CN115004504A - 用于plp电容器健康检查的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文所描述的各个实施方案涉及用于通过以下确定电容器的异常泄漏电流的系统和方法：确定所述电容器的多个最近泄漏电流值；以及基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定最大上限、最小上限、最大下限和最小下限。确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限。响应于确定所述当前上限大于(基于所述最大上限和所述最小上限确定的)阈值上限或所述当前下限小于(基于所述最大下限和所述最小下限确定的)阈值下限而确定异常泄漏电流。

Description

用于PLP电容器健康检查的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及用于确定断电保护(PLP)电容器的健康的系统和方法。
背景技术
固态驱动器(SSD)从主机接收写入命令和相关联的数据，并且响应于将数据写入SSD的合适的临时缓冲器(例如，易失性存储装置)而向主机确认写入命令。存储在易失性存储器中并且尚未传输到非易失性存储装置的数据被称在外数据。在检测到突然的意外断电时，SSD使用存储在备用电力电容器(例如，PLP电容器)中的能量来将在外数据写入SSD的非易失性存储装置。换句话说，备用电力电容器充当SSD的备用电池。
备用电力电容器可能随时间的推移而劣化。用于检测和提供用于劣化备用电力电容器的警告的常规解决方案包含仅测量和报告电容作为电容器健康的指示。当仅基于电容测量值确定电容器健康时，由于电容值和测量电路系统准确度存在大容差，因此电容值的非常窄的窗口将处于“健康”状态的电容器与无法存储所需能量的电容器分开。
发明内容
在某些方面，一种用于确定电容器的异常泄漏电流的方法的本发明实施方案包含标识所述电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限，以及确定所述电容器的多个最近泄漏电流值。所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限是基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的。所述方法进一步包含确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限，以及响应于确定所述当前上限大于阈值上限或所述当前下限小于阈值下限而检测所述异常泄漏电流。所述阈值上限是基于所述最大上限和所述最小上限确定的。所述阈值下限是基于所述最大下限和所述最小下限确定的。
在一些实施例中，一种用于确定电容器的异常泄漏电流的系统包含处理电路，所述处理电路标识所述电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限，并且确定所述电容器的多个最近泄漏电流值、所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限。所述最小下限是基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的。所述处理电路确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限，并且响应于确定所述当前上限大于阈值上限或所述当前下限小于阈值下限而检测所述异常泄漏电流。所述阈值上限是基于所述最大上限和所述最小上限确定的。所述阈值下限是基于所述最大下限和所述最小下限确定的。
在一些实施例中，一种存储计算机可读指令的非暂时性计算机可读媒体使得当被执行时使处理电路标识电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限，并且确定所述电容器的多个最近泄漏电流值。所述最小下限是基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的。所述处理电路确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限，并且响应于确定所述当前上限大于阈值上限或所述当前下限小于阈值下限而检测所述异常泄漏电流。所述阈值上限是基于所述最大上限和所述最小上限确定的。所述阈值下限是基于所述最大下限和所述最小下限确定的。
附图说明
图1是根据一些实施方案的SSD的示例框图。
图2是根据一些实施方案的用于确定电容器的异常泄漏电流的方法的示例流程图。
图3是展示了根据一些实施方案的针对电容器确定的泄漏电流值随时间的推移变化的示例图。
图4A是根据一些实施方案的用于确定最大上限和最小上限的方法的示例流程图。
图4B是根据一些实施方案的用于确定最大下限和最小下限的方法的示例流程图。
图5是展示了根据一些实施方案的针对电容器确定的泄漏电流值、阈值上限和阈值下限随时间的推移变化的示例图。
图6是展示了根据一些实施方案的泄漏电流测试电路系统的电路图。
图7是展示了根据一些实施方案的非理想电容器的电路图。
图8是根据一些实施方案的用于确定电容器的泄漏电流的方法的示例流程图。
具体实施方式
本公开涉及用于监测电容器健康，包含提供泄漏警告和电容报告的系统、方法和非暂时性计算机可读媒体。常规地，电容器健康仅基于闪存装置如但不限于SSD中实现的完全充电的电容器中的剩余电容量来确定。然而，申请人认识到，当闪存装置经历突然断电时，具有高电容和高泄漏的完全充电的电容器无法向闪存装置提供足够的电力。例如，在可以使用存储在电容器中的能量将在外数据写入到非易失性存储装置之前，存储在电容器中的能量可能会快速降低，使得电容器的电压可能会由于高泄漏电流而快速下降到电压调节器的最小可操作输入电压以下。泄漏电流的增加有效地减少了在向SSD的组件供应电力时在负载下电容器可以向电压调节器提供足够的操作电压的时间。此外，由老化引起的劣化可能减小电容器的实际电容，以及由于电介质的劣化而增加泄漏电流和内阻。因此，电容本身并非电容器健康的准确指标。
申请人进一步认识到，泄漏电流的增加指示备用电容器电路系统(包含备用电力电容器)正在劣化。在一些布置中，检测并报告异常高的泄漏电流。漏极电流在连续测量中交替。比较当前和先前结果以得到泄漏电流。所得到的泄漏电流是高度可变的，使得单个测量值可能无法提供实际泄漏的真实且准确的表示。基于使用大量测试结果(所得到的泄漏电流值)确定的所得到的泄漏电流值的标准偏差的统计分析可以提供准确的实际泄漏。另一方面，虽然频繁重复的测试与统计分析相结合可以检测异常，但是频繁重复的测试以及大量测试结果的记录/存储在嵌入在闪存装置(例如，SSD)中的系统中是不切实际的。例如，可以通过将电容器充电至满并确定电容器在一段时间内泄漏的能量来测试泄漏电流。尽管可能需要长时间段才能完成的这种测试方法适用于工厂测试，但这种测试方法在产品中是不切实际的。这是因为产品(例如，闪存装置)被设计成在产品持续执行电容器所需的特定功能/任务(例如，闪存存储)(例如，在突然断电的情况下用于备用电力)的同时在产品的整个寿命期间监测电容器健康。
因此，通过使用如本文所述的嵌入式系统对相对小的结果窗口进行统计分析，可以以实际方式准确地检测和报告异常高的泄漏电流，而无需进行耗时的测试或记录大量先前的测试结果。
为了帮助说明本公开的某些方面，图1是根据各个实施方案的SSD 100的结构的框图。如图1所示，SSD 100包含主机接口110、控制器120、易失性存储器装置125、备用电容器130、电源管理器132、电源接口134和非易失性存储器装置140的阵列。
控制器120(例如，SSD存储器控制器)通过主机接口110与主机装置(未示出)通信并且操作性地耦接到主机装置。主机装置的实例包含但不限于计算装置、大容量存储设备等。主机装置例如通过向SSD 100发送写入和读取命令来访问SSD 100。主机接口110的实例包含但不限于通用串行总线(USB)接口、串行高级技术附件(SATA)接口、增强型小型磁盘接口(ESDI)、小型组件小型接口(SCSI)、外围组件互连(PCI)接口、快速串行附接SCSI(SAS)、集成驱动电子装置(IDE)接口、非易失性存储器快速(NVMe)接口等。
易失性存储器装置125和非易失性存储器装置140的阵列与控制器120通信并且操作性地耦接到控制器。非易失性存储器装置140是指非易失性存储器装置142a-142d、144a-144d、146a-146d和148a-148d，其可以布置在与控制器120通信的一或多个通道中。在一些实例中，非易失性存储器装置140中的每个非易失性存储器装置是NAND闪存装置，所述NAND闪存装置是闪存并且包含一或多个单独的NAND闪存管芯。NAND闪存装置是能够在没有电力的情况下保持数据的非易失性存储器。因此，非易失性存储器装置140是指SSD 100内的多个NAND闪存装置或管芯。尽管NAND闪存装置被描述为非易失性存储器装置140的实例，但是用于实施非易失性存储器存储装置120的非易失性存储器技术的其它实例包含但不限于磁性随机存取存储器(MRAM)、相变存储器(PCM)、铁电RAM(FeRAM)等。尽管图1中示出了16个非易失性存储器装置142a-142d、144a-144d、146a-146d和148a-148d，但是非易失性存储器装置140可以包含任何合适数量的非易失性存储器装置，如但不限于非易失性存储器装置142a-142d、144a-144d、146a-146d和148a-148d。
控制器120可以组合非易失性存储器装置140中的原始数据存储器，使得非易失性存储器装置140像单个存储器一样工作。控制器120可以包含微控制器、缓冲器、纠错功能、闪存转换层(FTL)和闪存接口模块、用于实施此些功能的软件和固件。在一些实施方案中，软件/固件可以存储在非易失性存储器装置140中或者任何其它合适的计算机可读存储媒体中。
控制器120包含用于执行本文所述的功能以及其它功能的合适的处理和存储器能力。如上所述，控制器120管理非易失性存储器装置140的各种特征，包含但不限于输入/输出(I/O)处理、读取、写入、擦除、监测、记录、错误处理、垃圾收集、损耗均衡、逻辑到物理地址映射等。因此，控制器120向非易失性存储器装置140和与其相关联的FTL提供可见性。
控制器120(例如，FTL接口模块)可以基于L2P表执行逻辑到物理(L2P)操作。例如，控制器120可以将逻辑块地址(LBA)转换成物理地址，从而解析与LBA相对应的物理地址。响应于从主机装置接收到写入或读取命令(其中含有LBA)，控制器120(例如，FTL接口模块)可以查找与LBA相对应的物理地址，以便写入物理地址或从物理地址读取。
易失性存储器装置125是控制器120的本地存储器或者是不同于控制器120的本地存储器或除控制器的本地存储器之外的存储器装置。易失性存储器装置125的实例包含但不限于随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)。易失性存储器装置125无法在没有电力的情况下存储数据。在将数据(例如，在外数据)写入到非易失性存储器装置140之前，易失性存储器装置125用作缓冲器并且存储来自主机装置的写入命令和与之相关联的数据。
在一些布置中，电源接口134包含通过主机接口110将SSD 100连接到来自主机(未示出)主(常规)电源的任何合适的接口(包含引脚、电线、连接器、变压器等)。电源接口134操作性地耦接到电源管理器132。电源管理器132操作性地耦接到备用电容器130、控制器120、易失性存储器装置125、非易失性存储器装置140和SSD 100的未示出的其它组件，以向其提供电力。在一些实例中，响应于电源接口134或电源管理器132检测到来自主电源的电力被中断而使用备用电容器130。就此而言，电源接口134或电源管理器132包含用于检测主电源是否被中断以及用于电源管理器132在主电源与备用电源(例如，来自存储在备用电容器130中的能量)之间切换的合适的电路系统。电源接口134包含电压调节器，所述电压调节器将来自主电源(例如，电源接口134)和备用电源(即，备用电容器130)的电压调节成控制器120、易失性存储器装置125、非易失性存储器装置140和SSD 100的其它组件的操作电压。
备用电容器130(例如，PLP电容器、备用电力电容器等)可以是被布置成组的单个电容器或多个电容器或任何其它合适的配置。备用电容器130可以是一或多个超级电容器(supercapacitor)、超级电容器(ultracapacitor)、钽电解电容器、单片陶瓷电容器、铝电解电容器或能够存储电荷(备用电力)并向SSD 100提供备用电力的另一种类型的电容器。备用电容器130操作性地耦接到电源管理器132，并且在来自电源接口134的主电源被中断的情况下(例如，由于系统断电或故障事件)，电源管理器132从备用电容器130接收电力。在正常操作期间(例如，当电源接口134通过主机接口110接收电力时)，电源管理器132向备用电容器130供应电力，将所述备用电容器保持处于充电状态，为来自主机接口110的任何电力中断或突然断电做好准备。
在一个实例中，在电力中断的情况下，通过向电源管理器132供应电力，备用电容器130被设计成在一段时间内向控制器120、易失性存储器装置125和非易失性存储器装置140提供备用电力，以使控制器120将存储在易失性存储器装置125中的在外数据写入非易失性存储器装置140。备用电容器130操作性地耦接到电压调节器(未示出，位于电源管理器132内)，所述电压调节器将存储在备用电容器130中的电压调节到控制器120、易失性存储器装置125、非易失性存储器装置140和SSD 100的其它组件的操作电压。
在断电事件期间在向电源管理器132供应电力时由备用电容器130存储的能量取决于各种因素，包含但不限于控制器120、非易失性存储器装置140的阵列和易失性存储器装置125的功耗、将在外数据写入到非易失性存储器装置140所需的时间量等。
备用电容器130为优选的以提供与在SSD 100寿命期间在任何断电事件之后将在外数据写入到非易失性存储器装置140所需的时间量所需的能量相当的备用电力。SSD 100的寿命因制造商而异，并且取决于如但不限于SSD 100被设计成用于消费者还是企业应用的考虑因素。例如，寿命可以在两年到至多10年的范围内。在寿命期间，随着备份电容器130开始失去电容并且经历异常高的泄漏，直到备份电容器130在将在外数据写入到非易失性存储器装置140所需的时间量内不能提供足够的备用电力的点，备份电容器130可能劣化。换句话说，在可以将所有在外数据写入非易失性存储器装置140之前，由于随时间的推移的泄漏，存储在备用电容器130中的能量可能被耗尽至电容器电压已经降低到电压调节器的最小可操作输入电压以下的点，并且因此可能不能提供提供电力以将所有在外数据写入到非易失性存储器装置140。
为了监测备用电容器130的健康，在备用电容器的寿命期间周期性地测试备用电容器130，以确定电容和泄漏。因为SSD 100的许多应用(如但不限于在数据中心或其它服务器环境中)要求SSD 100连续操作，所以SSD 100在SSD 100的正常操作期间(例如，当主机装置分别主动地将数据写入到SSD 100和从SSD读取数据时)测试备用电容器130。这是因为SSD 100缺乏在正常工作条件之外测试备用电容器130的任何“方便”机会(例如，在主机装置关机或初始上电期间)。
在一些实施方案中，电源管理器132可以操作性地耦接到备用电容器130，以通过以本文所述的方式管理泄漏电流测试来监测备用电容器130的健康。电源管理器132可以是电源管理集成电路(PMIC)，其包含用于执行本文所述的功能的合适的处理和存储器能力。电源管理器132和控制器120可以使用同一电路系统或不同的电路系统来实施。
SSD 100展示了可以实施用于检测电容器的异常泄漏电流的机制的环境。对于缺乏在电容器的正常工作条件之外测试电容器的方便机会的另一装置，可以实施同一机制。也就是说，本文所述的机制可以在任何系统中实施，在所述系统中，管理具有较长采样时间(假定为两个快速连续测试，以确定如本文所述的漏极电流)或要求存储大量测试结果的泄漏电流测试是低效的或不切实际的。就此而言，电源管理器132可以是操作性地耦接到电容器的任何合适的处理电路，所述电容器可以以所述方式检测异常泄漏。
图2示出了根据一些实施方案的用于确定电容器的异常泄漏电流的方法200的示例流程图。参考图1-2，方法200可以由操作性地耦接到电容器(例如，备用电容器130)的合适的处理电路(例如，电源管理器132)来执行。
在210处，处理电路标识电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限。在220处，处理电路确定电容器的多个最近泄漏电流值。在一些实例中，最大上限、最小上限、最大下限和最小下限是基于不同于最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的。
在230处，处理电路确定最近泄漏电流值的当前上限和当前下限。在240处，处理电路确定当前上限是否大于阈值上限或当前下限是否小于阈值下限。响应于确定当前上限大于阈值上限或当前下限小于阈值下限(240：是)，在250处，检测到异常泄漏电流。
所述阈值上限是所述最大上限和所述最小上限的平均值。所述阈值下限是所述最大下限和所述最小下限的平均值。
在一些布置中，处理电路通过进行多个最近泄漏电流测试来确定最近泄漏电流值。处理电路在最近泄漏电流测试中的对应一个最近泄漏电流测试中得到每个最近泄漏电流值。为了进行说明，图3是展示了根据一些实施方案的针对电容器(例如，备用电容器130)确定的泄漏电流值随时间的推移变化的示例图300。
参考图1-3，在图300中，X轴与在电容器的寿命(例如，SSD 100的寿命)期间随时间的推移进行的泄漏电流测试(例如，第一个(1)泄漏电流测试、第二个(2)泄漏电流测试、…和第1782个(1782)电流测试)相对应。第一个(1)泄漏电流测试是对电容器进行的最早泄漏电流测试，并且在第一个(1)泄漏电流测试之前尚未进行其它泄漏电流测试。第1782个(1782)泄漏电流测试是对电容器进行的最近泄漏电流测试，并且在第1782个(1782)泄漏电流之后还尚未进行其它泄漏电流测试。可以周期性地进行泄漏电流测试。测试频率可以取决于多个因素而变化，包含SSD 100的特定配置、SSD 100的预期应用、SSD 100的指定操作寿命等。测试频率的实例包含但不限于每小时一次、每天一次、每两天或更多天一次等。测试频率可以根据SSD 100的具体情况和操作要求来调整。Y轴与在每个泄漏电流测试中确定的泄漏电流值(单位：μA)相对应。
最近泄漏电流值是对电容器进行的多个最近泄漏电流测试的结果。在数量为32的实例中，最近泄漏电流值是最近32个泄漏电流测试，包含第1751个(1751)、第1752个(1752)、…和第1782个(1782)泄漏电流测试的结果。最近泄漏电流值在建立标准偏差和均值所需的采样结果的小窗口内，所述标准偏差和均值用于以本文所述的方式设定上限和下限(例如，在230处)。
窗口是动态的移动窗口，这意味着当进行新的且最近的泄漏电流测试时，将从新的泄漏电流测试中得到的泄漏电流值添加到N个最近泄漏电流值，同时移除从窗口内的泄漏电流测试中在时间上最早进行的泄漏电流测试中得到的泄漏电流值。因此，为了确定标准偏差和均值，存储器装置(例如，非易失性存储器装置140、易失性存储器装置125或另一合适的存储器装置)需要在窗口内存储相同数量(例如，32个样品)的最近泄漏电流值，而非存储从在电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试(第1个到第1782个)得到的泄漏电流值。换句话说，在从存储器装置擦除窗口内的最早的最近泄漏电流值(例如，从第1751个(1751)泄漏电流得到的泄漏电流值)时，将最近泄漏电流值(例如，从第1783个(1783)泄漏电流测试中得到的泄漏电流值)存储在存储器装置中。
另外，存储器装置存储从在电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试(第1个到第1782个)的所有泄漏电流值的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限。具体地，最大上限是针对从电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的泄漏电流值确定的上限的最大值。最小上限是针对从电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的泄漏电流值确定的上限的最小值。最大下限是针对从电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的泄漏电流值确定的下限的最大值。最小下限是针对从电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的泄漏电流值确定的下限的最小值。
响应于进行新的且最近的泄漏电流测试，处理电路确定最近泄漏电流值的标准偏差和均值，所述最近泄漏电流值包含从新泄漏电流测试中得到的新泄漏电流值和所存储的N-1个最近泄漏电流值。基于标准偏差和均值，处理电路以本文所述的方式确定上限和下限。响应于确定上限大于所存储的最大上限，处理电路将上限设定为最大上限。响应于确定上限小于所存储的最小上限，处理电路将上限设定为最小上限。响应于确定下限大于所存储的最大下限，处理电路将下限设定为最大下限。响应于确定下限小于所存储的最小下限，处理电路将下限设定为最小下限。
在已经进行了1782个泄漏电流测试的图300的实例中，处理电路响应于从第246个泄漏电流测试中得到泄漏电流值302而确定最大上限，例如，基于从第215个到第246个泄漏电流测试中确定的泄漏电流值来确定最大上限。处理电路响应于从第543个泄漏电流测试中得到泄漏电流值304而确定最小上限，例如，基于从第512个到第543个泄漏电流测试中确定的泄漏电流值来确定最小上限。处理电路响应于从第119个泄漏电流测试中得到泄漏电流值(未示出)而确定最大下限，例如，基于从第88个到第119个泄漏电流测试中确定的泄漏电流值来确定最大下限。处理电路响应于从第474个泄漏电流测试中得到泄漏电流值(未示出)而确定最小下限，例如，基于从第474个到第443个泄漏电流测试中确定的泄漏电流值来确定最小下限。
在这些实例中，最大上限、最小上限、最大下限和最小下限是使用从在进行最近泄漏电流测试(例如，第1751个到第1782个泄漏电流测试)之前对电容器进行的泄漏电流测试中得到的泄漏电流值来确定的。在其它实例中，最大上限、最小上限、最大下限和最小下限中的一个或多个是使用从最近泄漏电流测试中的一或多个最近泄漏电流测试(例如，第1751个到第1782个泄漏电流测试)中得到的一或多个泄漏电流值来确定的。
图4A是根据一些实施方案的用于标识最大上限和最小上限的方法400a的示例流程图。参考图1-4A，在410处，处理电路(例如，电源管理器132)确定最近泄漏电流值。在410处确定的最近泄漏电流值是在最近泄漏电流测试中确定的泄漏电流值。
在420a处，处理电路确定N个最近泄漏电流值的上限。N个最近泄漏电流值包含在410确定的新泄漏电流值和所存储的N-1个最近泄漏电流值。
在430a处，处理电路确定在420a处确定的上限是否大于所存储的最大上限。所存储的上限可以存储在存储器装置(例如，非易失性存储器装置140、易失性存储器装置125或另一合适的存储器装置)中。所存储的最大上限是基于所有泄漏电流值确定的所有上限中的最大上限，所述所有泄漏电流值是从迄今为止在电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的。
在440a处，响应于确定在420a处确定的上限大于所存储的最大上限(430a：是)，处理电路将在420a处确定的上限作为最大上限存储在存储器装置中。
另一方面，响应于确定在420a确定的上限不大于所存储的最大上限(430a：否)，处理电路确定在420a确定的上限是否小于所存储的最小上限。所存储的最小上限可以存储在存储器装置中。所存储的最小上限是基于所有泄漏电流值确定的所有上限中的最小上限，所述所有泄漏电流值是从迄今为止在电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的。
在460a处，响应于确定在420a处确定的上限小于所存储的最小上限(450a：是)，处理电路将在420a处确定的上限作为最小上限存储在存储器装置中。否则(450a：否)，在420a处确定的上限既不是最大上限也不是最小上限。
框430a和450a可以同时执行或以任何合适的顺序执行。每当从新进行的泄漏电流测试中得到新泄漏电流值时，可以执行方法400a。
图4B是根据一些实施方案的用于识别最大下限和最小下限的方法400b的示例流程图。参考图1-4B，在410处，处理电路(例如，电源管理器132)确定最近泄漏电流值。在420b处，处理电路确定N个最近泄漏电流值的下限。在420a处确定的上限和在420b处确定的下限是针对相同的N个最近泄漏电流值确定的。因此，框420a-460a和框420b-460b可以同时执行或以任何合适的顺序执行。
在430b处，处理电路确定在420b处确定的下限是否大于所存储的最大下限。所存储的下限可以存储在存储器装置(例如，非易失性存储器装置140、易失性存储器装置125或另一合适的存储器装置)中。所存储的最大下限是基于所有泄漏电流值确定的所有下限中的最大下限，所述所有泄漏电流值是从迄今为止在电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的。
在440b处，响应于确定在420b处确定的下限大于所存储的最大下限(430b：是)，处理电路将在420b处确定的下限作为最大下限存储在存储器装置中。
另一方面，响应于确定在420b处确定的下限不大于所存储的最大上限(430b：否)，处理电路确定在420b处确定的下限是否小于所存储的最小下限。所存储的最小下限可以存储在存储器装置中。所存储的最小下限是基于所有泄漏电流值确定的所有下限中的最小下限，所述所有泄漏电流值是从迄今为止在电容器的寿命内进行的所有泄漏电流测试中得到的。
在460b处，响应于确定在420b处确定的下限小于所存储的最小下限(450b：是)，处理电路将在420b处确定的下限作为最小下限存储在存储器装置中。否则(450b：否)，在420b处确定的下限既不是最大下限也不是最小下限。
框430b和450b可以同时执行或以任何合适的顺序执行。每当从新进行的泄漏电流测试中得到新泄漏电流值时，可以执行方法400b。
上限和下限可以使用最近泄漏电流值的标准偏差(例如，总体标准偏差)和均值(平均值)来确定。在一个实例中，群体标准偏差可以使用表达式(1)来确定：
Figure BDA0003767352540000101
其中N是最近泄漏电流值的数量。另外，xi表示最近泄漏电流值(窗口内)的每个泄漏电流值，并且μ是最近泄漏电流值的均值。N的实例是32。可以将N设定为一个值，使得可以在存储N个泄漏电流值的同时使用N个最近泄漏电流值来计算准确的标准偏差不会对存储器装置造成显著负担。
在一些布置中，上限和下限是基于标准偏差的倍数确定的。例如，上限(Iu)是均值(μ)和标准偏差(σ)的倍数(A)之和，如表达式(2)所示：
Iu＝μ+A*σ (2)。
下限(Il)是均值(μ)减去标准偏差(σ)的倍数(A)，如表达式(3)所示：
Il＝μ-A*σ (3)。
在一些实例中，倍数A是介于2与10之间的任何值。
图5是展示了根据一些实施方案的针对电容器确定的泄漏电流值510、阈值上限520和阈值下限530随时间的推移变化的示例图500。参考图1-5，在图500中，X轴与在电容器的寿命(例如，SSD 100的寿命)期间随时间的推移进行的泄漏电流测试(例如，第一个(1)泄漏电流测试、…第250个(250)泄漏电流测试、…和第1750个(1750)泄漏电流测试)相对应。图500示出了已经随时间的推移进行总共1750个泄漏电流测试，其中第1750个泄漏电流测试正在进行。Y轴与在每个泄漏电流测试中确定的泄漏电流值(单位：μA)相对应。
在已经收集N个(例如，32个)泄漏电流值之后，处理电路可以响应于确定每个泄漏电流值而确定上限和下限。例如，可以使用方法400a和400b来存储最大上限、最小上限、最大下限和最小下限。阈值上限520中的每个阈值上限是响应于从泄漏电流测试(在已经进行N个泄漏电流测试之后)中得到泄漏电流值而确定的最大上限和最小上限的平均值。阈值下限530中的每个阈值下限是响应于从泄漏电流测试(在已经进行N个泄漏电流测试之后)中得到泄漏电流值而确定的最大下限和最小下限的平均值。因此，阈值上限520中的每个阈值上限和阈值下限530中的每个阈值下限与泄漏电流值/测试相对应。
如图所示，在约300个泄漏电流测试之后，阈值上限520稳定在约500μA，并且阈值下限530稳定在约-350μA。就此而言，根据方法400a和400b的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限的存储/记录在初始窗口内实施，例如，使用从初始M个泄漏电流测试(从第1个泄漏电流测试到第M个泄漏电流测试)得到的泄漏电流值。M的实例包含但不限于200、300、400、500等。在一些实例中，初始M个泄漏电流测试可以在工厂或实验室环境中进行，例如，在针对其预期应用部署如SSD 100等产品之前。
响应于确定针对最近泄漏电流值(在得到最近泄漏电流值时)确定的上限大于对应的阈值上限(例如，在得到最近泄漏电流值时，最大上限和最小上限的平均值)，将上限报告给例如主机装置或另一合适的装置。最近泄漏电流值可以从用于计算将来的平均值或标准偏差的最近泄漏电流值中排除。也就是说，从采样窗口去除与确定异常泄漏相对应的最近泄漏电流值，以避免标准偏差的偏斜。标准偏差的偏斜可以潜在地使故障电容器的异常泄漏电流的重复发现沉默。
在一些布置中，每个泄漏电流值可以基于两个漏极电流确定。图6是展示了根据一些实施方案的泄漏电流测试电路系统的电路图600。参考图6，泄漏电流测试电路系统600可以是电源管理器132的组件。在一个实例中，泄漏电流测试是放电测试(交替漏极电流测试)，所述放电测试涉及连续地在电容器C(例如，备用电容器130)两端施加两个已知负载L1和L2，并且在不同测试中测量电容器C分别通过两个负载L1和L2中的每个负载放电时随时间的推移的电压降。负载L1和L2被施加到电容器C以用于放电测试的时间量还可以根据所施加的负载而变化，但通常将在10毫秒(ms)或更长的范围内。
在一个实例中，电源管理器132控制所有开关S1、S2、S3和S4断开。电源管理器132控制开关S1闭合，以允许电压源Vs通过电阻性负载Rs对电容器C进行充电。在将电容器C充电至最满时，电源管理器132控制开关S1断开，控制开关S2闭合，并且控制开关S4切换以测量负载L1两端的电压(其与电容器C两端的电压相同，使得能够计算存储在电容器中的电荷和能量)。可以基于电容器C的能量损耗或负载L1两端的电压在一段时间内的下降来测量电容器C的漏极电流。
然后，电源管理器132控制所有开关S1、S2、S3和S4断开，并且控制开关S1闭合，以允许电压源Vs通过电阻性负载Rs再次对电容器C进行充电。在将电容器C充电至最满时，电源管理器132控制开关S1断开，控制开关S3闭合，并且控制开关S4转换以测量负载L2两端的电压或能量。可以基于电容器C的能量损耗或负载L2两端的电压在一段时间内的下降来测量电容器C的漏极电流。
L1和L2具有足够大的阻抗，并且电压源Vs的输出以及L1和L2的阻抗的配置允许流过L1和L2的漏极电流分别为例如5mA和10mA。假设对于两个测试，泄漏电流恒定且相同，电容器C可以分别通过L1和L2被消耗。对于使用L1的第一测试，可以确定电容器C的第一电容。对于使用L2的第二测试，可以确定电容器C的第二电容。可以通过比较两个电容测量值来确定泄漏电流。假设每个测试中的电容恒定，则所测得电容的任何差异都是由于泄漏电流引起的。
图7是展示了根据一些实施方案的非理想电容器700(例如，图6的电容器C)的电路图。参考图1-7，任何现实世界的电容器(例如，图6的电容器C)是非理想电容器，如但不限于非理想电容器700。非理想电容器700可以使用如但不限于Resr、Lesl、Rda、Cda、Cnom和Rleak等组件来建模。Cnom表示理想电容器的标称电容值。Rleak是标称电容Cnom两端的并联电阻。非理想电容器700的泄漏电流Ileak被建模为通过Rleak的电流，并且独立于负载(图7中未示出)从非理想电容器700汲取的任何负载电流。Resr是指等效串联电阻。Lesl是指等效串联电感。Rda是指由于电介质吸附引起的电阻。Cda是指由于电介质吸附引起的电容。
在一些布置中，考虑到Rleak(图7)两端的泄漏电流Ileak，电容器C(图6)的电容C可以用表达式(4)表示：
Figure BDA0003767352540000121
其中Idrain是漏极电流，并且
Figure BDA0003767352540000122
表示电压变化的瞬时速率(伏特每秒)。
可以使用两个连续的测试(一个测试使用L1并且另一个测试使用L2(图6))并且例如使用图8中所示的方法800来确定泄漏电流Ileak。图8是根据一些实施方案的用于确定电容器(例如，电容器700)的泄漏电流Ileak的方法800的示例流程图。
参考图1-8，在810处，将第一负载(泄漏电流测试电路系统600的L1)连接到带电电容器(泄漏电流测试电路系统600的电容器C)。在将第一负载连接到电容器之前，可以使用泄漏电流测试电路系统600的Vs、Rs和S1对电容器进行充电。第一负载通过闭合开关S2连接到电容器。
在820处，确定第一负载两端的电压下降预定电压dv所花费的时间间隔dtA。在一些实例中，预定电压dv可以被选择成小的(例如，1V)，以在维持准确结果的同时使测试时间最小化。可以使用任何合适的电压来确定预定电压dv，例如，从第一电压V1(例如，29V)到第二电压V2(例如，28V)。
在830处，确定作为在第一负载两端测量的漏极电流Idrain的漏极电流IA。在一个实例中，可以通过中点电压(例如，如果电压降是从29到28的话，则为28.5V)除以第一负载的负载电阻来近似漏极电流漏极电流IA。可以在同一测试中使用第一负载(在单个电流消耗中)使用电路系统600的电压表V和定时器(未示出)来确定框820和830。在执行了框820和830之后，开关S2断开。
接下来，在840处，将第二负载(泄漏电流测试电路系统600的L2)连接到带电电容器。在将第二负载连接到电容器之前以及在已经完成框820和830之后(例如，立即或在预定时间段内)，可以使用泄漏电流测试电路系统600的Vs、Rs和S1对电容器进行再次充电。第二负载通过闭合开关S3连接到电容器。
在850处，确定第二负载两端的电压下降预定电压dv所花费的时间间隔dtB。在860处，确定作为在第二负载两端测量的漏极电流Idrain的漏极电流IB。在一个实例中，可以通过中点电压(例如，如果电压降是从29到28的话，则为28.5V)除以第二负载的负载电阻来近似漏极电流漏极电流IB。可以在同一测试中使用第二负载(在单个电流消耗中)使用电路系统600的电压表V和定时器(未示出)来确定框840和850。
在870处，可以例如使用如下所示的表达式(9)来确定泄漏电流Ileak。假设对于两个连续测试，电容器C的电容C和泄漏电流Ileak是恒定的，表达(5)成立：
Figure BDA0003767352540000131
根据表达式(5)，可以通过表达式(6)-(9)得到泄漏电流Ileak：
IA·dtA+Ileak·dtA＝IB·dtB+Ileak·dtB (6)；
IA·dtA-IB·dtB＝Ileak·dtB-Ileak·dtA (7)；
IA·dtA-IB·dtB＝Ileak(dtB-dtA) (8)；
以及
Figure BDA0003767352540000132
在一些实施方案中，负载L1和L2被选择为足够不同，以提供合理的不同的下降时间并且具有足够低的阻抗/电阻，使得测试不会花费太长时间。另外，通过选择V1和V2以接近电容器的完全充电状态的电压，如果在测试期间发生出乎意料的断电事件，则能量损耗(其等于备用电源时间)被最小化。
如上所述，电压源Vs的输出以及L1和L2的阻抗的配置允许流过L1和L2的漏极电流IA和IB分别为例如5mA和10mA。电源管理器132可以包含用于选择负载(L1或L2)使得负载电流为5mA或10mA(而非选择负载阻抗/电阻)的合适组件。因此，在替代性实例中，不需要计算漏极电流IA和IB，并且可以在表达式(9)中直接使用预设漏极电流IA和IB(例如，分别为5mA和10mA)。
为了降低或甚至消除在电容器测试期间丢失关键数据的风险，在一个实施例中，电源管理器132可以在测试电容器C之前增加电容器C的电压，以部分或完全地抵消在测试期间释放的能量，如在于2017年9月13日提交的题为“用于测试PLP电容器的技术(TECHNIQUES FOR TESTING PLP CAPACITORS)”的美国公开第2019/0079125号中所述，所述美国专利通过引用整体并入本文。在完成电容器C的测试之后，电容器C的电压可以恢复到其增加之前的原始水平。
提供先前的描述以使本领域的技术人员能够实践本文所述的各个方面。对本领域的技术人员而言，对这些方面的各种修改将是显而易见的，并且本文中限定的一般原理也可以应用于其它方面。因此，权利要求书并不旨在限制于本文所示的方面，而是旨在符合与语言权利要求书一致的全部范围，其中引用单数形式的要素不旨在意指“有且仅有一个”，而是指“一或多个”，除非特别如此声明。除非特别另外声明，否则术语“一些”是指一或多个。本领域的技术人员已知或之后知晓的贯穿先前的描述所描述的各个方面的要素的所有结构和功能等效物都通过引用明确地并入本文并且旨在被权利要求书涵盖。此外，本文所公开的任何内容均并非旨在贡献给公众，无论这种公开内容是否在权利要求书中被明确叙述。任何权利要求要素都不应被解释为构件加功能，除非使用短语“用于…的构件”明确叙述了该要素。
应该理解，所公开的过程中的块的特定顺序或层级是说明性方法的实例。基于设计偏好，应当理解，在保持在先前描述的范围内的同时，可以重新布置过程中的块的特定顺序或层级。随附的方法权利要求以样品顺序呈现了各个块的要素，并且并不旨在受限于所呈现的特定顺序或层级。
所公开的实施方案的先前描述被提供用于使本领域的技术人员能够实现或使用所公开的主题。对这些实施方案的各种修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离先前描述的精神或范围的情况下，可以将本文所定义的一般原理应用于其它实施方案。因此，先前描述并不旨在限制于本文所示的实施方案，而是旨在就本文所公开的原理和新颖特征达成最广泛范围的一致。
所展示和所描述的各个实例仅作为实例来提供，以说明权利要求书中的各个特征。然而，关于任何给定实例示出和描述的特征不一定限制于相关联的实例，并且可以与示出和描述的其它实例一起使用或组合。另外，权利要求书并不旨在受限于任何一个实例。
以上方法说明和过程流程图仅作为说明性实例提供并且不旨在要求或暗示各个实例的块都必须按所呈现的顺序来执行。如本领域的技术人员将理解的，以上实例中的块顺序可以以任何顺序执行。如“此后”、“然后”、“下一个”等词语不旨在限制块的顺序；这些词语只用来引导读者阅读所述方法说明。而且，以单数形式声明要素的任何引用(例如，使用冠词“一个/一种(a/an)”或“所述”)不应被解释为将所述要素限制于单数。
可以将关于本文所公开的实例所描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和算法块实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上已经大体地在其功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路和块。这种功能被实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实施描述的功能性，但是此些实施方案决策不应当被解释为导致脱离本公开的范围。
用于实施关于本文所公开的实例所描述的各种说明性逻辑学、逻辑块、模块和电路的硬件可以用被设计成执行本文所述的功能的通用处理器、DSP、ASIC、FPGA或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，所述处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实施为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核结合的一或多个微处理器或任何其它这类配置。可替代地，一些块或方法可以由专用于给定功能的电路系统来执行。
在一些示范性实例中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果在软件中实施，所述功能可以作为一或多个指令或代码存储在非暂时性计算机可读存储媒体或非暂时性处理器可读存储媒体上。可以在处理器可执行软件模块中实施本文所公开的方法或算法的块，所述软件模块可以存在于非暂时性计算机可读或处理器可读存储媒体上。非暂时性计算机可读或处理器可读存储媒体可以是能够由计算机或处理器访问的任何存储媒体。通过举例而非限制的方式，这种非暂时性计算机可读或处理器可读存储媒体可以包含RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储装置或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其它非暂时性媒体。如本文所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。上述项的组合也包含在非暂时性计算机可读和处理器可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令之一或任何组合或集合驻留在可以并入到计算机程序产品中的非暂时性处理器可读存储媒体和/或计算机可读存储媒体上。
所公开的实例的先前描述被提供用于使本领域的技术人员能够实现或使用本公开。对这些实例的各种修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以将本文所定义的一般原理应用于一些实例。因此，本公开并非旨在限制于本文所示的实例，而是应被授予与所附权利要求书和本文所公开的原理和新颖特征一致的最广义的范围。

Claims (20)

1.一种用于确定电容器的异常泄漏电流的方法，所述方法包括：
标识所述电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限；
确定所述电容器的多个最近泄漏电流值，所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限是基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的；
确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限；以及
响应于确定所述当前上限大于阈值上限或所述当前下限小于阈值下限而检测所述异常泄漏电流，其中所述阈值上限是基于所述最大上限和所述最小上限确定的，并且所述阈值下限是基于所述最大下限和所述最小下限确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述最近泄漏电流值是在多个最近泄漏电流测试中确定的；并且
所述最近泄漏电流值中的每个最近泄漏电流值是在所述最近泄漏电流测试中的对应一个最近泄漏电流测试中确定的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限是在进行所述最近泄漏电流测试之前在对所述电容器进行的一或多个泄漏电流测试中确定的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述当前上限和所述当前下限包括：
确定所述最近泄漏电流值的标准偏差和均值；以及
使用所述标准偏差和所述均值确定所述当前上限和所述当前下限。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
所述当前上限是第一值和第二值之和；
所述第一值是所述均值；并且
所述第二值是所述标准偏差的倍数。
6.根据权利要求4所述的方法，其中
低上限是第一值减去第二值；
所述第一值是所述均值；并且
所述第二值是所述标准偏差的倍数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中
所述当前上限介于所述最大上限与所述最小上限之间；并且
所述当前下限介于所述最大下限与所述最小下限之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中标识所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限包括：
响应于确定第一上限大于所存储的最大上限，将所述第一上限设定为所述最大上限；
响应于确定第二上限小于所存储的最小上限，将所述第二上限设定为所述最小上限；
响应于确定第一下限大于所存储的最大下限，将所述第一下限设定为所述最大下限；以及
响应于确定第二下限小于所存储的最小下限，将所述第二下限设定为所述最小下限。
9.根据权利要求8所述的方法，其中
所述第一上限是针对多个第一泄漏电流值确定的；
所述第二上限是针对多个第二泄漏电流值确定的；
所述第一下限是针对多个第三泄漏电流值确定的；并且
所述第二下限是针对多个第四泄漏电流值确定的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中
所述阈值上限是所述最大上限和所述最小上限的平均值；并且
所述阈值下限是所述最大下限和所述最小下限的平均值。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括基于两个漏极电流确定所述最近泄漏电流值中的每个最近泄漏电流值。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
使用第一负载确定第一漏极电流；
使用第二负载确定第二漏极电流；以及
至少基于所述第一漏极电流和所述第二漏极电流确定所述最近泄漏电流值中的每个最近泄漏电流值。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
确定所述第一负载两端的电压下降预定电压所需的第一时间间隔；
确定所述第二负载两端的电压下降所述预定电压所需的第二时间间隔；以及
至少基于所述第一漏极电流、所述第二漏极电流、所述第一时间间隔和所述第二时间间隔确定所述最近泄漏电流值中的每个最近泄漏电流值。
14.一种用于确定电容器的异常泄漏电流的系统，所述系统包括：
处理电路，所述处理电路：
标识所述电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限；
确定所述电容器的多个最近泄漏电流值，所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限是基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的；
确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限；并且
响应于确定所述当前上限大于阈值上限或所述当前下限小于阈值下限而检测所述异常泄漏电流，其中所述阈值上限是基于所述最大上限和所述最小上限确定的，并且所述阈值下限是基于所述最大下限和所述最小下限确定的。
15.根据权利要求14所述的系统，其中
所述处理电路在多个最近泄漏电流测试中确定所述最近泄漏电流值；并且
所述最近泄漏电流值中的每个最近泄漏电流值是在所述最近泄漏电流测试中的对应一个最近泄漏电流测试中确定的。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理电路在进行所述最近泄漏电流测试之前在对所述电容器进行的一或多个泄漏电流测试中确定所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器通过以下方式确定所述当前上限和所述当前下限：
确定所述最近泄漏电流值的标准偏差和均值；以及
使用所述标准偏差和所述均值确定所述当前上限和所述当前下限。
18.根据权利要求17所述的系统，其中
所述当前上限是第一值和第二值之和；
所述第一值是所述均值；并且
所述第二值是所述标准偏差的倍数。
19.根据权利要求17所述的系统，其中
低上限是第一值减去第二值；
所述第一值是所述均值；并且
所述第二值是所述标准偏差的倍数。
20.一种系统，其包括：
电容器；以及
电源管理器，所述电源管理器包括具有第一负载和第二负载的处理电路，所述处理电路：
存储所述电容器的最大上限、最小上限、最大下限和最小下限；
使用所述第一负载和所述第二负载确定所述电容器的多个最近泄漏电流值，所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限是基于不同于所述最近泄漏电流值的泄漏电流值确定的；
确定所述最近泄漏电流值的当前上限和当前下限；并且
基于所述当前上限、所述当前下限、所述最大上限、所述最小上限、所述最大下限和所述最小下限检测所述异常泄漏电流。
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