然对于重置来说读取不是先决条件，但是一旦读取，传感器就可以通过擦除和/或充电(多个)晶体管282来重新设置以便重新使用。
(多个)晶体管282可以被设计成具有相比于固态存储器单元的容量而言相对较大的电子存储容量，传感器设备280被用作所述固态存储器单元的参考。(多个)晶体管282的隧道氧化层随着温度的升高可能固有地易于漏泄。在从系统中移除电源之前(也就是说，当电源仍然可供施加于传感器280时)，可以通过对可能带电的(多个)晶体管282的(多个)浮栅进行充电来设置传感器280。当电源丢失时，(多个)浮栅可以通过低的室内温度下的电介质以相对慢的电子损失来保持电子。然而，当温度升高时，电子通过电介质漏泄的速率可能提高。当重新向传感器280施加电源时，可以读取(多个)晶体管282，其中，(多个)单元的读取电压可以与从传感器被设置开始传感器280所经历的运行时间和/或温度的组合成正比。可以使用这样的测量来确定在相同的封装体中或附接到相同的印刷电路板(如传感器280)的固态存储器单元的期望数据保持状态。一旦已经收集了(多个)数据保持数据点，则可以重新设置(多个)浮栅以便在随后的时间段(如断电循环期间)跟踪时间和温度事件。
参照图3可以更好的理解浮栅晶体管的电荷损失，所述图3提供了浮栅晶体管的实施例的剖视图。如上文所提及的，浮栅晶体管可以被用作维护固态存储设备系统中的数据的电荷存储设备。浮栅晶体管可以包括布置在“浮置”栅极与半导体基质之间的绝缘氧化层。在某些实施例中，可以通过迫使电子通过应用足够高的电压穿过氧化层到栅极来执行对晶体管单元的写入/编程。为了擦除单元，基质将可以升高到足够高的电压来迫使电子通过浮栅的氧化层返回到沟道基质。可以通过将阈值电压应用到栅极以及感应晶体管中的电流来读取单元。
来自晶体管单元的写入和擦除的重复电子遂穿机制可能引起各种物理退化效应，所述物理退化效应可能影响单元存储电荷的能力。例如，影响之一(电荷损失)可能引起单元的电荷从通过相关编程算法所设置的等级开始减少，导致可能的“位翻转”。各种因素都可能影响数据保持的电荷损失效果，例如，时间和温度。
由于电荷损失和其他影响，因此令人期望的是在固态驱动器应用中实施数据刷新/擦除以便在数据保持下降至不能正确地读出数据的程度之前刷新存储的数据(例如，在其他未使用的块中)。除了上述提及的存储时间外，额外的环境因素可以带来固态驱动器的数据保持特性。例如，温度可能会不利地影响数据保持特性，尤其是关于严重循环的块。在某些实施例中，当确定何时应当刷新数据块时，可能不会考虑在断电期间驱动器经受的温度。固态存储器(如NAND闪存)存储和保持数据的能力可以取决于在写入过程中以及在数据写入的时间到数据读取的时间之间存储器经受的温度。根据阿伦尼斯公式，由高温引起的数据保持加速度是指数函数，并且因此，其影响可以是显著的。
进一步参照图2，传感器280可以进一步包括编程/读取模块288，所述编程/读取模块可以被配置成用于通过对晶体管进行充电来编程/充电一个或多个晶体管282，并且进一步读取一个或多个晶体管的充电水平。晶体管282的编程和/或读取可以至少部分地由传感器280的输入/输出接口286指导，所述输入/输出接口可以被用来从用户或系统接收输入并且向用户或系统提供输出。传感器设备280可以包括用于接收通过I/O接口286接收的命令/信号并且执行本文所描述的动作的控制电路。例如，耦合到传感器设备280的主机(例如，控制器130或230，或非数据存储应用中的另一个处理器)可以提供指导传感器设备280将(多个)晶体管282编程至某种充电水平的信号，这样的信号在I/O接口286上通信。主机可以进一步请求晶体管282的读取，其中，编程/读取模块288读取(多个)晶体管282中的一个或多个晶体管的充电水平并且提供通过I/O接口286读取到主机上的充电水平。在某些实施例中，传感器设备280进一步包括时间参考模块284，所述时间参考模块可以是被配置成用于提供关于时间(如实时时钟或其他设备或部件)的信息的任何类型的设备或部件。时间参考284可以提供额外的信息，通过所述信息，主机或用户可以解释(多个)晶体管282的电压读取电平以便估计与传感器设备280相关联的固态存储器单元的电荷损失。
根据所述实现，传感器280可以是独立的分立元件、包含在固态存储器设备内的单个传感器，或可以包括固态存储器(例如，块、超级块等)的每个部分一个单独传感器。包括逐块传感器对应关系的实施例还可能有利地允许对块编程/擦除计数信息的解释。在这些实施例中，可以擦除和编程传感器晶体管连同与其相关联的存储器块，从而产生与被跟踪的存储器的块的擦除计数类似的传感器的擦除计数。
在某些实施例中，传感器设备280可以用于检测超出与其相关联的设备的规范的温度剧增。这些信息可以用于指示由于过度的温度暴露而导致的保修无效。在某些实施例中，可以利用实时时钟来确定这样特殊性的温度信息。尽管传感器280和相关设备以数据存储设备的上下文形式在本文所披露，但是可以在期望确定累积或其他温度信息的应用中利用传感器设备280。
由于电荷损失引起的读取错误
随着时间的推移，存储器退化等可以引起电压分布的状态变宽并且与电压读取电平重叠。图4展示了曲线图，示出了根据实施例的非易失性存储器阵列中的单元的概率分布。图4的展示对应于多级单元(MLC)编程方案，本文所使用的所述多级单元编程方案是指将固态存储器的单元编程以便存储表示两位或多于两位数据(每单元两位、每单元三位、每单元四位等)的充电水平的方案。此外或可替代地，本文所披露的实施例可以适用于实施单层单元(SLC)或其他编程方案的系统。
图4示出了四种编程状态：擦除状态(‘E’)以及三种编程状态(‘A’、‘B’、‘C’)，其中每种状态可以表示两位数据的一种可能值。在解码存储器单元中，一个或多个参考电压电平(本文所提及为“电压读取电平”)可以用来读取所述单元以便确定所述单元在哪种电荷状态。图4展示了三种电压读取电平，R1、R2和R3。
图4示出了与最新编程的分布(以实线展示)比较的转移电压分布(以虚线展示)。如所示出的，一些编程状态已经与相邻的读取(多个)阈值交叉(如在数据保持周期响应于电荷损失)，这可能对正确地解码所编程的数据产生负面影响。例如，当一个电压分布向另一个电压分布变宽时，存储器单元的电荷可以与相关读取阈值交叉，使得位从‘0’翻转到‘1’，或者反之亦然。图4中变宽的分布(A、B、C)示出了在电压状态分布上的保持相关电荷损失的可能影响。如所示出的，在某些实施例中，最高电压状态(C)在数据保持周期可能经历单元向左朝向更低电压状态的最大迁移。随着时间的推移，保持相关电荷损失可能更糟，尤其是关于已经经历大量的P/E循环和/或过高的温度的设备。
图5是曲线图，示出了根据一个或多个实施例的固态存储器设备中的可能电荷损失。图5的曲线图展示了在某些实施例中固态存储器单元的电荷损失可以在某种程度上由存储器单元暴露的温度影响。例如，如所示出的，相比暴露于例如45度低温下的可比较存储器单元，经受65度温度的存储器单元的单元电压下降(即，数据保持电荷损失)可能更大，并且相对于暴露在25度中，所述单元电压下降甚至更大。在图5中所表示的行为可以表示在具有类似浮栅大小和/或浮栅寿命特性的存储器单元中的相对电荷损失。
图6是曲线图，示出了根据一个或多个实施例的固态存储器设备中的可能电荷损失。图6的曲线图展示了在某些实施例中固态存储器单元的电荷损失可以在某种程度上由单元的浮栅大小影响。例如，如所示出的，相比于具有第二(例如，如所示出的更大的大小2或3)浮栅大小的可比较存储器单元，具有第一(例如，如所示出的更小的大小1)浮栅大小的存储器单元的单元电压下降(即，数据保持电荷损失)可能更大。图6中所表示的行为可以表示在具有类似暴露温度和/或浮栅寿命特性的存储器单元中的相对电荷损失。
图5和图6是反映可以在传感器的(多个)单元上执行的以便当使用传感器时使能够确定如暴露温度的数据的表征类型的简单示例。由于(1)造成电荷损失的上述因素以及(2)实际电荷损失的物理关系，传感器的单元的表征可以产生数学函数/曲线和/或查找表，根据所述数学函数/曲线和/或查找表，可以将测量的电荷损失转化成造成电荷损失的(多个)因素的近似值。例如，与已知数据保持持续时间相耦合的所测量的累积电荷损失可以产生累积的暴露温度的近似值，与已知累积暴露温度相耦合的所测量的累积电荷损失可以产生数据保持持续时间等。此外，在图5和图6中，当假设单元的寿命(按照经历的P/E循环)恒定时，考虑到变化的环境因素，可以重新表征(例如，根据达到某个P/E循环阈值)传感器以便重新校准其对电荷损失的当前灵敏度。在某些实施例中，与传感器相关联的固态存储器的数据保持表征相耦合的传感器表征使控制器能够确定在固态存储器中何时可能需要数据刷新。下文中结合图9进一步描述这种表征的过程及其使用。
如上文提及的，浮栅大小(例如，栅极面积)可以指示可以存储在浮栅中的电子的数量。然而，与固态存储器单元相关联的漏泄速率还可以由其他因素(如特殊的电介质设计)影响。
根据本文所披露的实施例的浮栅晶体管传感器的设计可以基于传感器的期望的保真度和/或范围。例如，当期望相对好的保真度时，可以使用相对小的栅极面积，反之，当期望相对宽的范围时，可以使用相对大的栅极面积。在某些实施例中，传感器包括具有不同栅极面积的多个晶体管，所述晶体管可以提供改进的信息/性能的深度和/或多样性。在某些实施例中，传感器可以包括具有类似的栅极面积的多个晶体管，并且可以基于来自所述晶体管的结果(例如，平均，估计最高和/或最低结果)的一些组合来确定数据保持。
传感器使用过程
图7是流程图，展示了根据一个或多个实施例的利用电传感器的过程700。在框702处，过程700涉及将传感器充电至某个充电水平。例如，传感器可以被布置为接近一个或多个固态存储器单元或者以其他方式与一个或多个固态存储器单元相关联，期望监控所述固态存储器单元的电荷损失影响。传感器可以包括浮栅晶体管，所述浮栅晶体管可以充满电子以便产生期望的充电水平。
在某些实施例中，传感器可以包括具有各种大小/栅极面积的浮栅晶体管阵列，使用所述浮栅晶体管阵列来产生沿数据存储设备的动态范围的不同点的期望的保真度。在某些实施例中，更大的浮栅可以提供在长数据保持周期和/或频谱的高温端处的保真度，相反，更小的浮栅可以提供在短数据保持周期和/或频谱的低温端处的保真度。通过读取浮栅的全部阵列，传感器可以提供比当使用单个浮栅时更高的精确度。在某些实施例中，当传感器包括多个晶体管时，每个浮栅可以相对较大，而隧道结的漏泄速率可以变化以便产生宽动态范围和高保真度。
在某些实施例中，在已经对传感器进行充电之后，过程700涉及使与被监控的一个或多个固态存储器单元相关联的数据存储设备断电。然而，应当理解的是，过程700可以涉及或不涉及如框704处示出的使数据存储设备断电。
在框706处，过程700涉及数据保持时间段流逝。例如，数据保持周期可以对应于数据存储设备断电的一段时间。然而，尽管本文在数据存储设备断电过程中以数据保持周期的上下文中披露了某些实施例，但是相关数据保持周期可以是期望评估一个或多个固态存储器单元的暴露温度和/或时间的任何时间段。
当数据存储设备已经断电时，在框706处展示的数据保持周期之后，框708可以表示数据存储设备的上电。然而，如上文描述的，过程700可以执行图7的图表展示的断电和/或上电步骤，或不执行。
在框710处，过程700涉及在数据保持周期之后读取所述传感器的经调节的充电水平。例如，在数据保持周期，固态存储器单元可能已经经历某种程度的电荷损失，所述电荷损失可能已经由一个或多个因素(如数据保持周期的时间量、在数据保持周期内的固态存储器的暴露温度、和/或其他因素)影响。
在框712处，过程700涉及基于在框710处读取的传感器的经调节的充电水平可选择地刷新与固态存储器单元相关联的数据。例如，在数据保持周期之后由传感器的充电水平调节所证明的电荷损失数量可以提供指示由固态存储器单元经历的数据保持电荷损失范围的信息。在一个实施例中，框712可以包括至少部分地基于所确定的经调节的充电水平来针对非易失性固态存储器单元确定数据刷新时间表，并且根据所述数据刷新时间表刷新所述存储器单元。
与在框710处读取的经调节的充电水平相关联的信息可以用于任何期望的目的。例如，这样的信息在确定何时和/或怎样针对固态存储器实施数据刷新维护操作时是有用的。在某些实施例中，如果超过特定阈值数量的电荷损失在数据保持周期内由传感器经历，那么这样的电荷损失的识别可以触发调度和/或执行数据刷新或其他维护操作(如垃圾收集、损耗均衡等)。
通过适当地基于(多个)传感器读取刷新数据，可以显著地提高系统数据完整性。在缺少数据保持完整性测量的情况下，刷新算法没有充分地优化，导致不利的系统性能。在某些实施例中，由于耐久性和数据保持可以被认为是基本上负相关的，通过实施过程700获得的数据保持的提高可以转化成指定的更高的系统耐久性。更高的系统耐久性在市场商品中可以是有利的，并且可以减少产品中需要的存储预留空间的数量。
图8是图表，表示了根据一个或多个实施例的示例性二分搜索读取机制，可以利用所述二分搜索读取机制来确定如在本文中所描述的晶体管传感器上呈现的充电水平。例如，传感器设备可以是浮栅晶体管设备，或者可以包括多个浮栅晶体管设备。如所示出的，如果传感器设备具有由在图中的‘X’参考位置所表示的充电水平，那么八级分辨率二分搜索读取可能导致确定单元的电压处于在电压点V1与电压点V2之间标记为L4的电压范围中。
用于从在本文中所描述的传感器的(多个)浮栅中读取电压的感测电路可以不同于用于对相关联的固态存储器阵列进行读取的感测电路。在某些实施例中，可以直接读取在传感器上的充电水平，而不是通过如在图8中所示出的离散电压读取电平处的多次读取。例如，可以使用一个或多个模数(A/D)转换器(例如，用于避免传感器单元的大量漏出的高阻抗A/D转换器)、比较器等来执行传感器读取。
如在图8中所表示的，在某些实施例中，采用与通常可能用于对存储在固态存储器单元中的数据进行解码的方式类似的方式，使用一系列电压阈值和用于找到交叉点的二分搜索来读取传感器充电水平，不同之处在于可能状态的数量可能会高于标准存储器单元读取。如之前所讨论的，更高数量的状态可能提供更高分辨率/灵敏度，以检测轻微电荷损失，之后可以使所述轻微电荷损失与如暴露温度等数据保持信息相关。在多单元传感器配置中，因为在传感器中所使用的晶体管单元的数量增大，所以可能能够降低每单元状态数，而同时保持类似检测能力。减小的每单元状态数减小了在二分搜索中可能需要的读取数，并且因此使得能够更快地解析单元电压和确定相关的数据保持数据。
可以在如在图8中示出为垂直虚线的各种电压读取电平处使用传感器单元的离散读取数来确定传感器的实际值处于哪一个电压范围。例如，可以在可能对应于电压V1的中心电压读取电平处执行第一读取。这种读取可以确定传感器单元的实际电压大于“读取1阈值”电平或者电压值V1。可以在大于V1的电压范围的区域中的第二读取阈值处执行第二读取。在特定示例中，在V3处的第二读取阈值可以确定传感器单元电压的值小于V3，并且因此，基于第一读取和第二读取，所述传感器单元电压的值在值V1与值V3之间。随后可以执行在第三读取阈值电平V2处的第三读取，所述第三读取可以揭露传感器单元电压小于值V2，并且因此，所述传感器单元电压在值V1与值V2之间的电压值的范围中。因此，在图8的示例中，对于确定具有在图中所展示的粒度程度的传感器单元的电压电平而言，仅传感器的三次读取可能是必要的。在某些实施例中，读取电平数越高，传感器读取的保真度越好。尽管在图8的实施例中展示了八个电压电平，但是应当理解的是，可以在本披露的范围内实施任何数量的电平。
图9是流程图，展示了根据一个或多个实施例的利用电传感器的过程。在框902处，过程900涉及维护传感器设备的温度表征数据。例如，表征数据可以向各种时间和/或温度环境和/或因素提供与传感器设备的电压响应相关的信息。表征数据可以包括一个或多个电压偏移曲线或数据(如在图5和图6中所示出的曲线和数据)等等。在某些实施例中，还可以结合传感器表征数据来维护和使用表征固态存储器阵列的表征数据，以估计固态存储器阵列的数据保持电荷损失状态。
在框904处，过程900涉及将传感器充电至某个充电水平。在框906处，过程900可以涉及在数据保持周期开始时读出传感器的充电水平，其中，由框908表示所述数据保持周期。然而，因为充电水平可能有效地已知是充分接近传感器的单元在框904处被充电至的初始电平，所以当与由框908所表示的数据保持周期的开始相关地执行在框904处对传感器进行充电时，可以不必执行在906处对传感器充电水平的读取。
在由框908表示的数据保持周期之后，过程900可以涉及在框910处读取传感器充电水平。因为在数据保持周期内，充电的传感器设备单元可能固有地遭受某种程度的电荷损失，所以在框910处对传感器充电水平的读取可能返回小于在框904处传感器被初始地充电至的充电水平。
基于通过在框910处对传感器进行读取来确定的传感器的充电水平的减少，过程900可以进一步涉及：在框912处，至少部分地基于传感器的读取的充电水平和/或温度表征和/或如由框902表示的所维护存储器来确定与传感器设备相关联的或者布置在距离传感器设备相对临近的位置处的固态存储器的热暴露。在框914处，过程900可以涉及基于所确定的热暴露来对固态存储器执行数据维护。
图10是流程图，展示了根据一个或多个实施例的利用电传感器的过程。在框1002处，过程1000涉及在第一时间点上将传感器设备充电至第一充电水平。在由框1004表示的时间段之后，过程1000可以涉及在框1008处在所述时间段之后的第二时间点上确定传感器的第二充电水平。在框1010处，过程1000涉及基于第二充电水平来对固态存储器单元执行数据维护，由于在由框1004表示的时间段内所经历的数据保持电荷损失，所以所述第二充电水平可能小于第一充电水平某个量。
附加实施例
本领域的技术人员将理解，在一些实施例中，可以实施其他类型的充电水平传感器设备而同时保持在本披露的范围内。此外，在本文中所讨论的过程中所采取的实际步骤可能不同于在附图中所描述或示出的步骤。根据实施例，可以移除以上所描述的步骤中的某些步骤，和/或可以添加其他步骤。
虽然已经描述了某些实施例，但是仅通过示例来呈现了这些实施例，并且这些实施例并不旨在限制保护范围。实际上，本文所描述的新颖方法和系统可以以各种其他形式体现。此外，可以对在本文中所描述的方法和系统的形式做出各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等效物旨在覆盖将落入保护范围和精神内的这种形式或修改。例如，可以将在附图中所展示的各种部件实施为处理器上的软件和/或固件、应用专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或者专用硬件。而且，可以采用不同的方式来组合以上所披露的特定实施例的特征和属性，以形成附加实施例，所有所述附加实施例落入本披露的范围内。尽管本披露提供了某些优选实施例和应用，但是对于本领域技术人员明显的其他实施例(包括并不提供在本文中所阐述的所有特征和优点的实施例)也在本披露的范围内。相应地，本披露的范围旨在仅通过参照所附权利要求书来限定。
可以在由一个或多个通用或专用计算机或处理器所执行的软件代码模块中将以上所描述的所有过程具体化，并且可经由所述软件代码模块来全部将所述所有过程自动化。可以将代码模块存储在任何类型的计算机可读介质或者其他计算机存储设备或者存储器设备集合上。可替代地，可以在专业计算机硬件中将所述方法中的一些或所有方法具体化。

Claims (27)

1.一种数据存储设备，包括：
固态非易失性存储器，所述固态非易失性存储器包括多个存储器单元；
传感器，所述传感器被配置成用于保持电荷；以及
控制器，所述控制器被配置成用于：
在第一时间点上将所述传感器充电至第一充电水平；
在从所述第一时间点开始的一个时间段之后，在第二时间点上确定所述传感器的第二充电水平；并且
至少部分地基于所述确定的第二充电水平来刷新存储在所述存储器单元中的数据。
2.如权力要求1所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于基于所述第一充电水平、所述第二充电水平以及对所述传感器的温度表征确定在所述时间段期间所述固态非易失性存储器的累积电荷损失。
3.如权利要求2所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于基于所述确定的累积电荷损失来刷新所述数据。
4.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述传感器被配置成用于提供温度信息以及与所述时间段相关联的时间信息中的一项或多项。
5.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述固态非易失性存储器包括多个存储器块，其中，所述数据存储设备进一步包括与所述块中的每一个块相关联的单独传感器。
6.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于维持所述传感器的编程/擦除(P/E)循环计数，所述P/E循环计数与所述固态非易失性存储器的同所述传感器相关联的存储器块的P/E循环计数相同。
7.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于响应于所述固态非易失性存储器被上电而确定所述传感器的所述第二充电水平。
8.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述传感器是与所述固态非易失性存储器分开的分立器件。
9.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于基于所述传感器的所述第二充电水平来调节至少一个电压读取电平以对所述存储器单元进行解码。
10.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述存储器单元包括具有第一栅极面积的浮栅晶体管，并且所述传感器包括具有大于所述第一栅极面积的第二栅极面积的浮栅晶体管。
11.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述传感器包括浮栅晶体管。
12.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述传感器包括多个浮栅晶体管。
13.如权利要求12所述的数据存储设备，其中，所述多个晶体管中的第一个晶体管的第一栅极面积小于所述多个晶体管中的第二个晶体管的第二栅极面积。
14.如权利要求13所述的数据存储设备，其中，所述多个晶体管中的第三个晶体管具有大于所述第一和第二栅极面积两者的第三栅极面积。
15.如权利要求13所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于：
基于所述传感器的所述确定的第二充电水平来确定所述固态非易失性存储器的累积暴露温度，
其中，
当所述时间段比预定阈值短时，所述第二充电水平基于与所述多个晶体管中的所述第一个晶体管相关联的充电水平；并且
当所述时间段比所述预定阈值长时，所述第二充电水平基于与所述多个晶体管中的所述第二个晶体管相关联的充电水平。
16.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述控制器被进一步配置成用于：
使用第一电压读取电平数量来对所述存储器单元进行解码；并且
使用第二电压读取电平数量来确定所述第二充电水平；
其中，所述第二电压读取电平数量大于所述第一电压读取电平数量。
17.如权利要求1所述的数据存储设备，进一步包括被配置成用于当所述控制器处于断电状态时进行操作的实时时钟，其中，所述控制器被进一步配置成用于部分地基于从所述实时时钟接收的信号来执行对所述数据的所述刷新。
18.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述传感器包括用于输出表示其充电水平的信号的电路，并且所述控制器被进一步配置成用于执行对所述传感器的信号的直接读取以确定所述第二充电水平。
19.一种电子传感器设备，包括：
一个或多个浮栅晶体管，所述一个或多个浮栅晶体管被配置成用于保持电荷；
输入/输出(I/O)接口，所述输入/输出接口用于与主机设备进行通信；
控制电路，所述控制电路被配置成用于：
从所述主机设备接收命令以在第一时间点上将所述一个或多个晶体管充电至第一充电水平；
在所述第一时间点之后，在第二时间点上确定所述一个或多个晶体管中的至少一个晶体管的第二充电水平；并且
通过所述接口向所述主机设备提供所述第二充电水平。
20.如权利要求19所述的电子传感器设备，其中，所述一个或多个晶体管包括多个晶体管，其中，所述多个晶体管中的第一个晶体管具有大于所述多个晶体管中的第二个晶体管的漏泄速率。
21.如权利要求19所述的电子传感器设备，进一步包括时间参考。
22.如权利要求19所述的电子传感器设备，其中，所述控制电路被配置成用于基于所述第一和第二充电水平来提供温度信息。
23.如权利要求19所述的电子传感器设备，其中，所述一个或多个晶体管的浮栅中的电荷漏泄是至少部分地温度相关的，其中，所述电荷漏泄在第一温度下大于其在第二温度下，所述第二温度低于所述第一温度。
24.一种在数据存储设备中执行数据刷新操作的方法，所述方法包括：
在第一时间点上将传感器设备充电至第一充电水平；
在从所述第一时间点开始的一个时间段之后，在第二时间上处确定所述传感器设备的第二充电水平；
至少部分地基于所述确定的第二充电水平来确定数据存储设备的非易失性固态存储器单元的数据刷新时间表；以及
根据所述数据刷新时间表来刷新所述存储器单元。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括在所述第一时间点之后并且在所述第二时间点之前将所述数据存储设备断电。
26.如权力要求24所述的方法，进一步包括基于所述第一充电水平、所述第二充电水平以及与所述传感器设备相关联的温度表征数据确定在所述时间段期间所述固态非易失性存储器单元的累积电荷损失。
27.如权力要求24所述的方法，其中，所述传感器设备包括浮栅晶体管，其中，所述第一充电水平是所述浮栅晶体管的浮栅上的充电水平。
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