CN113906506B - 用于存储器组件的电压或电流检测器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于存储器管理的设备和方法,并且更具体地涉及用于耦合到主机装置或片上系统的非易失性存储器组件的电压或电流检测器。所述存储器组件包含存储器控制器并且包括电压或电流检测器,所述电压或电流检测器包含:比较器,所述比较器在电压输入上接收电压值Vx;数模转换器,所述数模转换器耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的其它输入的输出;有限状态机,所述有限状态机接收所述比较器的所述输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出;电流电压转换器,所述电流电压转换器接收待检测的电流值Ix作为输入并且具有连接到所述有限状态机的输出。
Description
技术领域
本公开总体上涉及用于存储器管理的设备和方法,并且更具体地涉及用于耦合到主机装置或片上系统的非易失性存储器组件的电压或电流检测器。
背景技术
非易失性闪存如今是现代电子系统中的基础结构单元之一,包含用于汽车应用,尤其是用于实时操作系统(RTOS)的SoC装置。其在速度、消耗、可变性、非易失性和系统可重构性日益重要等方面的性能已经推动了片上系统(SoC)装置中闪存集成的发展。
然而,在当前技术的情况下,嵌入式存储器部分正在成为SoC中最大的电路部分,并且不适合将其大小增加到128Mbit以上,因为当光刻节点低于28nm时,很难管理整个嵌入式存储器结构。
在许多应用中,非常期望扩大存储器部分的大小,但有必要提供一种耦合SoC和嵌入式或相关联的存储器组件的新方式。此外,有必要提供一种在SoC的存储器部分与控制器之间交换信号和测量值的更有效的方式。
发明内容
根据本公开的一方面,提供了一种用于具有存储器控制器的存储器组件的电压检测器。所述电压检测器包括:比较器,所述比较器在电压输入上接收待检测的电压值Vx;数模转换器,所述数模转换器耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的其它输入的输出;有限状态机,所述有限状态机接收所述比较器的所述输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出。
根据本公开的另一方面,提供了一种用于具有存储器控制器的存储器组件的电流检测器。所述电流检测器包括:数模转换器,所述数模转换器耦合到基准电压电位并且具有连接到电流电压转换器的晶体管的输出,所述电流电压转换器被配置成接收待检测的电流值作为输入;有限状态机,所述有限状态机接收所述电流电压转换器的所述输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出。
根据本公开的又一方面,提供了一种包含存储器控制器并且包括电压或电流检测器的存储器组件。所述存储器组件包含:比较器,所述比较器在电压输入上接收电压值Vx;数模转换器,所述数模转换器耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的其它输入的输出;有限状态机,所述有限状态机接收所述比较器的所述输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出;电流电压转换器,所述电流电压转换器接收待检测的电流值Ix作为输入并且具有连接到所述有限状态机的输出。
根据本公开的另一方面,提供了一种用于检测与片上系统相关联的存储器组件中的电压和/或电流的方法。所述方法包括:将待检测的电压值Vx施加到比较器的输入;将待检测的电流值Ix施加到电流电压转换器的输入;将所述比较器输出和所述电流电压转换器输出馈送到有限状态机的对应输入;将所述有限状态机的数字输出施加到耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的另一个输入的输出的数模转换器,以检测一定时间间隔内的平均电压值或平均电流值。
附图说明
-图1是用于根据现有技术解决方案实现的存储器组件的已知数字电压检测器的示意图;
图2分别示出了报告受噪声影响的电压值Vx和更规则且更稳定的值的量度的第一图表和第二图表;
图3是根据本公开的电压检测器的第一实施例的示意图;
图4是示出用图3的检测器获得的电压值Vx的量度的图表;
图5是根据本公开的电流检测器的实施例的示意图;
图6是示出用图3的检测器获得的电流值Ix的量度的图表。
具体实施方式
存储器装置通常以内部半导体集成电路和/或外部可移除装置的形式设置于计算机或其它电子装置中。存在许多不同类型的存储器,包含易失性存储器和非易失性存储器。包含随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)和同步动态随机存取存储器(SDRAM)等的易失性存储器可能需要施加电力的电源以维护其数据。相比之下,非易失性存储器即使在没有外部供电的情况下也可以保持其存储的数据。
非易失性存储器可用于多种技术,包含闪存(例如,NAND和NOR)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)和电阻可变存储器(如相变随机存取存储器(PCRAM))、基于自选硫属化合物的存储器、电阻式随机存取存储器(RRAM)、3D XPoint存储器(3DXP)和磁阻式随机存取存储器(MRAM)等。
存储器装置可以包含用于存储数据的大型存储器格阵列,所述存储器格阵列通常组织成行和列。单独的存储器格和/或存储器格范围可以通过其行和列来寻址。当对存储器阵列进行寻址时,可能存在一或多个用于例如在主机装置所利用的逻辑地址与对应于存储器阵列中的位置的物理地址之间进行转换的地址转换层。
对于存储器阵列的常规操作,有必要向存储器提供测量电压和电流值以管理存储器单元的读取、写入和擦除阶段。
例如,考虑耦合到主机装置或关联到SoC并包含一些与SoC共享的电路块的闪存装置,例如用于实施提取/预取方案和/或分支预测的读取逻辑。
这些电路块中的一些电路块需要接收报告在存储器组件中检测到的电压和/或电流值的信号以正确驱动存储器阵列的读取、编程或擦除阶段。
更具体地,这些电路块需要具有电源和指示电源正确的信号。例如,所述信号可以是具有适当电压标度的带隙基准电压与外部电源之间比较的结果。此信号信息被驱动到存储器内部控制器以便在固件后正确地执行所需的操作。可以对基准电流进行类似的考虑。
所需的电压和/或电流值由作为电压或电流检测器的特定电路部分检测。
闪存装置在编程和擦除存储器阵列时对电源非常灵敏,尤其是在数据保持问题和可靠性方面。闪存阵列必须是一个非常可靠的装置,其还能够通知所述SoC电源发生故障。此任务被分配给并入到存储器组件中的闪存阵列(未示出)的控制器。
不幸的是,已知的标准电压或电流检测器对噪声灵敏。
被测量的电流/电压在测量时间帧期间无法稳定。因此,所述量度可能不准确。
一些实施例提供了一种在存储器组件中使用的电压或电流检测器,所述存储器组件耦合到主机装置或嵌入/关联到片上系统,所述片上系统对干扰测量的可能噪声具有低灵敏度。
在一些实施例中,本文所公开的检测器仅提供检测到的度量值,从而保护检测器已经获得此类度量的方式,因此保护存储器部分免受可能的黑客攻击。
本公开的检测器的另外的特征由根据已经并入检测器的存储器部分的操作需要产生基准电压或电流的能力给出。
图1示出了用于检测存储器部分(例如,嵌入在复杂片上系统中的存储器部分)中的电压值的现有技术解决方案的示意性实例。
图1所示的检测器基于在一个输入上接收数模或模拟(D/A)转换器110的输出的施密特(Schmitt)触发器比较器100。
此D/A转换器110耦合到例如由具有适当配置(即适当转换因子)的模拟带隙发生器(图中未示出)产生的稳定基准电压电位Vrif,并且由数字输入配置信号Config驱动。
根据数字输入配置信号的值,D/A转换器110提供经调制的输出值。
采样和保持块120接收待测量的电压值Vx作为输入并将其输出施加到施密特触发器110的另一个非反相输入。
所述施密特触发器是一种具有迟滞的比较器电路,所述迟滞通过将正反馈施加到比较器或差分放大器的非反相输入来实施。所述施密特触发器是一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的有源电路。所述电路被视为触发器,因为输出保持其值,直到输入变化足以触发变化为止。在非反相配置中,当输入高于所选阈值时,输出为高。当输入低于不同(较低)所选阈值时,输出为低,并且当输入介于两个电平之间时,输出保持其值。
从所述施密特触发器获得的输出是电压值Vx>Vrif*Config。
然而,由于此结构固有的施密特触发器配置,此结构对电源变化非常灵敏。
例如,图2示出了报告由于噪声干扰量度而导致的输入电压Vx的变化的第一图表以及报告稳定电压值Vx的第二图表,所述电压值保持在由较高电压值Vh和较低电压值Vl表示的小范围内。
期望获得如第二图表所示的电压值Vx的稳定量度,并且本公开的检测器被构造成获得此类结果。
图3示出了根据本公开的电压检测器的一个实施例的示意图。本公开的一个实施例涉及一种用于存储器组件的稳健电压或电流检测器,所述存储器组件包含作为基本结构的比较器180,所述比较器在其非反相输入(+)上接收数模D/A转换器110的输出。
本公开的第一实施例涉及一种用于具有存储器控制器的存储器组件的电压检测器,所述电压检测器包括:
-比较器,所述比较器在电压输入上接收待检测的电压值;
-数模转换器,所述数模转换器耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的其它输入的输出;
-有限状态机,所述有限状态机接收所述比较器的所述输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出。
本公开的第二实施例涉及一种用于具有存储器控制器的存储器组件的电流检测器,所述电流检测器包括:
-数模转换器,所述数模转换器耦合到基准电压电位并且具有连接到电流电压转换器的晶体管的输出,所述电流电压转换器被配置成接收待检测的电流值作为输入;
-有限状态机,所述有限状态机接收所述电流电压转换器的所述输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出。
D/A转换器110耦合到例如由模拟带隙发生器产生的稳定基准电压电位Vref,并接收数字输入信号Count。
所述基准电压Vref将被视为外部电压值。带隙基准的正常值可能为约1.2伏,即使此值只是指示性的。
D/A转换器110的输出是模拟值Vf=Vref*Count并被施加到比较器180的非反相输入(+)。
比较器180具有接收待测量的电压值Vx的第二反相(-)输入。本文所报告的实例应被视为比较器180的反相输入连接到其中施加电压电位Vx的存储器部分或组件的节点或端子的示意性指示,并且必须以高精度测量此类电位,从而获得不受噪声影响的值。
比较器180和转换器110的这种基本结构已通过有限状态机(FSM)200的关联而进一步改进。值得重申的是,使用比较器180的电压检测器和使用转换器130的电流检测器不会同时工作,即使它们在图3和5两者中都示出。
有限状态机200是能够执行算法的复杂逻辑部分。在本公开的后续部分中,将提供由有限状态机200执行的算法的实例。
此有限状态机200根据存储器组件的时钟信号CLK操作并在一个输入上接收。FSM还接收由内部存储器控制器发出的命令信号作为另外的输入,以根据对存储器阵列的访问阶段正确执行内部固件可能需要的操作。作为替代方案,所述命令信号可以从耦合到存储器组件的主机装置到达或由托管嵌入式存储器组件的片上系统的控制器发出。
在有限状态机200与D/A转换器110的数字输入之间设置多路复用器150。选择信号SEL由有限状态机200产生以驱动多路复用器150并为输入信号选择到达多路复用器的输出的合适的路径。
多路复用器150的输出是D/A转换器110的Count数字输入。
此多路复用器150接收对应于电压或电流量度的逻辑值作为第一输入并且在第二输入上接收有限状态机200的输出。
比较器180的输出值作为反馈输入施加到有限状态机200。当此输出值Vf大于待测量的电压值Vx时,所述输出值被输出。
换言之,当电压值Vf大于待测量的电压值Vx时,比较器180的输出值Vf被触发。
此外,如果在某个持续时间的时间间隔内执行测量,则可能获得越来越少受可能噪声影响的平均值Vx。
在这方面,有限状态机200可设置有表示用于执行电压值Vx的测量的时间间隔的最大持续时间的可编程的Time_out值。
只是为了给出有限状态机200可以执行以测量电压值Vx的可能算法的实例,在下文中报告了为了达到所需量度而已经采用的指令和参数的列表。
应当注意,有限状态机200以顺序方式或作为替代方案以二分法方式或使用可以加速最终值的查找的任何其它方法查找值。
如图4中的图表所示,在时间间隔ΔT期间,检测到的电压值Vx在上限Vrif*Count_H和下限Vrif*Count-L内保持基本上稳定。由时间间隔ΔT的电压上限和下限界定的窗口可由存储器组件的用户编程。
此外,FSM始终能够检测到可能存在的噪声,因为检测到的电压值Vx必须保持在以上报告的上限和下限内,并且当检测到的值超出预期范围(例如在图表中由数字190指定的部分)时,测量将自动重复。
数值N表示检测器为了获得所需测量值Vx而应进行的最大尝试次数。其它时间T0、T1和T2是从共同原点测量的时间参数。
报告的参数N、T0、T1、T2均是可编程的,从某种意义上说它们的值可以根据待执行的测量的质量和可靠性进行设置。即使时间间隔ΔT是一个可编程的参数。
只是为了给出可分配给ΔT的值的指示,它可以在几十毫秒内进行设置。
图5是根据本公开的电流检测器的实施例的示意图。本公开的检测器还可以用于测量电流值,例如电流值Ix。图5中的若干个元件与上述图3中的元件相同;然而,这些元件中的一些元件(如电压比较器180)在操作期间不被用作电流检测和测量以及基准电流生成,如下文更好地解释的。
然而,本文所公开的检测器的基本部分被构造成具有电压比较器180,并且为此已经采用从电流到电压的转换器130。
此转换器130的结构基于包含差分单元140的电流镜,所述差分单元包括PMOS和NMOS晶体管。电流电压转换器130也在图3中有所描绘,然而其既不在电压检测和测量期间使用,也不在基准电压生成期间使用。转换器130和其功能将在以下参考电流检测和测量以及基准电流生成进行描述。
所述电流镜的一个输入是待测量的电流值Ix。在这方面,必须意欲使转换器130的电流输入端子对应于其中正在流动的电流值Ix的存储器部分或组件的节点或端子,并且必须以高精度测量此电流值,从而获得不受噪声影响的值。
为了完整起见,应当注意,所述电流镜的差分单元140包含与输入电流值Ix相关联的第一支路以及与D/A转换器110的输出相关联的第二支路。
更具体地,D/A转换器110的输出被施加到第二电流镜支路的NMOS晶体管的栅极,从而排出基准电流If。所述D/A转换器的输出处的电压值Vf与基准电压Vref成比例,并进一步施加到缓冲晶体管TR的栅极端子,所述缓冲晶体管具有连接在基准电流If节点与接地电位基准之间的传导端子。晶体管TR进一步镜像电流电压转换器130的第二支路中的电流Iref,使得其可能在其漏极节点处可用。
本公开的电压或电流检测器的输出由FSM的数字输出表示,其中数字值I_Vmeasured[M:0]呈现给外界,例如SoC控制器。
如先前参考电压检测器所公开的,有限状态机200接收由转换器130输出的输出值If作为输入并且能够为D/A转换器110的输入发出数字值。值得重申的是,块130和180不同时运行。
类似地,对于图3的先前示意性实例,多路复用器150接收FSM 200的信号输出作为输入并且接收数字电流/电压值I_V_值作为另外的输入。
类似地,对于电压检测器的实例,在此提出有限状态机200可以执行的算法,以测量电流值Ix。所述算法包含为了达到所需量度而已经采用的指令和参数列表。
如前所述,数值N表示检测器为了获得所需测量值Ix而应进行的最大尝试次数。其它时间T0、T1和T2是从共同原点测量的时间参数。
报告的参数N、T0、T1、T2均是可编程的,从某种意义上说它们的值可以根据待执行的测量的质量和可靠性进行设置。即使时间间隔ΔT是一个可编程的参数。
图6是示出用图5的块获得的电流值Ix的测量结果的图表。如图6中的图表所示,在时间间隔ΔT期间,检测到的电流值Ix在例如由Irif*Count_H*α=Vrif*Count_H给出的上限和由Irif*Count_L*α=Vrif*Count_L给出的下限内保持基本上稳定。此图报告了比例因子α(alpha),以允许进行适当的比较;α是从电压到电流的转换因子(例如,使得Vrif*Count_L*α对应于Irif*Count_L,并且Vrif*Count_H*α对应于Irif*Count_H)。由时间间隔ΔT的电流上限和电流下限界定的窗口可以由存储器组件的用户进行编程。
此外,FSM始终能够检测到可能存在的噪声,因为检测到的电流值Ix必须保持在以上报告的上限和下限内,并且当检测到的值超出预期范围(例如在图表中由数字290指定的部分)时,测量将自动重复。
本公开的方法的优点之一是存在用于测量与闪存阵列相关的电压值V和电流值I的板载机构,而不会将单元端子暴露于来自外部组件(例如,与存储器相关联的主机装置或SoC)的任何接触。此特征具有允许保护一些不能从存储器组件外部直接测量的技术秘密的巨大优势,因此使得存储器装置更稳健地抵抗涉及检测非法侵入闪存单元上的直接量度的过程参数的攻击。
在先前的描述中讨论了许多具体细节以提供对本技术的实施例的透彻和使能描述。
然而,相关领域的技术人员将认识到,可以在没有具体细节中的一或多个具体细节的情况下实践本公开。在其它实例中,未示出或未详细描述通常与存储器装置相关联的众所周知的结构或操作,以避免模糊本发明技术的其它方面。例如,以下未详细讨论存储器装置和/或存储器系统的对于本领域的技术人员而言众所周知的若干功能组件(例如,如多路复用器和解码器等电路组件、如地址寄存器和数据寄存器等数据结构等)。
通常,应当理解,除了本文公开的那些具体实施例之外,各种其它装置、系统和方法也可以处于本发明技术的范围内。
Claims (18)
1.一种存储器组件,其包括:
存储器控制器;以及
检测器,其包括:
比较器,其在电压输入上接收待检测的电压值,其中所述电压值被施加在所述存储器组件内部;
数模转换器,其耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的另一输入的输出;以及
有限状态机,其接收所述比较器的所述输出并且针对所述存储器控制器的输入产生数字输出,其中所述有限状态机经配置以接收与所述存储器组件相关联的命令信号。
2.根据权利要求1所述的存储器组件,其进一步包括在所述有限状态机的所述数字输出与所述数模转换器的输入之间的多路复用器。
3.根据权利要求2所述的存储器组件,其中所述有限状态机经配置以发出用于启用所述多路复用器的选择信号。
4.根据权利要求1所述的存储器组件,其中所述有限状态机的操作由所述存储器组件的时钟信号调度。
5.根据权利要求1所述的存储器组件,其中所述待检测的电压值被施加到所述比较器的反相输入。
6.根据权利要求1所述的存储器组件,其中所述有限状态机经配置以在测量结束时发射超时信号。
7.根据权利要求1所述的存储器组件,其进一步包括电流电压转换器,所述电流电压转换器接收待检测的电流的值作为输入并且具有连接到所述有限状态机的输出,其中所述电流在所述存储器组件中流动。
8.根据权利要求7所述的存储器组件,其中所述电流电压转换器包含电流镜。
9.一种存储器组件,其包括:
存储器控制器;以及
检测器,其包括:
数模转换器,其耦合到基准电压电位并且具有连接到电流电压转换器的晶体管的输出,所述电流电压转换器经配置以接收待检测的电流的值作为输入,其中所述电流在所述存储器组件中流动;以及
有限状态机,其接收所述电流电压转换器的所述输出并且针对所述存储器控制器的输入产生数字输出,其中所述有限状态机经配置以接收与所述存储器组件相关联的命令信号。
10.根据权利要求9所述的存储器组件,其进一步包括在所述有限状态机的所述数字输出与所述电流电压转换器的所述晶体管之间的多路复用器。
11.根据权利要求10所述的存储器组件,其中所述有限状态机经配置以发出用于启用所述多路复用器的选择信号。
12.根据权利要求9所述的存储器组件,其中所述有限状态机的操作由所述存储器组件的时钟信号调度。
13.根据权利要求9所述的存储器组件,其中所述有限状态机经配置以在检测所述电流的所述值后发射超时信号。
14.一种存储器组件,其包括:
存储器控制器;以及
检测器,其包括:
比较器,其在电压输入上接收电压值,其中所述电压值被施加在所述存储器组件内部;
数模转换器,其耦合到基准电压电位并且具有连接到所述比较器的另一输入的输出;以及
有限状态机,其接收所述比较器的输出并且针对所述存储器控制器的所述输入产生数字输出;以及
电流电压转换器,其接收待检测的电流的值作为输入并且具有连接到所述有限状态机的输出,其中所述电流在所述存储器组件中流动。
15.根据权利要求14所述的存储器组件,其中在所述有限状态机的所述数字输出与所述数模转换器的输入之间的多路复用器由所述有限状态机的另外的信号驱动。
16.一种存储器组件,其包括:
存储器控制器;以及
检测器,其包括:
数模转换器,其耦合到基准电压电位并且具有连接到电流电压转换器的晶体管的输出,所述电流电压转换器经配置以接收待检测的电流的值作为输入,其中所述电流在所述存储器组件中流动,且其中待检测的所述电流的所述值被施加到所述电流电压转换器的第一支路;以及
有限状态机,其接收所述电流电压转换器的输出并且针对所述存储器控制器的输入产生数字输出。
17.一种存储器组件,其包括:
存储器控制器;以及
检测器,其包括:
数模转换器,其耦合到基准电压电位并且具有连接到电流电压转换器的晶体管的输出,所述电流电压转换器经配置以接收待检测的电流的值作为输入,其中所述电流在所述存储器组件中流动;
有限状态机,其接收所述电流电压转换器的输出并且针对所述存储器控制器的输入产生数字输出;以及
比较器,其经配置以接收待检测的电压作为输入并且具有连接到所述有限状态机的输出。
18.一种存储器组件,其包括:
存储器控制器;以及
检测器,其包括:
数模转换器,其耦合到基准电压电位并且具有连接到电流电压转换器的晶体管的输出,所述电流电压转换器包括电流镜,所述电流电压转换器经配置以接收待检测的电流的值作为输入,其中所述电流在所述存储器组件中流动;以及
有限状态机,其接收所述电流电压转换器的输出并且针对所述存储器控制器的输入产生数字输出。
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