CN106898380A - 一种Nand Flash的擦除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Nand Flash的擦除方法，该方法包括：对待擦除块进行擦除验证；如果所述待擦除块通过擦除验证，则直接结束对待擦除块的操作；否则对待擦除块进行擦除操作。利用该方法可以避免对待擦除块的无效擦除，进而降低Nand Flash的无效擦除损耗，同时增大对Nand Flash的有效擦除次数，达到延长Nand Flash使用寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及存储设备硬件技术领域，尤其涉及一种Nand Flash的擦除方法。
背景技术
Nand Flash是Flash内存的一种，属于非易失性存储设备(Non-volatileMemory Device)，其内部采用非线性宏单元模式，具有容量大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储。广泛应用于嵌入式产品中，如数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。在Nand Flash的发展中，早期Nand Flash颗粒的存储单元多为单层单元(Single Level Cell，SLC),即一个存储单元为1bit位，此时每个存储单元存在两种状态为0和1，随着Nand Flash的发展，Nand Flash颗粒的存储单元逐渐演变为多层单元(Multi-Level Cell，MLC)，即一个存储单元有2bit位，接着推出了三层单元(Triple-Level Cell，TLC)，即一个存储单元有3bit位，甚至四层单元(Quad-Level Cell，QLC)，即一个存储单元有4bit位。
存储单元比特位增大后的多层存储单元Nand Flash颗粒，其擦写寿命明显减小，一般来说其擦写寿命仅有几百次到几千次。图1为Nand Flash的传统擦除方法流程示意图，在对具有多比特位存储单元的Nand Flash颗粒进行擦除操作时，如果仍采用如图1所示的传统擦除方法，对没有进行编程操作的存储单元也进行擦除操作，就相当于进行了无效擦除，进而缩短Nand Flash颗粒的擦写寿命，加快Nand Flash的擦除损耗。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种Nand Flash的擦除方法，以降低NandFlash内存的无效擦除损耗。
本发明实施例提供了一种Nand Flash的擦除方法，包括：
对待擦除块进行擦除验证；
如果所述待擦除块通过擦除验证，则直接结束对待擦除块的操作；否则对待擦除块进行擦除操作。
进一步的，在所述对待擦除块进行擦除验证之前，还包括：
基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为待擦除块。
进一步的，所述对待擦除块进行擦除验证包括：
对所述待擦除块的存储单元进行校验，判断所述待擦除块中存储单元是否满足擦除条件。
进一步的，所述擦除条件指没有达到擦除状态的存储单元个数小于错误检查和纠正算法能够纠正的个数；其中，所述存储单元的擦除状态指存储单元中的比特位状态均为1。
进一步的，所述对待擦除块进行擦除操作，包括：
a、对待擦除块进行预编程；
b、对所述待擦除块施加擦除电压并持续设定时间；
c、验证所述待擦除块是否满足擦除条件，若否，则执行步骤d；若是，则执行步骤e；
d、以设定步进值抬升当前擦除电压，之后返回步骤c；
e、结束擦除操作。
本发明实施例提供的一种Nand Flash的擦除方法，与现有擦除方法相比，在进行擦除操作前增加了对待擦除块进行擦除验证的步骤，如果待擦除块满足擦除条件，则无需进一步擦除操作。该擦除方法能够避免待擦除块的无效擦除，进而增加Nand Flash的有效擦除次数，降低无效擦除损耗，延长Nand Flash的使用寿命。
附图说明
图1是Nand Flash的传统擦除方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图；
图3是本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图，该方法由Nand Flash执行，是对现有擦除方法的一种改进，如图2所示，该方法包括：
101、对待擦除块进行擦除验证。
在本实施例中，所述待擦除块具体可为Nand Flash的存储单元阵列中用于待进行擦除操作的一个存储单元块。所述擦除操作以存储单元块为单位进行。
在本实施例中，对现有擦除操作的改进主要体现在进行擦除操作之前，先对待擦除块进行擦除验证。进一步的，对待擦除块进行擦除验证包括：对所述待擦除块的存储单元进行校验，判断所述待擦除块中存储单元是否满足擦除条件。具体的，对待擦除块中存储单元页进行读操作，查验待擦除块的存储单元是否满足擦除条件。
进一步的，所述擦除条件指没有达到擦除状态的存储单元个数小于错误检查和纠正算法能够纠正的个数；其中，所述存储单元的擦除状态指存储单元中的比特位状态均为1。
在本实施例中，对Nand Flash内存的操作包括编程操作、擦除操作等，对于Nand Flash的这些操作，通常以判断存储单元比特位的当前状态是否改变来确定是否进行了擦除操作或编程操作。所述存储单元比特位当前状态的改变主要基于存储单元中浮动栅极的电荷多少来判断，即根据存储单元的阈值电压与校验电压的大小来判断，如果存储单元的阈值电压小于校验电压，则说明存储单元的比特位状态存在为0的情况，此时处于要擦除的状态；如果存储单元的阈值电压大于校验电压，则说明存储单元的比特位状态均为1，处于可编程的状态，也即达到了擦除状态。在Nand Flash中ECC的纠正个数一般较低，这样才能保证Nand Flash内存的安全性。
在本实施例中，所述错误检查和纠正算法(Error Correcting Code,ECC)，是一种能够实现“错误检查和纠正”的技术，ECC技术一般多应用在服务器及图形工作站上，使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。Nand Flash内存就是应用了这种技术的内存，可以在擦除操作或编程操作的校验阶段对存储单元进行ECC校验。
在本实施例中，不同类型的Nand Flash，存储单元具有的比特位个数不同，因此校验是否处于擦除状态时，要校验一个存储单元中的比特位状态是否都处于1的状态。示例性的，对于三层单元(Triple-Level Cell，TLC)来说，存储单元具有3比特位，当一个存储单元的3个比特位状态值均为1时可认为该存储单元达到擦除状态，可进行编程操作。
102、如果所述待擦除块通过擦除验证，则直接结束对待擦除块的操作；否则对待擦除块进行擦除操作。
在本实施例中，所述待擦除块通过擦除验证，具体可认为该待擦除块中存储单元满足了擦除条件，即比特位状态均为1的存储单元个数小于错误检和纠正算法能够纠正的个数。具体的，当待擦除块已经满足擦除条件时，无需再对待擦除块进行擦除操作，可以直接结束对所述待擦除块的操作。利用该方法可以有效避免对待擦除块的无效擦除操作。
在本实施例中，如果所述待擦除块没有通过擦除验证，则需要对待擦除块进一步的进行擦除操作。所述擦除操作可简单描述为通过向所述待擦除块施加擦除电压，由此使存储单元浮动栅极中存储电荷向P型硅半导体衬底的移动从而改变阈值电压，使待擦除块存储单元中的比特位状态发生改变，最终满足擦除条件完成擦除操作。
本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法，在对待擦除块进行擦除操作前，先进行擦除验证的操作，如果待擦除块通过擦除验证，则直接结束对待擦除块的操作；否则对待擦除块进行擦除操作。利用该方法可以避免对待擦除块的无效擦除，进而降低Nand Flash的无效擦除损耗，同时增大对NandFlash的有效擦除次数，达到延长Nand Flash使用寿命的目的。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图，本实施例二以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，在对待擦除块进行擦除验证之前，还包括：基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为待擦除块。
进一步的，将步骤对待擦除块进行擦除操作优化为具体步骤：a、对待擦除块进行预编程；b、对所述待擦除块施加擦除电压并持续设定时间；c、验证所述待擦除块是否满足擦除条件，若否，则执行d；若是，则执行e；d、以设定步进值抬升当前擦除电压，之后返回步骤c；e、结束擦除操作。
相应的，本实施例的方法包括如下步骤：
201、基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为待擦除块。
在本实施例中，整个Nand Flash的读、编程、擦除操作都是通过所述控制单元实现的，在Nand Flash的擦除操作中，进行擦除操作前需要选定待擦除块，所述待擦除块由控制单元通过字线选择单元和位线选择单元根据对其逻辑地址的寻址命令来实现待擦除块的选取。
一般地，Nand Flash内存的简易结构可优选为：存储单元阵列、字线选择单元、位线选择单元、电压泵、以及整个Nand Flash芯片的控制单元。在本实施例中，对于Nand Flash的擦除操作，Nand Flash中的控制单元首先通过字线选择单元和位线选择单元选取要擦除的存储块，作为待擦除块；然后当待擦除块要进行擦除操作时，再控制电压泵对待擦除块施加擦除电压电压并进行相应的加压控制，如持续施压或以设定值抬升电压等。
202、对待擦除块进行擦除验证。
在本实施例中，对选中的待擦除块的存储单元的比特位状态进行校验，查看是否满足擦除条件。示例性的，对于TLC类型的Nand Flash，需要对TLC NandFlash中待擦除块存储单元的3比特位的状态进行校验，查验该存储单元的3比特位状态是否都为1。一般地，在TLC中可将比特位状态“111”看作擦除状态。同时，满足擦除条件具体为达到擦除状态的存储单元个数小于ECC算法能够纠正的个数。
203、判断待擦除块是否通过擦除验证，若是，则执行步骤204；若否，执行步骤205。
在本实施例中，如果待擦除块的比特位状态均为1的存储单元个数小于ECC算法能够纠正的个数，则说明该待擦除块满足擦除条件，通过了擦除验证，此时，可执行步骤204；否则需要执行步骤205。
204、直接结束对待擦除块的操作。
在本实施例中，如果待擦除块满足擦除条件，就直接结束该待擦除块的操作，这样可以有效避免对Nand Flash空待擦除块的无效擦除。一般地，可将擦除操作后没有进行编程操作的存储单元块称做空块，对于空块，再一次进行编程操作时，无需重复擦除，可直接进行编程操作。
205、对待擦除块进行预编程。
在本实施例中，如果待擦除块不满足擦除条件，需要进行擦除操作，对待擦除块进行预编程是对待擦除块进行擦除操作的第一步。一般地，预编程的作用具体可指为擦除操作进行准备工作。示例性的，设置擦除时序以及给出擦除命令使待擦除块擦除信号ERASE_START处于1等擦除准备的操作。
206、对所述待擦除块施加擦除电压并持续设定时间。
在本实施例中，当前步骤是对待擦除块的擦除操作，可通过Nand Flash中的电压泵向所述待擦除块施加初始擦除电压，并在预设时间内由电压泵持续向待擦除块施压电压。所述施加擦除电压具体可指为Nand Flash中待擦除块的控制栅极施加低压，同时在P型硅半导体形成的P阱中施加正高压，从而使浮动栅极中的电荷向P型硅半导体衬底上移动。优选地，所述在待擦除块的控制栅极端施加的低压小于5V，所述P阱中施加的正高压不大于15V。
在本实施例中，为待擦除块施加的擦除电压需要持续一定的时间，该时间基于实际情况设定，一般优选在10μs～150μs的范围内进行选择。
207、验证所述待擦除块是否满足擦除条件，若否，则执行步骤208；若是，则执行步骤209。
在本实施例中，对待擦除块施加设定时间的擦除电压后，需要对待擦除块的存储单元再次进行校验，判断此时待擦除块中比特位状态均为1的存储单元个数小于错误检和纠正算法能够纠正的个数，如果满足擦除条件，可结束擦除操作，否则需要进一步执行步骤208。
208、以设定步进值抬升当前擦除电压，之后返回步骤206。
在本实施例中，可通过Nand Flash中的控制单元调控电压泵以设定步进值抬升施加给所述待擦除块的当前擦除电压。且所述步进值的变化范围一般在0.1V～2V，在擦除操作中所述步进值大小的设定可根据Nand Flash芯片的具体情况而定。抬升电压后，可返回步骤206对待擦除块继续进行持续加压擦除操作，需要注意的是，以设定步进值抬升后的电压可促进存储单元内浮动栅极中电荷的移动量。
209、结束擦除操作。
在本实施例中，当完成上述步骤后，如果所述待擦除块中存储单元中的当前状态均为擦除状态，满足了擦除验证的条件，则表明完成擦除操作，可结束擦除操作。
本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法，在对待擦除块进行擦除操作前，先进行擦除验证的操作，且在对待擦除块进行擦除验证前，需先基于字线和位线单元选中待擦除块；如果待擦除块通过擦除验证，则直接结束对待擦除块的操作；否则对待擦除块进行擦除操作。利用该方法可以避免对待擦除块的无效擦除，进而降低Nand Flash的无效擦除损耗，同时增大对Nand Flash的有效擦除次数，达到延长Nand Flash使用寿命的目的。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (5)
1.一种Nand Flash的擦除方法，其特征在于，包括：
对待擦除块进行擦除验证；
如果所述待擦除块通过擦除验证，则直接结束对待擦除块的操作；否则对待擦除块进行擦除操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对待擦除块进行擦除验证之前，还包括：
基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为待擦除块。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对待擦除块进行擦除验证包括：
对所述待擦除块的存储单元进行校验，判断所述待擦除块中存储单元是否满足擦除条件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述擦除条件指没有达到擦除状态的存储单元个数小于错误检查和纠正算法能够纠正的个数；其中，所述存储单元的擦除状态指存储单元中的比特位状态均为1。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对待擦除块进行擦除操作，包括：
a、对待擦除块进行预编程；
b、对所述待擦除块施加擦除电压并持续设定时间；
c、验证所述待擦除块是否满足擦除条件，若否，则执行步骤d；若是，则执行步骤e；
d、以设定步进值抬升当前擦除电压，之后返回步骤c；
e、结束擦除操作。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170627 |
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