CN110120234A - 固态存储设备及其最优读出阈值电压的搜索方法 - Google Patents

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CN110120234A CN201810120383.4A CN201810120383A CN110120234A CN 110120234 A CN110120234 A CN 110120234A CN 201810120383 A CN201810120383 A CN 201810120383A CN 110120234 A CN110120234 A CN 110120234A
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Abstract

本申请提供固态存储设备及其最优读出阈值电压的搜索方法，搜索方法包括：根据第一搜索范围中心值、增量的第一值以及候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第一读命令；依据第一读命令的读出结果获得第一优选读出阈值电压；用第一优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第二搜索范围中心值；递减增量和/或候选读出阈值电压的数量；依据第二搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量生成多个第二读命令，并根据第二读命令的读出结果获取第二优选读出阈值电压；将第二优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。

Description

固态存储设备及其最优读出阈值电压的搜索方法
技术领域
本申请涉及存储技术领域，具体地，涉及对从NVM芯片中读出数据使用的读出阈值电压的最优值的搜索。
背景技术
闪存通过在存储单元中保持电荷量来存储信息。存储单元中的电荷量决定了存储单元的读出电压。在读取闪存数据时，比较存储单元的读出电压与阈值电压来识别存储单元所存储的信息。相变存储器、阻变存储器、磁旋存储器、DRAM各自利用基于不同原理的存储单元来存储信息。
存储介质一般不是完全可靠的。由于存储单元的电荷量受存储单元的质量、寿命、时间等多种因素的影响，以及从多个存储单元到敏感放大器的信号传输路径的非均一性，导致从存储单元读取的数据同写入的数据存在偏差，无法正确体现原始向存储单元写入的信息。
现有技术中采用一些手段来预防或应对因存储单元的电荷量等因素的变化而导致读取的数据无法正确体现写入的数据的问题，例如，在美国专利US9070454B1中，根据存储单元的擦写次数、保持时间等因素计算阈值电压(从存储单元中读取数据或向存储单元中写入数据时使用的阈值电压或判决电压)，并使用计算出的阈值电压向存储单元写入数据。阈值电压可包括用于读操作的读阈值与用于写操作的写阈值。
在闪存芯片中，通过为读操作指示不同的参数，来选择读操作时所使用的阈值电压。通过具有不同阈值电压的读操作，从存储单元读出的数据会有不同的结果。有些结果具有较低的比特错误率(Bit Error Ratio，错误比特与传输的总比特数的百分比)，而有些结果具有较高的比特错误率。结合使用ECC(Error Correction Code，错误校正码)技术，具有较低的比特错误率的读取结果被ECC技术纠正的几率较高，从而通过尝试不同参数，来应对读操作中遇到的错误。参数可以合并在读操作中提供给闪存芯片，或者在闪存芯片中设置用于读操作的参数，而在闪存芯片处理读操作时，使用所设置的参数。
ECC技术的纠错能力是有限的，例如，最多能在1K字节数据(被称为ECC数据帧)中纠正40比特错误。当存储的数据的错误比特数量超出了ECC部件的纠错能力，需要尝试具有其他参数的读操作，以期待得到具有较少错误比特数的读出数据，以符合ECC部件的纠错能力要求。
存储介质上通常按页来存储和读取数据，而按块来擦除数据。通常，块包含多个页，存储介质上的页(称为物理页)具有固定的尺寸，例如17664字节，当然，物理页也可以具有其他的尺寸。在读出或写入数据时，一般为每个页的所有存储单元设置相同的阈值电压。
图1展示了固态存储设备的框图。固态存储设备102同主机相耦合，用于为主机提供存储能力。主机同固态存储设备102之间可通过多种方式相耦合，耦合方式包括但不限于通过例如SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)、SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)、SAS(Serial AttachedSCSI，串行连接SCSI)、IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱动器电子)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、PCIE(Peripheral Component InterconnectExpress,PCIe，高速外围组件互联)、NVMe(NVM Express，高速非易失存储)、以太网、光纤通道、无线通信网络等连接主机与固态存储设备102。主机可以是能够通过上述方式同存储设备相通信的信息处理设备，例如，个人计算机、平板电脑、服务器、便携式计算机、网络交换机、路由器、蜂窝电话、个人数字助理等。存储设备102包括接口103、控制部件104、一个或多个NVM芯片(非易失性存储器芯片)105以及DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机访问存储器)110。
NAND闪存、相变存储器、FeRAM(Ferroelectric RAM，铁电存储器)、MRAM(MagneticRandom Access Memory，磁阻存储器)、RRAM(Resistive Random Access Memory，阻变存储器)等是常见的NVM。
接口103可适配于通过例如SATA、IDE、USB、PCIE、NVMe、SAS、以太网、光纤通道等方式与主机交换数据。
控制部件104用于控制在接口103、NVM芯片105以及DRAM 110之间的数据传输，还用于存储管理、主机逻辑地址到闪存物理地址映射、擦除均衡、坏块管理等。控制部件104可通过软件、硬件、固件或其组合的多种方式实现，例如，控制部件104可以是FPGA(Field-programmable gate array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，应用专用集成电路)或者其组合的形式。控制部件104也可以包括处理器或者控制器，在处理器或控制器中执行软件来操纵控制部件104的硬件来处理IO(Input/Output)命令。控制部件104还可以耦合到DRAM 110，并可访问DRAM 110的数据。在DRAM可存储FTL表和/或缓存的IO命令的数据。
控制部件104包括闪存接口控制器(或称为介质接口控制器、闪存通道控制器)，闪存接口控制器耦合到NVM芯片105，并以遵循NVM芯片105的接口协议的方式向NVM芯片105发出命令，以操作NVM芯片105，并接收从NVM芯片105输出的命令执行结果。已知的NVM芯片接口协议包括“Toggle”、“ONFI”等。
图2展示了现有技术的NAND闪存的结构。闪存块包括多条字线与位线。字线耦合了多个用于存储信息的晶体管，每个晶体管提供一个存储单元(Cn，Cn-1，…，C1，C0)，每个存储单元能存储1比特或多比特数据。每条字线中的多个存储单元提供一个或多个物理页，构成一个物理页的比特存储在耦合到同一条字线的晶体管中。
图3为存储单元的读出电压分布曲线图。存储单元被编程后，依据被编程的值，在存储单元中存储了电荷。读存储单元时，从存储了不同电荷的存储单元会得到不同的读出电压。参看图3，钟形线L(0)是存储了“1”值的存储单元的读出电压分布，钟形线L(1)是存储了“0”值的存储单元的读出电压分布。当使用读出阈值电压Vt1时，在读出阈值电压Vt1左侧的具有“1”值的存储单元被正确读取，同时在读出阈值电压Vt1右侧的具有“0”值的存储单元也被正确读取。
图4是又一例子中的存储单元的读出电压分布曲线图。由于时间、编程/擦除次数、温度等原因，存储单元的读出电压分布发生了变化。钟形线L(0)是存储了“1”值的存储单元的读出电压分布，钟形线L(1)是存储了“0”值的存储单元的读出电压分布。当使用读出阈值电压Vt1时，在读出阈值电压Vt1左侧的具有“0”值的存储单元被错误读取为“1”值，而在读出阈值电压Vt1右侧的具有“0”值的存储单元被正确读取。而若使用读出阈值电压Vt2，在读出阈值电压Vt2左侧的具有“1”值的存储单元被正确读取，同时在读出阈值电压Vt2右侧的具有“0”值的存储单元也被正确读取。因而，在重读过程中，若通过读命令参数指示采用读出阈值电压Vt2，则有较高几率读出正确数据，或者读出具有较低错误率的能被ECC部件成功进行错误校正的数据。
可以理解地，可将图4中，钟型线L(0)对应的读出电压分布的状态定义为存储了数值“0”，而将钟型线L(1)对应的读出电压分布的状态定义为存储了数值“1”，如图5所示。
现在技术中，通过设置指示不同读出阈值电压的读命令参数来产生多种重读命令，比较不同重读命令读出的数据的错误比特数，来寻找最优的读出阈值电压。申请号201510765427.5的中国专利申请描述了一种最优读出阈值电压搜索方法。使用可编程的元参数搜索最优读出阈值电压，元参数包括Δ(相邻被搜索的读阈值之间的增量)、搜索的数量与作为搜索范围中心的缺省读出阈值电压R。元参数通过3个参数定义了搜索最优读出阈值电压过程中的多个候选读出阈值电压，生成使用了候选读出阈值电压的重读命令，并从候选读出阈值电压中选出最优读出阈值电压。
发明内容
最优读出阈值电压的搜索过程需要进一步优化。读出数据存在噪声，使得现有技术的最优阈值电压搜索方法未必总是有效的，一些情况下，搜索到的结果是局部最优读出阈值电压而非全局最优读出阈值电压。
同时，也需要提高选择最优读出阈值电压的效率，减少从NVM芯片重复读数据的次数，降低搜索最优读出阈值电压的时间，提高搜索到的最优读出阈值电压的可靠性，以提升存储设备读数据的带宽与数据可靠性。
本申请的目的在于提供固态存储设备及其最优读出阈值电压的搜索方法，提高搜索效率和搜索质量。
为达到上述目的，根据本申请的第一方面，提供了根据本申请第一方面的第一最优读出阈值电压的搜索方法，包括如下步骤：获取第一搜索范围中心值；将相邻读出阈值电压之间的增量设置为第一值；将单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量设置为第二值；根据所述第一搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第一读命令；依据所述第一读命令的读出结果获得第一优选读出阈值电压；用所述第一优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第二搜索范围中心值；递减所述增量和/或所述候选读出阈值电压的数量；依据所述第二搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量生成多个第二读命令，并根据所述第二读命令的读出结果获取第二优选读出阈值电压；将所述第二优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
根据本申请的第一方面的第一最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第一方面的第二最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括重复如下步骤：判断递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量是否达到阈值；若递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量小于阈值，则将更新后的搜索范围中心值作为最优读出阈值电压。
根据本申请的第一方面的第一或第二最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第一方面的第三最优读出阈值电压的搜索方法，其中，若递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量不小于阈值，则依据更新后的搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量生成多个第三读命令，并根据所述第三读命令的读出结果获取第三优选读出阈值电压；用所述第三优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，并再次递减增量和/或候选读出阈值电压的数量。
根据本申请的第二方面，提供了根据本申请第二方面的第一最优读出阈值电压的搜索方法，包括如下步骤：获取第一搜索范围中心值；依据所述第一搜索范围中心值的缺省读出阈值电压读出数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的第一调整方向，所述第一调整方向是使得读出数据中具有第三值的比特数量与具有第四值的比特数量的趋向相同或接近的方向；将相邻读出阈值电压之间的增量设置为第一值；将单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量设置为第二值；根据所述第一搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第一读命令；依据所述第一读命令的读出结果获得第一优选读出阈值电压；依据所述第一优选读出阈值电压读出的数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的第二调整方向；若所述第一调整方向与所述第二调整方向不同，则将所述第一优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第一最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第二最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：若所述第一调整方向与所述第二调整方向相同，则重复如下步骤，直至所述第一调整方向与所述第二调整方向不同：用最新的优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第二搜索范围中心值，根据所述第二搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第二读命令，并根据所述第二读命令的读出结果获取第二优选读出阈值电压；依据所述第二优选读出阈值电压读出的数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的新的第二调整方向。
根据本申请的第二方面的第二最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第三最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：用调整方向改变前的第二优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第三搜索范围中心值；依据所述第三搜索范围中心值、增量的第一值以及候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第三读命令，并根据所述第三读命令的读出结果获取第三优选读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第二最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第四最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：用调整方向改变后的第二优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第三搜索范围中心值；依据所述第三搜索范围中心值、增量的第一值以及候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第三读命令，并根据所述第三读命令的读出结果获取第三优选读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第二最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第五最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：用调整方向改变后或调整方向改变前的第二优选读出阈值电压作为第三优选读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第一至第五中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第六最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：用所述第三优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第四搜索范围中心值；递减所述增量和/或所述候选读出阈值电压的数量；依据所述第四搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量生成多个第四读命令，并根据所述第四读命令的读出结果获取第四优选读出阈值电压；将第四优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第六最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第七最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：用所述第三优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第五搜索范围中心值；根据所述第五搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第五读命令；依据所述第五读命令的读出结果获得第五优选读出阈值电压；用所述第五优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为所述第四搜索范围中心值。
根据本申请的第二方面的第六或第七最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第八最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括重复如下步骤：判断递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量是否达到阈值；若递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量小于阈值，则将更新后的搜索范围中心值作为最优读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第八最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第九最优读出阈值电压的搜索方法，其中，还包括：若递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量不小于阈值，则依据更新后的搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量获取第六优选读出阈值电压，从而更新搜索范围中心值，并再次递减增量和/或候选读出阈值电压的数量。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第九中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十最优读出阈值电压的搜索方法，其中，用缺省读出阈值电压作为所述第一搜索范围中心值。
根据本申请的第二方面的第十最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十一最优读出阈值电压的搜索方法，其中，依据缺省读出阈值电压读出的数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的第一调整方向。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第九中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十二最优读出阈值电压的搜索方法，其中，将具有最优结果的重读命令所对应的读出阈值电压作为所述第一搜索范围中心值。
根据本申请的第二方面的第十二最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十三最优读出阈值电压的搜索方法，其中，所述最优结果为含有最少错误比特的读出数据，或者同正确的结果最接近的读出数据，或者读出数据中具有第三值的比特数量与具有第四值的比特数量最接近的读出数据。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十四最优读出阈值电压的搜索方法，其中，读命令对应候选读出阈值电压，候选读出阈值电压依据搜索范围中心值、增量以及候选读出阈值电压的数量获得。
根据本申请的第二方面的第十四最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十五最优读出阈值电压的搜索方法，其中，根据S+Δ*n*k获得一系列候选读出阈值电压，其中n＝N-C/2；其中，S表示搜索范围中心值，Δ表示相邻读出阈值电压之间的增量，C表示单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量；N取从0到C的整数，k为指定系数。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十五中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十六最优读出阈值电压的搜索方法，其中，所述增量的第一值为所述增量的最大值。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十六中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十七最优读出阈值电压的搜索方法，其中，所述候选读出阈值电压的第二值为单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量的最大值。
根据本申请的第二方面的第十七最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十八最优读出阈值电压的搜索方法，其中，读命令的数量与用于生成所述读命令的候选读出阈值电压的数量相同。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十八中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第十九最优读出阈值电压的搜索方法，其中，所述增量的最大值为所述增量的阈值的指定倍数，所述增量的阈值取决于非易失性存储器提供的读命令参数所指定的读出阈值电压的最小变化量。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十九中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第二十最优读出阈值电压的搜索方法，其中，比较每个读命令的读出数据的错误比特数，将错误比特数最低的读命令对应的读出阈值电压作为优选读出阈值电压。
根据本申请的第二方面的第二十最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第二十一最优读出阈值电压的搜索方法，其中，对读命令的读出数据进行错误校正译码，得到读出数据的错误比特数。
根据本申请的第二方面的第二十最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第二十二最优读出阈值电压的搜索方法，其中，将读命令的读出数据同已知的参考数据比较，根据读出数据相对于参考数据的比特翻转情况得到读出数据的错误比特数。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十九中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第二十三最优读出阈值电压的搜索方法，其中，依据读命令的读出数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量，识别出最佳的读出数据，得到该读出数据对应的读出阈值电压，作为优选读出阈值电压。
根据本申请的第一方面的第一至第三中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法或第二方面的第一至第十九中任一项所述的最优读出阈值电压的搜索方法，提供了根据本申请第二方面的第二十四最优读出阈值电压的搜索方法，其中，依据两次读出数据中，具有第三值的比特数量与具有第四值的比特数量的比例的变化，将带来使比例趋向于第四值的变化的读出阈值电压，作为两次读出数据中的优选读出阈值电压。
根据本申请的第三方面，提供了根据本申请第三方面的第一控制部件，用于执行上述的最优读出阈值电压的搜索方法。
根据本申请的第四方面，提供了根据本申请第四方面的第一存储设备，包括非易失性存储器芯片与上述的控制部件。
根据本申请的第五方面，提供了根据本申请第五方面的第一非易失性存储器芯片，所述非易失性存储器芯片用于执行上述的最优读出阈值电压的搜索方法。
根据本申请的第六方面，提供了根据本申请第六方面的第一固态存储设备，包括控制部件与非易失性存储器芯片；所述控制部件用于将相邻读出阈值电压之间的增量设置为第一值；将单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量设置为第二值；将搜索范围中心值设置为第三值；指示所述非易失存储器芯片搜索优选读出阈值电压；所述非易失性存储器芯片用于根据所述控制部件设置的第一值、第二值与第三值获得第一优选读出阈值电压；所述控制部件还根据第一优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，递减所述第一值和/或递减所述第二值。
根据本申请的第六方面的第一固态存储设备，提供了根据本申请第六方面的第二固态存储设备，其中，所述控制部件还依据递减后的增量的第一值和/或候选读出阈值电压的数量的第二值小于阈值而将第一优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
根据本申请的第六方面的第二固态存储设备，提供了根据本申请第六方面的第三固态存储设备，其中，所述控制部件还依据递减后的增量的第一值和/或候选读出阈值电压的数量的第二值不小于阈值而指示所述非易失存储器芯片依据更新后的第一优选读出阈值电压、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量搜索优选读出阈值电压。
本申请通过将增量或差值和/或搜索的数量设置为最大值，使得获取的最优读出阈值电压为全局最优读出阈值电压，提高了搜索最优读出阈值电压的可靠性，降低了搜索最优读出阈值电压的时间；并通过递减增量或差值和/或搜索的数量，提高了搜索最优读出阈值电压的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为固态存储设备的框图；
图2为现有技术的NAND闪存的结构；
图3为存储单元的读出电压分布曲线图；
图4为又一例子中的存储单元的读出电压分布曲线图；
图5为再一例子中的存储单元的读出电压分布曲线图；
图6为根据本申请实施例的最优读出阈值电压的搜索方法的流程图；以及
图7为根据本申请又一实施例的最优读出阈值电压的搜索方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图6展示了根据本申请实施例的最优读出阈值电压的搜索方法的流程图。通过优化的搜索过程，来准确且高效地获取最优读阈值电压。
为实施搜索过程，通过元参数生成候选的读出电压阈值。元参数包括Δ(相邻被搜索的读出阈值电压之间的增量)、C(搜索的数量，即单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量)与S(读出阈值电压的搜索范围中心值)。
如图6所示，首先获取搜索范围中心值(S)(610)，设置Δ和C(620、630)。
在一个例子中，用缺省读出阈值电压R作为步骤610的搜索范围中心值(S)。
在又一个例子中，选取多种或所有不同的重读命令中具有最优读出数据结果的重读命令所对应的读出阈值电压作为步骤610的搜索范围中心值(S)。读出数据的最优结果是例如含有最少错误比特的读出数据，或者同正确的结果最接近的读出数据，或者是读出数据中具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量最接近的读出数据。
在另一个例子中，用现有技术中已知的其他方法获得优选读出阈值电压，作为步骤610中的搜索范围中心值(S)。
作为一个例子，在步骤620中，将增量或差值Δ设置为最大值。参数Δ的最小值依赖于NVM芯片提供的读命令参数所能指定的读出阈值电压的最小变化量。参数Δ的最大值是参数Δ的最小值的指定倍数，例如5倍或10倍。
作为一个例子，在步骤630中，将搜索的数量C设置为最大值(例如，5-10次)，使得搜索过程中的候选读出阈值电压范围能充分覆盖被编程的存储单元的相邻的状态。例如，参看图4，使候选读出阈值电压范围能覆盖钟形线L(0)与钟形线L(1)的波峰之间的范围，以使得候选读出阈值电压范围覆盖了最优读出阈值电压。
返回参看图6，在步骤640中，根据增量或差值Δ、搜索的数量(C)与搜索范围中心值的读出电压阈值(S)生成搜索中使用的多个候选读出阈值电压，并生成采用候选读出阈值电压的读命令。候选读出阈值电压与读命令的数量相同。
例如，搜索范围中心值(S)的读出电压阈值为100mV(毫伏)，增量或差值Δ的最大值为5，搜索的数量(C)的最大值为8，则生成的候选读出阈值电压包括由S+Δ*n*k表达的一系列值，其中n＝N-C/2(N取从0到C的整数，即0，1，2，3，4，5，6，7，8)，而k为指定的系数(作为举例，k＝1)，用于将Δ*n的单位转换到同S的单位相同。通过上式，得到的候选读出阈值电压包括80、85、90、95、100、105、110、115与120(mV)，并生成采用候选读出阈值电压的每个的读命令。
通过将Δ和/或搜索的数量(C)设置为最大值，使得读出阈值电压的搜索范围覆盖存储单元的状态分布，从而覆盖读出阈值电压的全局最优值，并减轻读出数据中的电噪声对搜索结果的影响。
在步骤650，依据步骤640产生的每个读命令从NVM芯片读出数据的结果，从候选读出阈值电压中得到优选读出阈值电压(P)。例如，比较每个读命令的读出数据的错误比特数，将错误比特数最低的读命令对应的读出阈值电压作为优选读出阈值电压。可选地，对读出数据进行错误校正译码，得到读出数据的错误比特数。依然可选地，将读出数据同已知的参考数据比较，根据读出数据相对于参考数据的比特翻转情况得到读出数据的错误比特数。
作为又一个例子，依据读出数据中具有“0”值的比特与具有“1”值的比特的数量，识别优选读出阈值电压。
在NVM芯片的存储单元中被写入了经随机化的数据。以读出阈值电压Vt1(参看图4)读出数据。读出数据中，若具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的比例明显低于1，从而可确定存储单元中的读出电压分布发生了如图4所示的偏移(存储单元的读出电压分布整体向左移动)。或者，依据读出数据中具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的比例远离1的程度，作为对读出数据的评价。读出数据中具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量越接近，意味着读出数据的质量越高(错误比特数更低，或错误比特数更低的几率较大)；反之，读出数据中具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量差距越大，意味着读出数据的质量越低。
从而依据读出数据中具有“0”值的比特与具有“1”值的比特的数量，识别出质量最佳的读出数据，得到该读出数据的读出阈值电压，作为优选读出阈值电压。
可选地，依据两次读出数据中，具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的比例的变化，将带来使比例趋向与“1”的变化的读出阈值电压，作为两次读出数据中的优选读出阈值电压。
返回参看图6，在步骤660，用步骤650得到的优选读出阈值电压(P)更新搜索范围中心值(S)。
本实施例中，还将增量或差值Δ和/或搜索的数量C递减(670和/或680)，以进行更精确的优选读出阈值电压的搜索。并判断递减后的增量或差值Δ和/或递减后的搜索的数量C是否达到阈值(690)。若未达到(不小于)阈值，则重复步骤640-680，直至递减后的增量或差值Δ和/或递减后的搜索的数量C达到阈值。在步骤640中，根据递减后的增量或差值Δ、递减后的搜索的数量C与更新后的搜索范围中心值的读出电压阈值(S)生成新的搜索使用的多个候选读出阈值电压，并生成采用候选读出阈值电压的读命令。并依据读命令的读出结果获取新的优选读出阈值电压。
递减后的增量或差值Δ和/或递减后的搜索的数量C达到阈值后(690)，将最新的优选读出阈值电压(P)(即最新的搜索范围中心值S)作为最优读出阈值电压(6110)。
实施例二
图7展示了根据本申请又一实施例的最优读出阈值电压的搜索方法的流程图。
为实施搜索过程，通过元参数生成候选的读出电压阈值。元参数包括Δ(相邻被搜索的读出阈值电压之间的增量)、C(搜索的数量，即单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量)与S(读出阈值电压的搜索范围中心值)。
如图7所示，首先获取搜索范围中心值(S)与第一调整方向(710)。
作为举例，用缺省读出阈值电压R作为步骤710的搜索范围中心值(S)。
以及依据缺省读出阈值电压R读出的数据中具有“0”值的比特与具有“1”值的比特的数量确定读出阈值电压的第一调整方向。例如，参看图4，根据具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的比例明显低于1，从而可确定存储单元中的读出电压分布发生了如图4所示的偏移(存储单元的读出电压分布整体向左移动)。而读出阈值电压的调整方向是使得读出数据中具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的趋向相同或接近的方向。例如，图4中，读出阈值电压的调整方向是向左(第一调整方向)。所属领域技术人员将理解的，读出阈值电压的调整方向与读出数据中具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的关系，以及存储单元的读出电压所代表的比特值(“0”或“1”)相关。
返回参看图7，将增量或差值Δ设置为最大值(例如，5)(720)，将搜索的数量(C)设置为最大值(例如，9次)(730)。
根据增量或差值Δ、搜索的数量(C)与搜索范围中心值的读出电压阈值(S)生成候选读出阈值电压，并生成采用候选读出阈值电压的读命令。例如，搜索范围中心值(S)的读出电压阈值为100mV(毫伏)，增量或差值Δ的最大值为5，搜索的数量(C)的最大值为8，则生成的候选读出阈值电压包括由S+Δ*n*k表达的一系列值，其中n＝N-C/2(N取从0到C的整数，即0，1，2，3，4，5，6，7，8)，而k为指定的系数(作为举例，k＝1)，用于将Δ*n的单位转换到同S的单位相同。通过上式，得到的候选读出阈值电压包括80、85、90、95、100、105、110、115与120(mV)，并生成采用候选读出阈值电压的每个的读命令。
在步骤750，依据步骤740产生的每个读命令从NVM芯片读出数据的结果，从候选读出阈值电压中得到优选读出阈值电压(P)。还依据优选读出阈值电压(P)读出的数据中具有“0”值的比特与具有“1”值的比特的数量确定读出阈值电压的第二调整方向(760)。
比较第一调整方向与第二调整方向是否相同(770)。若第一调整方向与第二调整方向相同，即调整方向未发生改变，将搜索范围中心的读出电压阈值(S)更新为步骤750得到的优选读出阈值电压(P)(7130)，并返回步骤740。
若第一调整方向与第二调整方向不同，即调整方向发生了改变，意味着对读出阈值电压的搜索范围已越过或覆盖了最优读出阈值电压。
作为一个例子，在步骤770，若调整方向发生了改变，则进入步骤780。在步骤780，将搜索范围中心值的读出电压阈值(S)更新为步骤750得到的优选读出阈值电压(P)。根据增量或差值Δ、搜索的数量(C)与更新后的搜索范围中心值的读出电压阈值(S)生成候选读出阈值电压，并生成采用候选读出阈值电压的每个的读命令(790)。依据每个读命令从NVM芯片读出数据的结果，从候选读出阈值电压中得到优选读出阈值电压(P)(7110)。以及将搜索范围中心值的读出电压阈值(S)更新为步骤7110得到的优选读出阈值电压(P)(7120)。
作为另一个例子，在步骤770，若调整方向发生了改变，则进入步骤790。在步骤790中，用调整方向改变前的优选读出阈值电压(例如，步骤7130或步骤710中的读出阈值电压)作为搜索范围中心值(S)，依据搜索范围中心值(S)、增量或差值Δ以及搜索的数量C生成新的搜索使用的多个候选读出阈值电压，并生成采用候选读出阈值电压的读命令。根据步骤790获得的每个读命令从NVM芯片读出数据的结果，从候选读出阈值电压中得到优选读出阈值电压(P)(7110)。用步骤7110得到的优选读出阈值电压(P)更新搜索范围中心值(S)(7120)。
在一个例子中，步骤7110得到的优选读出阈值电压，作为根据实施例二得到的最优读出阈值电压。
作为又一个例子，在步骤770，若调整方向发生了改变，则进入步骤7120。在步骤7120中，将搜索范围中心值的读出电压阈值(S)更新为步骤750得到的优选读出阈值电压(P)。
可选地，步骤750得到的优选读出阈值电压，作为根据实施例二得到的最优读出阈值电压。
作为再又一个例子，在步骤770，若调整方向发生了改变，则进入步骤7120。在步骤7120中，将搜索范围中心值的读出电压阈值(S)更新为调整方向改变前的优选读出阈值电压(例如，步骤7130或步骤710中的读出阈值电压)。
可选地，步骤7130或步骤710得到的优选读出阈值电压，作为根据实施例二得到的最优读出阈值电压。
接下来，作为一个例子，用步骤7120获得的优选读出阈值电压(P)作为图6步骤610所展示的搜索范围中心值(S)，并转向图6所示的步骤620-6110。请参考图6及实施例一的说明。
作为另一个例子，用步骤7120获得的优选读出阈值电压(P)作为图6步骤660所展示的搜索范围中心值(S)，并转向图6所示的步骤670-6110。请参考图6及实施例一的说明。
实施例三
本申请还提供了根据上述方法的固态存储设备，固态存储设备包括控制部件和NVM芯片。
可选地，由例如固态存储设备的控制部件(也参看图1，控制部件104)实施本申请实施例所述的方法。
依然可选地，通过读出数据中，具有“0”值的比特数量与具有“1”值的比特数量的比例来识别优选读出阈值电压(P)，无须已知待读出数据的真实值，从而可由NVM芯片来实施根据本申请实施例所述的方法。
依然可选地，由控制部件与NVM芯片协作来实施根据本申请实施例的方法，例如，NVM芯片实施根据元参数搜索优选读出阈值电压(P)的过程(图6，步骤640与步骤650，图7的步骤740与步骤750，或者图7的步骤790与步骤7110)，而控制部件实施对元参数的设置、更新过程和/或其他过程(图6，步骤610-630与步骤660-680，步骤6110，图7的步骤710-730、步骤760、或者图7的步骤780与步骤7120)。
本申请实施例的阈值设置方法可应用于基于NVM芯片的固态存储设备，包括但不限于固态硬盘、U盘、SD卡，还可以应用于手机、平板电脑等便携式电子设备，以及其他多种使用NVM芯片(诸如NAND闪存、相变存储器、FeRAM、MRAM等是常见的NVM。)的需要存储信息的电子设备。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取第一搜索范围中心值；
将相邻读出阈值电压之间的增量设置为第一值；
将单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量设置为第二值；
根据所述第一搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第一读命令；
依据所述第一读命令的读出结果获得第一优选读出阈值电压；
用所述第一优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第二搜索范围中心值；
递减所述增量和/或所述候选读出阈值电压的数量；
依据所述第二搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量生成多个第二读命令，并根据所述第二读命令的读出结果获取第二优选读出阈值电压；
将所述第二优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
2.根据权利要求1所述的最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，还包括重复如下步骤：
判断递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量是否达到阈值；
若递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量小于阈值，则将更新后的搜索范围中心值作为最优读出阈值电压。
3.根据权利要求1或2所述的最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，若递减后的增量和/或递减后的候选读出阈值电压的数量不小于阈值，则依据更新后的搜索范围中心值、递减后的增量以及递减后的候选读出阈值电压的数量生成多个第三读命令，并根据所述第三读命令的读出结果获取第三优选读出阈值电压；用所述第三优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，并再次递减增量和/或候选读出阈值电压的数量。
4.最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取第一搜索范围中心值；
依据所述第一搜索范围中心值的缺省读出阈值电压读出数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的第一调整方向，所述第一调整方向是使得读出数据中具有第三值的比特数量与具有第四值的比特数量的趋向相同或接近的方向；
将相邻读出阈值电压之间的增量设置为第一值；
将单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量设置为第二值；
根据所述第一搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第一读命令；
依据所述第一读命令的读出结果获得第一优选读出阈值电压；
依据所述第一优选读出阈值电压读出的数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的第二调整方向；
若所述第一调整方向与所述第二调整方向不同，则将所述第一优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
5.根据权利要求4所述的最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，还包括：
若所述第一调整方向与所述第二调整方向相同，则重复如下步骤，直至所述第一调整方向与所述第二调整方向不同：
用最新的优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第二搜索范围中心值，根据所述第二搜索范围中心值、所述增量的第一值以及所述候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第二读命令，并根据所述第二读命令的读出结果获取第二优选读出阈值电压；依据所述第二优选读出阈值电压读出的数据中具有第三值的比特与具有第四值的比特的数量确定读出阈值电压的新的第二调整方向。
6.根据权利要求5所述的最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，还包括：
用调整方向改变前的第二优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第三搜索范围中心值；依据所述第三搜索范围中心值、增量的第一值以及候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第三读命令，并根据所述第三读命令的读出结果获取第三优选读出阈值电压。
7.根据权利要求5所述的最优读出阈值电压的搜索方法，其特征在于，还包括：
用调整方向改变后的第二优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，作为第三搜索范围中心值；依据所述第三搜索范围中心值、增量的第一值以及候选读出阈值电压的数量的第二值生成多个第三读命令，并根据所述第三读命令的读出结果获取第三优选读出阈值电压。
8.一种存储设备，包括非易失性存储器芯片与控制部件，所述控制部件用于执行根据权利要求1-7所述的最优读出阈值电压的搜索方法。
9.一种固态存储设备，包括控制部件与非易失性存储器芯片；
所述控制部件用于将相邻读出阈值电压之间的增量设置为第一值；将单次搜索过程中候选读出阈值电压的数量设置为第二值；将搜索范围中心值设置为第三值；指示所述非易失存储器芯片搜索优选读出阈值电压；
所述非易失性存储器芯片用于根据所述控制部件设置的第一值、第二值与第三值获得第一优选读出阈值电压；
所述控制部件还根据第一优选读出阈值电压更新搜索范围中心值，递减所述第一值和/或递减所述第二值。
10.根据权利要求9所述的固态存储设备，其特征在于，
所述控制部件还依据递减后的增量的第一值和/或候选读出阈值电压的数量的第二值小于阈值而将第一优选读出阈值电压作为最优读出阈值电压。
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GR01 Patent grant
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