CN115691584A - 包括用于次电源的保护电路的存储设备以及控制次电源的方法 - Google Patents

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CN115691584A CN202210791228.1A CN202210791228A CN115691584A CN 115691584 A CN115691584 A CN 115691584A CN 202210791228 A CN202210791228 A CN 202210791228A CN 115691584 A CN115691584 A CN 115691584A
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Abstract

一种存储设备，包括次电源、充电电路、保护电路和主系统。次电源包括多个电容器，基于充电电压被充电，以及产生内部电源电压。充电电路基于外部电源电压来产生充电电压。保护电路监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，并阻断至少一个有缺陷的电容器。主系统基于外部或内部电源电压进行操作。保护电路包括多个电阻器、多个晶体管、以及控制电路。控制电路使用多个电阻器和与多个电容器相关联的多个电流来监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，并使用多个晶体管和多个控制信号来阻断至少一个有缺陷的电容器。

Description

包括用于次电源的保护电路的存储设备以及控制次电源的 方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2021年7月29日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.10-2021-0099760的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
示例实施例总体上涉及半导体集成电路，并且更具体地，涉及包括用于次电源的保护电路的存储设备以及控制次电源的方法。
背景技术
某些类型的数据存储设备包括一个或多个半导体存储设备。这种数据存储设备的示例包括固态驱动器(SSD)。与硬盘驱动器(HDD)相比，这些类型的数据存储设备可以具有各种设计和/或性能优点。潜在优点的示例包括不存在移动机械部件、更高的数据存取速度、稳定性、耐用性和/或低功耗。最近，各种系统(例如，膝上型计算机、汽车、飞机、无人机等)都已经采用SSD进行数据存储。
包括存储控制器、易失性存储器和非易失性存储器的存储设备通常通过接收外部供应的电力来操作。在存储设备的操作过程中，可能会发生电源突然中断的突然断电(SPO)事件。存储控制器使用易失性存储器存储数据，因此当SPO事件发生时，易失性存储器中存储的数据可能会丢失，或者非易失性存储器中正在进行的操作(例如，擦除操作、写入操作等)可能无法完成。因此，存储设备可以使用次电源完成正在进行的操作，并且可以执行数据备份操作。
发明内容
本公开的至少一个示例实施例提供了一种包括保护电路的存储设备，该保护电路能够检测存储设备中包括的次电源上的缺陷并在检测到缺陷时保护整个系统。
本公开的至少一个示例实施例提供了一种由存储设备执行的控制次电源的方法。
根据本公开的一个方面，提供了一种存储设备，该存储设备包括：次电源，包括多个电容器，所述次电源被配置为基于充电电压被充电，并被配置为产生内部电源电压；充电电路，被配置为基于外部电源电压产生充电电压；保护电路，被配置为检测多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，并且被配置为基于多个电容器中的至少一个电容器被检测为有缺陷，去激活多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器；以及主系统，被配置为基于外部电源电压或内部电源电压进行操作，并且其中保护电路包括：多个电阻器，连接到多个电容器的第一端；多个晶体管，连接到多个电容器的第二端；以及控制电路，被配置为基于与多个电容器相关联的多个电流中的第一电流来检测多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，该第一电流与多个电容器中的至少一个电容器相关联，并且控制电路被配置为通过向多个晶体管中的与多个电容器中的至少一个电容器相关联的至少一个晶体管输出控制信号，去激活至少一个有缺陷的电容器。
根据本公开的另一方面，提供了一种控制次电源的方法，该次电源包括多个电容器并且被配置为基于充电电压产生内部电源电压，该方法包括：基于充电电压对多个电容器进行充电，充电电压基于外部电源电压来产生，其中多个电阻器连接到多个电容器的第一端，并且多个晶体管连接到多个电容器的第二端；基于与多个电容器相关联的多个电流中的第一电流来检测多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，该第一电流与多个电容器中的至少一个电容器相关联；以及基于多个电容器中的至少一个电容器被检测为有缺陷，通过向多个晶体管中的与多个电容器中的至少一个电容器相关联的至少一个晶体管输出第一控制信号，去激活多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器。
根据本公开的另一方面，提供了一种存储设备，该存储设备包括：次电源，包括第一电容器至第N电容器，所述次电源被配置为基于充电电压被充电，并且被配置为产生内部电源电压，其中N为大于或等于2的自然数；充电电路，被配置为基于外部电源电压产生充电电压；保护电路，被配置为检测第一电容器至第N电容器中的至少一个是否有缺陷，并且被配置为基于第一电容器至第N电容器中的至少一个电容器被检测为有缺陷，仅去激活第一电容器至第N电容器中的至少一个有缺陷的电容器；以及主系统，被配置为基于外部电源电压或内部电源电压进行操作，并且其中保护电路包括：第一电阻器至第N电阻器，连接在充电电压与第一电容器至第N电容器的第一端之间；第一晶体管至第N晶体管，连接在第一电容器至第N电容器的第二端与地电压之间，并且被配置为接收第一控制信号至第N控制信号；以及控制电路，被配置为：使用第一电阻器至第N电阻器，依次感测第一电容器至第N电容器的第一端处的第一电压至第N电压；基于充电电压和第一电压至第N电压，依次计算与第一电容器至第N电容器相关联的第一电流至第N电流；通过依次将第一电流至第N电流与参考电流进行比较，依次确定第一电容器至第N电容器是否有缺陷；基于确定第一电容器有缺陷，激活第一控制信号并记录第一缺陷信息；以及基于确定第一电容器至第N电容器全部正常，产生用于补偿由第一电阻器至第N电阻器和第一晶体管至第N晶体管产生的电压降的充电电压控制信号，该第一缺陷信息表示第一电容器有缺陷，其中，基于确定第一电容器有缺陷，基于激活的第一控制信号，与第一电容器相对应的第一晶体管被关断，并且与第一电容器相关联的电源路径被禁用，以及其中，基于确定第一电容器至第N电容器全部正常，该充电电路被配置为基于充电电压控制信号来增加充电电压的电平。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：内部电源，被配置为产生内部电源电压，内部电源包括多个电容器，该多个电容器被配置为基于充电电压被充电；以及保护电路，该保护电路包括：多个电阻器，连接到多个电容器；多个晶体管，连接到多个电容器；以及控制电路，被配置为：基于在多个电阻器中的与第一电容器连接的第一电阻器两端检测到的第一电压来计算与多个电容器中的第一电容器相关联的第一电流，将第一电流与参考电流进行比较，以及基于第一电流大于参考电流来去激活第一电容器。
附图说明
根据以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解说明性、非限制性示例实施例。
图1是示出了根据示例实施例的存储设备的框图。
图2是示出了图1的存储设备中包括的主系统的示例的框图。
图3是示出了图2的主系统中包括的存储控制器的示例的框图。
图4是示出了图2的主系统中包括的非易失性存储器的示例的框图。
图5是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。
图6是示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图。
图7是示出了在图6中监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷的示例的流程图。
图8是示出了在图7中感测多个电压的示例的流程图。
图9是示出了在图7中计算多个电流的示例的流程图。
图10和图11是示出了在图7中确定多个电容器是否有缺陷的示例的流程图。
图12是示出了在图7中感测多个电压、计算多个电流、以及确定多个电容器是否有缺陷的示例的流程图。
图13是示出了在图6中去激活至少一个有缺陷的电容器的示例的流程图。
图14是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。
图15是示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图。
图16是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。
图17是示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图。
图18是示出了在图17中监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷并执行缺陷防止功能或预先通知功能的示例的流程图。
图19是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。
图20A、图20B、图21A和图21B是用于描述存储设备的配置和操作的图，该存储设备执行根据示例实施例的控制次电源的方法。
图22是示出了包括根据示例实施例的存储设备在内的数据中心的框图。
具体实施方式
将参考附图更全面地描述各种示例实施例，在附图中示出了实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为受限于本文所阐述的实施例。在本申请中，类似的附图标记表示类似的元件。
图1是示出了根据示例实施例的存储设备的框图。
参考图1，存储设备100包括次电源110、充电电路120、保护电路130和主系统150。
主系统150针对存储设备100的操作执行各种任务和/或功能，并且基于外部电源电压VEXT或内部电源电压VINT来操作。
外部电源电压VEXT可以由位于或设置在存储设备100外部的主电源(或主电源设备)200提供或供应。内部电源电压VINT可以由位于或设置在存储设备100内部的次电源(或辅助电源设备)110提供或供应。可以取决于外部电源电压VEXT是否正常地供应给存储设备100来改变向主系统150供电的方案，这将参考图21A和图21B进行描述。
在一些示例实施例中，存储设备100中包括的主系统150可以包括存储控制器、多个非易失性存储器和缓冲存储器。将参考图2至图4描述主系统150中包括的组件的详细配置。然而，示例实施例不限于用作存储介质的存储设备，并且可以被应用、采用或扩展到各种电子设备中的至少一个。例如，各种电子设备可以包括个人计算机(PC)、服务器计算机、数据中心、工作站、移动电话、智能电话、平板电脑、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、便携式游戏机、音乐播放器、摄像机、视频播放器、导航设备、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、万物联网(IoE)设备、电子书阅读器、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备、机器人设备、无人机等。
次电源110包括多个电容器，并且次电源110基于充电电压VSTRG被充电，并产生内部电源电压VINT。将参考图5和图19描述次电源110的详细配置。
充电电路120基于外部电源电压VEXT产生充电电压VSTRG。在一些示例实施例中，如将参考图14描述的，充电电路120可以另外接收充电电压控制信号VSTRG_CONT，并且可以基于充电电压控制信号VSTRG_CONT来调整和/或改变充电电压VSTRG的电平。
在一些示例实施例中，充电电路120可以包括DC-DC转换器，DC-DC转换器将作为直流(DC)电压的外部电源电压VEXT转换为作为DC电压的充电电压VSTRG。例如，充电电路120可以具有对应于降压转换器的配置，该降压转换器将相对较高的DC电压转换为相对较低的DC电压。又例如，充电电路120可以具有对应于升压转换器的配置，该升压转换器将相对较低的DC电压转换为相对较高的DC电压。备选地，充电电路120可以具有对应于升降压转换器的配置，该升降压转换器将输入的DC电压转换为相对较高的DC电压和相对较低的DC电压。
保护电路130监控多个电容器中的至少一个是否有缺陷，并且当多个电容器中的至少一个有缺陷时去激活多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器。例如，保护电路130检测多个电容器中的至少一个电容器上是否发生缺陷或故障，并且当多个电容器中的至少一个电容器有缺陷时，阻断多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器。根据示例实施例，保护电路130通过阻断或禁用至少一个有缺陷的电容器在次电源中进行的操作，从而禁用多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器。保护电路130包括多个电阻器132、多个晶体管134和控制电路136。
多个电阻器132连接到多个电容器的第一端。多个晶体管134连接到多个电容器的第二端。
在一些示例实施例中，如将参考图5描述的，多个电容器的数量、多个电阻器132的数量和多个晶体管134的数量可以彼此相等，并且多个电阻器132中的相应一个和多个晶体管134中的相应一个可以连接到和/或分配给多个电容器中的相应一个。换言之，根据示例实施例，与多个电容器相关联的电源路径可以单独地、独立地、以及分开地设计。
在其他示例实施例中，如将参考图19描述的，多个电容器可以被分组为多个电容器组，每个电容器组包括一个或多个电容器，多个电容器组的数量、多个电阻器132以及多个晶体管134的数量可以彼此相等，并且多个电阻器132中的相应一个和多个晶体管134中的相应一个可以连接到和/或分配给多个电容器组中的相应一个。换言之，根据示例实施例，与多个电容器组相关联的电力路径可以单独地、独立地、以及分开地设计。
将参考图5和图19描述多个电容器以及与其相关的多个电阻器132和多个晶体管134的详细配置。
控制电路136使用多个电阻器132和与多个电容器相关联的多个电流ICS来监控多个电容器中的至少一个是否有缺陷，并使用多个晶体管134和多个控制信号CONT去激活至少一个有缺陷的电容器。控制电路136可以使用多个电阻器132来测量多个电流ICS。例如，控制电路136可以感测在多个电容器的第一端处的多个电压VS，并且可以基于多个电压VS来计算多个电流ICS，而不是直接从多个电容器感测多个电流ICS。
在一些示例实施例中，充电电路120和保护电路130可以被包括在相同芯片(或相同集成电路(IC))中。在其他示例实施例中，充电电路120和保护电路130可以被包括在不同的芯片中。将参考图20A和图20B描述充电电路120和保护电路130的详细布置。
存储设备100以及其中包括的次电源110、充电电路120和保护电路130可以执行根据示例实施例的控制次电源的方法，这将参考图6、图15和图17进行描述。
根据示例实施例的存储设备100可以包括保护电路130。保护电路130可以包括多个电阻器132和多个晶体管134，并且与次电源110中包括的多个电容器相关联的电源路径可以使用多个电阻器132和多个晶体管134单独地、独立地、以及分开地设计。因此，当特定电容器出现缺陷或故障时，可以仅去激活有缺陷的电容器，从而可以防止整个系统不可用并且可以保护整个系统。
图2是示出了图1的存储设备100中包括的主系统的示例的框图。
参考图2，主系统300可以包括存储控制器310、多个非易失性存储器(NVM)320a、320b和320c、以及缓冲存储器330。
存储控制器310可以基于从外部主机设备接收到的命令和数据，控制包括主系统300的存储设备(例如，图1的存储设备100)的操作和/或多个非易失性存储器320a、320b和320c的操作。
多个非易失性存储器320a、320b和320c可以由存储控制器310控制，并且可以存储多个数据。例如，多个非易失性存储器320a、320b和320c可以存储元数据、各种用户数据等。即，根据各种示例实施例，多个非易失性存储器320a、320b和320c可以存储各种类型的数据。
在一些示例实施例中，多个非易失性存储器320a、320b和320c中的每一个可以包括NAND闪存。在其他示例实施例中，多个非易失性存储器320a、320b和320c中的每一个可以包括以下之一：电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、聚合物随机存取存储器(PoRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)等。
缓冲存储器330可以由存储控制器310控制，可以存储由存储控制器310执行和/或处理的指令和/或数据，并且可以临时存储已存储在或要存储在多个非易失性存储器320a、320b和320c中的数据。例如，缓冲存储器330可以包括各种易失性存储器中的至少一种，例如动态随机存取存储器(DRAM)等。
在一些示例实施例中，存储设备可以是固态驱动器(SSD)。在其他示例实施例中，存储设备可以是通用闪存(UFS)、多媒体卡(MMC)或嵌入式多媒体卡(eMMC)。在又其他示例实施例中，存储设备可以是以下之一：安全数字(SD)卡、微型SD卡、记忆棒、芯片卡、通用串行总线(USB)卡、智能卡、紧凑型闪存(CF)卡等。
在一些示例实施例中，存储设备可以经由可成块存取接口(block accessibleinterface)连接到主机设备，该可成块存取接口可以包括例如UFS、eMMC、串行高级技术附件(SATA)总线、非易失性存储器快速(NVMe)总线、小型计算机系统接口(SCSI)总线、串行附接SCSI(SAS)总线等。存储设备可以使用与多个非易失性存储器320a、320b和320c的存取大小相对应的可成块存取地址空间，向主机设备提供可成块存取接口，从而允许以存储块为单位对多个非易失性存储器320a、320b和320c中存储的数据进行存取。
图3是示出了图2的主系统中包括的存储控制器的示例的框图。
参考图3，存储控制器400可以包括至少一个处理器410、存储器420、主机接口(I/F)430、纠错码(ECC)引擎440、存储器接口(I/F)450和高级加密标准(AES)引擎460。
处理器410可以响应于经由主机接口430从外部主机设备接收到的命令来控制存储控制器400的操作。在一些示例实施例中，处理器410可以通过使用用于操作包括存储控制器400在内的存储设备(例如，图1的存储设备100)的固件，来控制各个组件。根据示例实施例，主机设备可以是与存储设备进行通信以存取数据的电子设备。然而，本公开不限于此。
存储器420可以存储由处理器410执行和处理的指令和数据。例如，存储器420可以包括易失性存储器，例如DRAM、静态随机存取存储器(SRAM)、高速缓冲存储器等。
用于纠错的ECC引擎440可以使用Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码、低密度奇偶校验(LDPC)码、turbo码、里德所罗门(Reed-Solomon)码、卷积码、递归系统码(RSC)、网格编码调制(TCM)、块编码调制(BCM)等来执行编码调制，或者可以使用上述代码或其他纠错码执行ECC编码和ECC解码。
主机接口430可以提供主机设备与存储设备之间的物理连接。主机接口430可以提供与主机的总线格式相对应的接口，以用于主机设备与存储设备之间的通信。在一些示例实施例中，主机设备的总线格式可以是SCSI或SAS接口。在其他示例实施例中，主机设备的总线格式可以是USB、外围组件互连快速(PCIe)、高级技术附件(ATA)、并行ATA(PATA)、SATA、NVMe等格式。
存储器接口450可以与存储设备中包括的非易失性存储器(例如，图2中的非易失性存储器320a、320b和320c)交换数据。存储器接口450可以将数据传输到非易失性存储器，或者可以接收从非易失性存储器读取的数据。在一些示例实施例中，存储器接口450可以经由一个通道连接到非易失性存储器。在其他示例实施例中，存储器接口450可以经由两个或更多个通道连接到非易失性存储器。例如，存储器接口450可以被配置为遵守诸如Toggle或开放NAND闪存接口(ONFI)之类的标准协议。
AES引擎460可以通过使用对称密钥算法，对输入到存储控制器400的数据执行加密操作和解密操作中的至少一种。根据示例实施例，AES引擎460可以包括加密模块和解密模块。例如，加密模块和解密模块可以实现为单独的模块。又例如，可以在AES引擎460中实现一个能够执行加密和解密两种操作的模块。
图4是示出了图2的主系统中包括的非易失性存储器的示例的框图。
参考图4，非易失性存储器500可以包括存储单元阵列510、地址解码器520、页缓冲器电路530、数据输入/输出(I/O)电路540、电压发生器550和控制电路560。
存储单元阵列510可以经由多个串选择线SSL、多个字线WL和多个地选择线GSL连接到地址解码器520。存储单元阵列510还可以经由多个位线BL连接到页缓冲器电路530。存储单元阵列510可以包括连接到多个字线WL和多个位线BL的多个存储单元(例如，多个非易失性存储单元)。可以将存储单元阵列510划分为多个存储块BLK1、BLK2...BLKz，多个存储块BLK1、BLK2...BLKz中的每一个存储块包括存储单元。此外，多个存储块BLK1、BLK2...BLKz中的每一个可以被划分为多个页。
在一些示例实施例中，多个存储单元可以以二维(2D)阵列结构或三维(3D)竖直阵列结构来布置。3D竖直阵列结构可以包括竖直取向的竖直单元串，使得至少一个存储单元位于另一个存储单元上方。至少一个存储单元可以包括电荷俘获层。以下专利文献(通过引用整体并入本文)描述了用于包括3D竖直阵列结构的存储单元阵列的适当结构，其中3D存储阵列被配置为多个层级，并在层级之间共享字线和/或位线：美国专利号No.7,679,133；8,553,466；8,654,587；8,559,235；以及美国专利公开号No.2011/0233648。
控制电路560可以从外部(例如，主机设备和/或存储控制器)接收命令CMD和地址ADDR，并且可以基于命令CMD和地址ADDR来控制非易失性存储器500的擦除、编程和读取操作。擦除操作可以包括执行一系列擦除循环，并且编程操作可以包括执行一系列编程循环。每一个编程循环可以包括编程操作和编程验证操作。每一个擦除循环可以包括擦除操作和擦除验证操作。读取操作可以包括正常读取操作和数据恢复读取操作。
例如，控制电路560可以产生用于控制电压发生器550的控制信号CON，可以基于命令CMD产生用于控制页缓冲器电路530的控制信号PBC，并且可以基于地址ADDR产生行地址R_ADDR和列地址C_ADDR。控制电路560可以将行地址R_ADDR提供给地址解码器520并将列地址C_ADDR提供给数据I/O电路540。
地址解码器520可以经由多个串选择线SSL、多个字线WL和多个地选择线GSL连接到存储单元阵列510。
例如，在数据擦除/写入/读取操作中，基于行地址R_ADDR，地址解码器520可以确定多个字线WL中的至少一个为所选择的字线，并且可以确定多个字线WL中除所选字线之外的其余或剩余字线为未选择的字线。
此外，在数据擦除/写入/读取操作中，基于行地址R_ADDR，地址解码器520可以确定多个串选择线SSL中的至少一个为所选择的串选择线，并且可以确定多个串选择线SSL中除所选串选择线之外的其余或剩余串选择线为未选择的串选择线。
此外，在数据擦除/写入/读取操作中，基于行地址R_ADDR，地址解码器520可以确定多个地选择线GSL中的至少一个为所选择的地选择线，并且可以确定多个地选择线GSL中除所选地选择线之外的其余或剩余地选择线为未选择的地选择线。
电压发生器550可以基于电源PWR和控制信号CON来产生非易失性存储器500的操作所需的电压VS。可以经由地址解码器520将电压VS施加到多个串选择线SSL、多个字线WL和多个地选择线GSL。此外，电压发生器550可以基于电源PWR和控制信号CON产生数据擦除操作所需的擦除电压VERS。可以直接地或经由位线BL将擦除电压VERS施加到存储单元阵列510。例如，电源电压PWR可以对应于图1中的外部电源电压VEXT或内部电源电压VINT。
例如，在擦除操作期间，电压发生器550可以将擦除电压VERS施加到存储块(例如，所选存储块)的公共源极线和/或位线BL，并且可以经由地址解码器520将擦除允许电压(例如，地电压)施加到存储块的所有字线或部分字线。此外，在擦除验证操作期间，电压发生器550可以将擦除验证电压同时施加到存储块的所有字线，或者可以将擦除验证电压逐个字线地依次施加到字线。
例如，在编程操作期间，经由地址解码器520，电压发生器550可以将编程电压施加到所选字线，并且可以将编程导通电压施加到未选择的字线。此外，在编程验证操作期间，经由地址解码器520，电压发生器550可以将编程验证电压施加到所选字线，并且可以将验证导通电压施加到未选择的字线。
此外，在正常读取操作期间，经由地址解码器520，电压发生器550可以将读取电压施加到所选字线，并且可以将读取导通电压施加到未选择的字线。在数据恢复读取操作期间，经由地址解码器520，电压发生器550可以将读取电压施加到与所选字线相邻的字线，并且可以将恢复读取电压施加到所选字线。
页缓冲器电路530可以经由多个位线BL连接到存储单元阵列510。页缓冲器电路530可以包括多个页缓冲器。在一些示例实施例中，每一个页缓冲器可以连接到一个位线。在其他示例实施例中，每一个页缓冲器可以连接到两个或更多个位线。
页缓冲器电路530可以存储要被编程到存储单元阵列510中的数据DAT，或者可以读取从存储单元阵列510感测到的数据DAT。换言之，页缓冲器电路530可以根据非易失性存储器500的操作模式，作为写入驱动器或感测放大器来进行操作。
数据I/O电路540可以经由数据线DL连接到页缓冲器电路530。基于列地址C_ADDR，数据I/O电路540可以经由页缓冲器电路530将数据DAT从非易失性存储器500的外部提供到存储单元阵列510，或者可以将数据DAT从存储单元阵列510提供到非易失性存储器500的外部。
图5是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。
参考图1和图5，存储设备100可以包括次电源110、充电电路120、多个电阻器132、多个晶体管134和控制电路136。为了便于说明，在图5中省略了主系统150。
次电源110可以包括多个电容器，其可以包括第一电容器至第N电容器C1、C2...CN，其中N是大于或等于2的自然数。多个电阻器132可以包括第一电阻器至第N电阻器R1、R2...RN。多个晶体管134可以包括第一晶体管至第N晶体管M1、M2...MN。控制电路136可以包括存储器138。图5示出了与第一电容器C1至第N电容器CN相关联的电源路径可以单独地、独立地、以及分开地设计的示例。
在一些示例实施例中，第一电容器C1至第N电容器CN可以是钽电容器。在其他示例实施例中，第一电容器C1至第N电容器CN可以是铝电容器。
第一电阻器R1至第N电阻器RN可以分别连接在充电电压VSTRG与第一电容器C1至第N电容器CN的第一端之间。例如，第一电阻器R1可以连接在充电电压VSTRG与第一电容器C1的第一端之间，第二电阻器R2可以连接在充电电压VSTRG与第二电容器C2的第一端之间，以及第N电阻器RN可以连接在充电电压VSTRG与第N电容器CN的第一端之间。
第一晶体管M1至第N晶体管MN可以分别连接在第一电容器C1至第N电容器CN的第二端与地电压之间。例如，第一晶体管M1可以连接在第一电容器C1的第二端与地电压之间，第二晶体管M2可以连接在第二电容器C2的第二端与地电压之间，以及第N晶体管MN可以连接在第N电容器CN的第二端与地电压之间。
在一些示例实施例中，第一晶体管M1至第N晶体管MN可以是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。然而，示例实施例不限于此。
第一电容器C1至第N电容器CN可以彼此并联连接。更具体地，N个电路结构可以彼此并联连接，该N个电路结构中的每一个包括一个电阻器、一个电容器和一个晶体管。例如，第一电路结构可以包括第一电阻器R1、第一电容器C1和第一晶体管M1。第二电路结构可以包括第二电阻器R2、第二电容器C2和第二晶体管M2。第N电路结构可以包括第N电阻器RN、第N电容器CN和第N晶体管MN。第一电路结构、第二电路结构和第N电路结构可以并联连接在充电电压VSTRG与地电压之间。
控制电路136可以使用第一电阻器R1至第N电阻器RN感测第一电容器C1至第N电容器CN的第一端处的第一电压至第N电压V1、V2...VN。例如，控制电路136可以使用第一电阻器R1来感测第一电容器C1的第一端处的第一电压V1，可以使用第二电阻器R2来感测第二电容器C2的第一端处的第二电压V2，以及可以使用第N电阻器RN来感测第N电容器CN的第一端处的第N电压VN。第一电压V1至第N电压VN可以对应于图1中的多个电压VS。
控制电路136可以基于充电电压VSTRG和第一电压V1至第N电压VN来计算与第一电容器C1至第N电容器CN相关联的第一电流至第N电流IC1、IC2...ICN。例如，控制电路136可以基于充电电压VSTRG和第一电压V1来计算与第一电容器C1相关联的第一电流IC1，可以基于充电电压VSTRG和第二电压V2来计算与第二电容器C2相关联的第二电流IC2，以及可以基于充电电压VSTRG和第N电压VN来计算与第N电容器CN相关联的第N电流ICN。第一电流IC1至第N电流ICN可以对应于图1中的多个电流ICS。
在一些示例实施例中，控制电路136可以包括微控制器单元(MCU)。如上所述，具有相对较小电阻的电阻器可以用于每个电容器，MCU可以使用模数转换器(ADC)读取电阻器两端之间的电压差，并且可以将电压差转换为电流，因此MCU可以监控流过每个电容器的电流。
控制电路136可以基于第一电流IC1至第N电流ICN来确定第一电容器C1至第N电容器CN是否有缺陷，并可以基于确定的结果来产生第一控制信号至第N控制信号CONT1、CONT2...CONTN。例如，控制电路136可以基于第一电流IC1来确定第一电容器C1是否有缺陷，并且可以基于确定的结果来产生施加到第一晶体管M1的栅电极的第一控制信号CONT1。控制电路136可以基于第二电流IC2来确定第二电容器C2是否有缺陷，并且可以基于确定的结果来产生施加到第二晶体管M2的栅电极的第二控制信号CONT2。控制电路136可以基于第N电流ICN来确定第N电容器CN是否有缺陷，并且可以基于确定的结果来产生施加到第N晶体管MN的栅电极的第N控制信号CONTN。第一控制信号CONT1至第N控制信号CONTN可以对应于图1中的多个控制信号CONT。
当第一电容器C1至第N电容器CN中的至少一个电容器有缺陷时，控制电路136可以激活施加到与有缺陷的电容器连接的晶体管的控制信号。例如，当第一电容器C1有缺陷时，第一控制信号CONT1可以被激活，因此第一晶体管M1可以被关断，并且与第一电容器C1相关联的电源路径可以基于被激活的第一控制信号CONT1被禁用或断开。当第二电容器C2有缺陷时，第二控制信号CONT2可以被激活，因此第二晶体管M2可以被关断，并且与第二电容器C2相关联的电源路径可以基于被激活的第二控制信号CONT2被禁用或断开。当第N电容器CN有缺陷时，第N控制信号CONTN可以被激活，因此第N晶体管MN可以被关断，并且与第N电容器CN相关联的电源路径可以基于被激活的第N控制信号CONTN被禁用或断开。
当第一电容器C1至第N电容器CN中的至少一个电容器有缺陷时，控制电路136可以将缺陷信息FI记录在存储器138中，该缺陷信息FI表示至少一个电容器有缺陷。例如，当第一电容器C1有缺陷时，可以将第一缺陷信息(例如，FI1)记录在存储器138中，该第一缺陷信息表示第一电容器C1有缺陷。当第二电容器C2有缺陷时，可以将第二缺陷信息(例如，FI2)记录在存储器138中，该第二缺陷信息表示第二电容器C2有缺陷。当第N电容器CN有缺陷时，可以将第N缺陷信息(例如，FIN)记录在存储器138中，该第N缺陷信息表示第N电容器CN有缺陷。
将参考示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图来描述控制电路136的详细操作。
图6是示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图。
参考图6，根据示例实施例的控制次电源的方法由包括次电源、充电电路和保护电路在内的存储设备执行。例如，存储设备可以如参考图1和图5所描述的来实现。根据另一示例实施例，控制次电源的方法可以由电子设备而不是存储设备来执行。例如，根据示例实施例，图5所示的次电源和保护电路可以被包括在电子设备中，在这种情况下，电子设备可以是或可以不是存储设备。
在根据示例实施例的控制次电源的方法中，次电源中包括的多个电容器基于充电电压被充电(操作S100)。例如，操作S100可以由次电源110来执行。
使用与多个电容器的第一端连接的多个电阻器和与多个电容器相关联的多个电流来监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷(操作S200)。例如，操作S200可以由保护电路130来执行，并且具体地，可以由保护电路130中包括的多个电阻器132和控制电路136来执行。将参考图7至图12详细描述操作S200。
当多个电容器中的至少一个电容器有缺陷时，使用与多个电容器的第二端连接的多个晶体管和多个控制信号，将多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器去激活(操作S300)。例如，操作S300可以由保护电路130来执行，并且具体地，可以由保护电路130中包括的多个晶体管134和控制电路136来执行。将参考图13详细描述操作S300。
在次电源和包括次电源的存储设备正在操作期间，操作S100、S200和S300可以重复执行。在一些示例实施例中，操作S100、S200和S300可以实时地连续地执行，或在运行期间连续地执行。在其他示例实施例中，操作S100、S200和S300可以以预定时间间隔周期性地或定期地执行。在又其他示例实施例中，操作S100、S200和S300可以仅在接收到外部命令时不定期地执行。
图7是示出了在图6中监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷的示例的流程图。
参考图6和图7，当使用多个电阻器和多个电流来监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷(操作S200)时，多个电容器的第一端处的多个电压可以使用多个电阻器来感测(操作S210)，可以基于充电电压和多个电压来计算多个电流(操作S220)，以及可以通过将多个电流与参考电流进行比较来确定多个电容器是否有缺陷(操作S230)。
在一些示例实施例中，如将参考图8、图9、图10和图11描述的，可以针对多个电容器中的全部依次执行操作S210中的电压感测操作，然后可以针对多个电容器中的全部依次执行操作S220中的电流计算操作，然后可以针对多个电容器中的全部依次执行操作S230中的确定操作。
在其他示例实施例中，如将参考图12描述的，可以针对多个电容器中的每一个依次执行操作S210中的电压感测操作、操作S220中的电流计算操作和操作S230中的确定操作。
在下文中，将基于图5所示的次电源110、充电电路120和保护电路130的示例来详细描述图6和图7的操作。
图8是示出了在图7中感测多个电压的示例的流程图。
参考图5、图7和图8，当使用多个电阻器感测多个电容器的第一端处的多个电压(操作S210)时，K可以在初始操作时间被设置为1，其中K是自然数(操作S201)。可以使用第K电阻器RK接收第K电容器CK的第一端处的第K电压VK(操作S211)。当K小于N时，N是多个电容器的数量(操作S203：否)，可以将K增加1(操作S205)，并且可以再次执行操作S211。可以重复执行操作S211直到K等于N。当K等于N时(操作S203：是)，该过程终止。随着操作S211在增加K的同时重复执行，可以依次接收第一电容器C1的第一端处的第一电压V1、第二电容器C2的第一端处的第二电压V2、以及第N电容器CN的第一端处的第N电压VN。
图9是示出了在图7中计算多个电流的示例的流程图。
参考图5、图7和图9，当基于充电电压和多个电压来计算多个电流(操作S220)时，操作S201、S203和S205可以分别与图8中的操作S201、S203和S205基本相同。可以使用以下等式基于充电电压VSTRG、第K电压VK和第K电阻器RK的电阻获得与第K电容器CK相关联的第K电流ICK(操作S221)：ICK＝(VSTRG-VK)/RK。随着操作S221在增加K的同时重复执行，可以依次获得与第一电容器C1相关联的第一电流IC1、与第二电容器C2相关联的第二电流IC2、以及与第N电容器CN相关联的第N电流ICN。例如，基于图9的操作S221中的等式ICK＝(VSTRG-VK)/RK，可以获得IC1＝(VSTRG-V1)/R1、IC2＝(VSTRG-V2)/R2、ICN＝(VSTRG-VN)/RN。
图10和图11是示出了在图7中确定多个电容器是否有缺陷的示例的流程图。
参考图5、图7和图10，当通过将多个电流与参考电流进行比较来确定多个电容器是否有缺陷(操作S230)时，操作S201、S203和S205可以分别与图8中的操作S201、S203和S205基本相同。可以将第K电流ICK与第一参考电流IREFS进行比较(操作S231)。当第K电流ICK大于第一参考电流IREFS(操作S231：是)时，可以确定第K电容器CK有缺陷(操作S233)。当第K电流ICK小于或等于第一参考电流IREFS(操作S231：否)时，可以确定第K电容器CK是正常的(操作S235)。随着操作S231、S233和S235在增加K的同时重复执行，可以依次确定第一电容器C1、第二电容器C2和第N电容器CN是否有缺陷。
在一些示例实施例中，第一参考电流IREFS可以具有相对较大的值，并且在操作S233中由第一参考电流IREFS检测到的缺陷或故障可以是由于短路引起的缺陷(例如，短路缺陷)。换言之，可以使用第一参考电流IREFS来检测流过第K电容器CK的过大电流。
在一些示例实施例中，第一电容器C1至第N电容器CN可以是具有相对较高的发生短路缺陷的概率的钽电容器。
参考图5、图7和图11，当通过将多个电流与参考电流进行比较来确定多个电容器是否有缺陷(操作S230)时，操作S201、S203和S205可以分别与图8中的操作S201、S203和S205基本相同。可以将第K电流ICK与第二参考电流IREFO进行比较(操作S232)。当第K电流ICK小于第二参考电流IREFO(操作S232：是)时，可以确定第K电容器CK有缺陷(操作S233)。当第K电流ICK大于或等于第二参考电流IREFO(操作S232：否)时，可以确定第K电容器CK是正常的(操作S235)。随着操作S232、S233和S235在增加K的同时重复执行，可以依次确定第一电容器C1、第二电容器C2和第N电容器CN是否有缺陷。
在一些示例实施例中，第二参考电流IREFO可以具有相对较小的值，并且在操作S233中由第二参考电流IREFO检测到的缺陷或故障可以是由于开路引起的缺陷(例如，开路缺陷)。例如，第二参考电流IREFO可以小于第一参考电流IREFS。换言之，可以使用第二参考电流IREFO来检测流过第K电容器CK的电流的中断。
在一些示例实施例中，第一电容器C1至第N电容器CN可以是具有相对较高的发生开路缺陷的概率的铝电容器。
在一些示例实施例中，可以执行图10中的操作S231和图11中的操作S232两者的确定操作。
图12是示出了在图7中感测多个电压、计算多个电流、以及确定多个电容器是否有缺陷的示例的流程图。将省略与图8、图9和图10重复的描述。
参考图5、图7和图12，操作S201、S203和S205可以分别与图8、图9和图10中的操作S201、S203和S205基本相同。操作S211可以与图8中的操作S211基本相同，而操作S221可以与图9中的操作S221基本相同。操作S231、S233和S235可以分别与图10中的操作S231、S233和S235基本相同。随着操作S211、S221、S231、S233和S235在增加K的同时重复执行，可以执行接收第一电压V1、获得第一电流IC1和针对第一电容器C1的缺陷确定的操作，然后可以执行接收第二电压V2、获得第二电流IC2和针对第二电容器C2的缺陷确定的操作，然后可以执行接收第N电压VN、获得第N电流ICN和针对第N电容器CN的缺陷确定的操作。
在一些示例实施例中，图12中的操作S231可以替换为图11中的操作S232。在一些示例实施例中，可以在图12的示例中附加执行图11中的操作S232。
图13是示出了在图6中去激活至少一个有缺陷的电容器的示例的流程图。
参考图5、图6和图13，当使用多个晶体管和多个控制信号阻断至少一个有缺陷的电容器(操作S300)时，操作S301、S303和S305可以分别与图8、图9、图10、图11和图12中的操作S201、S203、S205和S205基本相同。
当通过图10、图11和图12中的操作S233确定第K电容器CK有缺陷(操作S310：是)时，可以激活第K控制信号CONTK(操作S320)，第K晶体管MK可以被关断，并且与第K电容器CK相关联的电源路径可以基于被激活的第K控制信号CONTK被禁用(操作S330)。此外，可以记录表示第K电容器CK有缺陷的第K缺陷信息FIK(操作S340)。
例如，当第一电容器C1有缺陷时，第一控制信号CONT1可以被激活以具有逻辑高电平，第一晶体管M1可以被关断，与第一电容器C1相关联的电源路径可以基于被激活的第一控制信号CONT1被禁用，并且表示第一电容器C1有缺陷的第一缺陷信息(例如，FI1)可以被记录在存储器138中。当第二电容器C2有缺陷时，第二控制信号CONT2可以被激活以具有逻辑高电平，第二晶体管M2可以被关断，与第二电容器C2相关联的电源路径可以基于被激活的第二控制信号CONT2被禁用，并且表示第二电容器C2有缺陷的第二缺陷信息(例如，FI2)可以被记录在存储器138中。当第N电容器CN有缺陷时，第N控制信号CONTN可以被激活以具有逻辑高电平，第N晶体管MN可以被关断，与第N电容器CN相关联的电源路径可以基于被激活的第N控制信号CONTN被禁用，并且表示第N电容器CN有缺陷的第N缺陷信息(例如，FIN)可以被记录在存储器138中。
如上所述，与有缺陷的电容器相关联的电源路径可以被禁用或断开，与正常电容器相关联的电源路径可以被启用、连接或维持，并且可以通过对正常电容器进行充电来产生内部电源电压VINT。因此，当特定电容器出现缺陷或故障时，可以防止整个系统不可用并且可以保护整个系统。
在一些示例实施例中，当对存储设备100执行缺陷分析时，可以使用由操作S340记录并且表示第K电容器CK有缺陷的第K缺陷信息FIK。缺陷信息可以被称为日志信息(或日志数据)。可以使用软件来记录第K电容器CK上的缺陷的位置，可以有效地获得缺陷分析所需的数据，因此可以有效地执行缺陷分析和跟踪。
在一些示例实施例中，当存储设备100在第K电容器CK上出现缺陷并第K缺陷信息FIK被记录之后断电并且然后再次通电时，控制电路136可以基于存储器138中记录的第K缺陷信息FIK来激活第K控制信号CONTK，而不感测第K电压VK、不计算第K电流ICK、并且不对第K电容器CK是否有缺陷进行确定。此外，第K晶体管MK可以被关断，并且与第K电容器CK相关联的电源路径可以基于被激活的第K控制信号CONTK被禁用，而不感测第K电压VK、不计算第K电流ICK、并且不对第K电容器CK是否有缺陷进行确定。由于有缺陷的电容器在其被修复和/或替换之前一直存在缺陷，因此对于有缺陷的电容器，可以不再执行电压感测操作、电流计算操作和确定操作，并且可以省略这些操作。
当通过图10、图11和图12中的操作S235确定第K电容器CK正常时(操作S310：否)，第K控制信号CONTK可以被去激活(操作S350)。第K晶体管MK可以被导通，并且与第K电容器CK相关联的电源路径可以基于被去激活的第K控制信号CONTK被启用或维持，因此第K电容器CK可以正常地操作。
图14是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。将省略与图5重复的描述。
参考图1和图14，存储设备100可以包括次电源110、充电电路120a、多个电阻器132、多个晶体管134和控制电路136a。
除了控制电路136a和充电电路120a的操作被部分改变之外，图14的示例可以与图5的示例基本相同。
根据示例实施例，当确定第一电容器C1至第N电容器CN正常时，控制电路136a可以产生充电电压控制信号VSTRG_CONT，该充电电压控制信号VSTRG_CONT用于补偿由第一电阻器R1至第N电阻器RN和第一晶体管M1至第N晶体管MN产生的电压降。充电电压控制信号VSTRG_CONT可以提供给充电电路120a。例如，充电电压控制信号VSTRG_CONT可以基于内部集成电路(I2C)方案来发送。
充电电路120a可以基于充电电压控制信号VSTRG_CONT来增加充电电压VSTRG的电平。例如，充电电压VSTRG的电平可以相对于充电电压VSTRG增加第一电平与第二电平之间的差值。第一电平可以表示充电电压VSTRG的期望或目标电平，而第二电平可以表示充电电压VSTRG的由电压降降低的实际电平。
图15是示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图。将省略与图6重复的描述。
参考图15，根据示例实施例的控制次电源的方法由包括次电源、充电电路和保护电路在内的存储设备(或电子设备)执行。例如，存储设备可以如参考图1和图14所描述的来实现。
在根据示例实施例的控制次电源的方法中，操作S100、S200和S300可以分别与图6中的操作S100、S200和S300基本相同。
当多个电容器中的全部正常(操作S400：是)时，产生用于补偿由多个电阻器和多个晶体管产生的电压降的充电电压控制信号(操作S500)。例如，操作S500可以由保护电路130来执行，并且具体地，可以由保护电路130中包括的控制电路136a来执行。
基于充电电压控制信号来增加充电电压的电平(操作S600)。例如，操作S600可以由充电电路120a来执行。
当多个电容器中的至少一个电容器有缺陷时(操作S400：是)，可以不执行操作S500和S600。然而，示例实施例不限于此。例如，即使当多个电容器中的至少一个电容器有缺陷时，也可以执行类似于操作S500和S600的操作，以补偿由与除了有缺陷的电容器之外的其余电容器连接的电阻器和晶体管产生的电压降。
图16是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。将省略与图5重复的描述。
参考图1和图16，存储设备100可以包括次电源110、充电电路120、多个电阻器132、多个晶体管134和控制电路136b。
除了控制电路136b的操作被部分改变之外，图16的示例可以与图5的示例基本相同。
控制电路136b还可以执行遥测(telemetry)功能。例如，在确定第一电容器C1至第N电容器CN中的至少一个有缺陷之前，控制电路136b可以执行缺陷防止功能或预先通知功能以产生第一通知信号NS1。当确定第一电容器C1至第N电容器CN中的至少一个电容器有缺陷时，控制电路136b可以产生第二通知信号NS2。例如，第一通知信号NS1和第二通知信号NS2可以提供给外部主机设备以用于指示存储设备100的状态。
在一些示例实施例中，可以使用两个或更多个不同的参考电流来产生第一通知信号NS1和第二通知信号NS2。例如，表示第一电容器C1至第N电容器CN中的至少一个电容器上出现缺陷的概率增加(例如，增加得高于参考概率)的第一通知信号NS1可以通过将具有相对较低电平的第一参考电流与第一电流IC1至第N电流ICN进行比较来产生。表示第一电容器C1至第N电容器CN中的至少一个电容器上出现缺陷的第二通知信号NS2可以通过将具有相对较高电平的第二参考电流与第一电流IC1至第N电流ICN进行比较来产生。
在一些示例实施例中，当周期性地执行监控操作时，可以取决于是否产生了第一通知信号NS1来改变监控操作的周期或循环期。例如，当未产生第一通知信号NS1时，可以以第一间隔(即，第一周期)重复执行监控操作。在产生第一通知信号NS1之后，可以以第二间隔(即，短于第一周期的第二周期)重复执行监控操作。
在一些示例实施例中，保护电路130中包括的控制电路可以被实现为包括图14的配置和图16的配置两者。
图17是示出了根据示例实施例的控制次电源的方法的流程图。将省略与图6重复的描述。
参考图17，根据示例实施例的控制次电源的方法由包括次电源、充电电路和保护电路在内的存储设备(或电子设备)执行。例如，存储设备可以如参考图1和图16所描述的来实现。
在根据示例实施例的控制次电源的方法中，操作S100、S200和S300可以分别与图6中的操作S100、S200和S300基本相同。
针对多个电容器中的至少一个电容器执行缺陷防止功能或预先通知功能(操作S700)。操作S700可以在多个电容器中的至少一个电容器上出现缺陷之前执行，例如，可以在执行操作S300之前执行。例如，操作S700可以由保护电路130来执行，并且具体地，可以由保护电路130中包括的控制电路136b来执行。
在一些示例实施例中，根据示例实施例的控制次电源的方法可以被实现为执行图15中的操作S400、S500和S600以及图17中的操作S700中的全部操作。
图18是示出了在图17中监控多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷并执行缺陷防止功能或预先通知功能的示例的流程图。将省略与图10重复的描述。
参考图7、图16、图17和图18，可以首先执行图8和图9的与图7中的操作S210和S220相对应的操作，然后可以执行图7中的操作S230和图17中的操作S700。
当确定多个电容器是否有缺陷(操作S230)时，并且当针对多个电容器中的至少一个电容器执行缺陷防止功能或预先通知功能(操作S700)时，操作S201、S203和S205可以分别与图10中的操作S201、S203和S205基本相同。可以将第K电流ICK与第一参考电流IREFS1和第二参考电流IREFS2中的至少一个进行比较，该第二参考电流IREFS2大于第一参考电流IREFS1(操作S231a和S231b)。当第K电流ICK大于第一参考电流IREFS1(操作S231a：是)时，可以产生表示第K电容器CK上出现缺陷的概率增加的第一通知信号NS1(操作S710)。当第K电流ICK大于第二参考电流IREFS2(操作S231b：是)时，可以确定在第K电容器CK上出现缺陷，并且可以产生表示在第K电容器CK上出现缺陷的第二通知信号NS2(操作S234)。当第K电流ICK小于或等于第一参考电流IREFS1(操作S231a：否)时，可以确定第K电容器CK是正常的(操作S235)。当第K电流ICK大于第一参考电流IREFS1且小于或等于第二参考电流IREFS2(操作S231a：是，并且操作S231b：否)时，也可以确定第K电容器CK是正常的(操作S235)。
在一些示例实施例中，第一参考电流IREFS1和第二参考电流IREFS2可以是用于检测短路缺陷的参考电流。例如，第二参考电流IREFS2可以基本等于图10中的第一参考电流IREFS，而第一参考电流IREFS1可以小于图10中的第一参考电流IREFS。
在一些示例实施例中，可以使用用于检测开路缺陷的第三参考电流(例如，IREFO1)和第四参考电流(例如，IREFO2)。例如，操作S231a可以替换为确定第K电流ICK是否小于第三参考电流的操作，而操作S231b可以替换为确定第K电流ICK是否小于第四参考电流的操作，该第四参考电流小于第三参考电流。例如，第四参考电流可以基本等于图11中的第二参考电流IREFO，而第三参考电流可以大于图11中的第二参考电流IREFO。
图19是示出了图1的存储设备中包括的次电源和保护电路的示例的图。将省略与图5重复的描述。
参考图1和图19，存储设备100可以包括次电源110a、充电电路120、多个电阻器132、多个晶体管134和控制电路136。
除了次电源110a的配置被改变之外，图19的示例可以与图5的示例基本相同。
次电源110a可以包括第一电容器组至第N电容器组CG1、CG2...CGN。第一电容器组CG1可以包括第一至第X电容器C11...C1X，其中X是大于或等于2的自然数。第二电容器组CG2可以包括第一至第Y电容器C21...C2Y，其中Y是大于或等于2的自然数。第N电容器组CGN可以包括第一至第Z电容器CN1...CNZ，其中Z是大于或等于2的自然数。图19示出了与第一电容器组CG1至第N电容器组CGN相关联的电源路径可以单独地、独立地、以及分开地设计的示例。
当至少一个电容器有缺陷时，与包括有缺陷的电容器的电容器组相关联的电源路径可以被禁用或断开。禁用电源路径的详细操作可以与参考图5描述的操作基本相同。在一些示例实施例中，充电电路120和控制电路136可以替换为图14中的充电电路120a和控制电路136a，以及/或者控制电路136可以替换为图16中的控制电路136b。
图20A、图20B、图21A和图21B是用于描述执行根据示例实施例的控制次电源的方法的存储设备的配置和操作的图。
参考图20A，存储设备可以包括断电保护(PLP)IC 600a和控制器IC 700a。PLP IC600a可以包括次电源110、充电电路120和保护电路130。控制器IC 700a可以包括存储控制器310。一个IC可以代表单独的芯片或封装。图20A示出了充电电路120和保护电路130被包括在相同芯片中的示例。
参考图20B，存储设备可以包括PLP IC 600b和控制器IC 700b。PLP IC 600b可以包括次电源110和充电电路120。控制器IC 700b可以包括保护电路130和存储控制器310。图20B示出了充电电路120和保护电路130被包括在不同芯片中的示例。
参考图21A，当外部电源电压VEXT正常地供应给存储设备时，基于外部电源电压VEXT产生的电源PWR_VEXT可以通过PLP IC600和电源管理集成电路(PMIC)900供应给存储控制器310、非易失性存储器320和缓冲存储器330。换言之，主系统300可以基于外部电源电压VEXT操作。
参考图21B，当外部电源电压VEXT被阻断或切断时(例如，当突然断电(SPO)事件发生时)，次电源110可以产生内部电源电压VINT，并且基于内部电源电压VINT产生的电源PWRVINT可以通过PLP IC 600和PMIC 900供应给存储控制器310、非易失性存储器320和缓冲存储器330。换言之，主系统300可以基于内部电源电压VINT来操作。
图22是示出了包括根据示例实施例的存储设备在内的数据中心的框图。
参照图22，数据中心3000可以是收集各种类型的数据并提供各种服务的设施，并且可以被称为数据存储中心。数据中心3000可以是用于操作搜索引擎和数据库的系统，并且可以是由诸如银行或政府机构之类的公司使用的计算系统。数据中心3000可以包括应用服务器3100至3100n和存储服务器3200至3200m。应用服务器3100至3100n的数量和存储服务器3200至3200m的数量可以根据示例实施例有多种选择，并且应用服务器3100至3100n的数量和存储服务器3200至3200m的数量可以彼此不同。
应用服务器3100可以包括至少一个处理器3110和至少一个存储器3120，而存储服务器3200可以包括至少一个处理器3210和至少一个存储器3220。将作为示例描述存储服务器3200的操作。处理器3210可以控制存储服务器3200的整体操作，并且可以存取存储器3220以执行存储器3220中加载的指令和/或数据。存储器3220可以包括以下至少一种：双倍数据速率(DDR)同步动态随机存取存储器(SDRAM)、高带宽存储器(HBM)、混合存储器立方体(HMC)、双列直插式存储器模块(DIMM)、Optane DIMM、非易失性DIMM(NVDIMM)等。存储服务器3200中包括的处理器3210的数量和存储器3220的数量可以根据示例实施例有多种选择。在一些示例实施例中，处理器3210和存储器3220可以提供处理器-存储器对。在一些示例实施例中，处理器3210的数量和存储器3220的数量可以彼此不同。处理器3210可以包括单核处理器或多核处理器。存储服务器3200的上述描述可以类似地应用于应用服务器3100。应用服务器3100可以包括至少一个存储设备3150，而存储服务器3200可以包括至少一个存储设备3250。在一些示例实施例中，应用服务器3100可以不包括存储设备3150。存储服务器3200中包括的存储设备3250的数量可以根据示例实施例有多种选择。
应用服务器3100至3100n和存储服务器3200至3200m可以通过网络3300彼此通信。网络3300可以使用光纤通道(FC)或以太网来实现。FC可以是用于相对较高速度数据传输的介质，并且可以使用提供高性能和/或高可用性的光开关。根据网络3300的接入方案，存储服务器3200至3200m可以被提供为文件存储器、块存储器或对象存储器。
在一些示例实施例中，网络3300可以是仅存储器网络或专用于存储器的网络，例如存储区域网络(SAN)。例如，SAN可以是使用FC网络并根据FC协议(FCP)实现的FC-SAN。又例如，SAN可以是IP-SAN，其使用传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)网络并且根据iSCSI(TCP/IP上SCSI或互联网SCSI)协议来实现。在其他示例实施例中，网络3300可以是通用或普通网络，例如TCP/IP网络。例如，网络3300可以根据诸如以太网上FC(FCoE)、网络附接存储(NAS)、Fabrics上非易失性存储器快速(NVMe)(NVMe-oF)等协议中的至少一种来实现。
在下文中，将基于应用服务器3100和存储服务器3200来描述示例实施例。应用服务器3100的描述可以应用于其他应用服务器3100n，并且存储服务器3200的描述可以应用于其他存储服务器3200m。
应用服务器3100可以通过网络3300将用户或客户请求存储的数据存储在存储服务器3200至3200m中的一个中。另外，应用服务器3100可以通过网络3300从存储服务器3200至3200m中的一个获得用户或客户请求读取的数据。例如，应用服务器3100可以实现为web服务器或数据库管理系统(DBMS)。
应用服务器3100可以通过网络3300存取其他应用服务器3100n中包括的存储器3120n或者存储设备3150n，以及/或者可以通过网络3300存取存储服务器3200至3200m中包括的存储器3220至3220m或者存储设备3250至3250m。因此，应用服务器3100可以对应用服务器3100至3100n和/或存储服务器3200至3200m中存储的数据执行各种操作。例如，应用服务器3100可以执行用于在应用服务器3100至3100n和/或存储服务器3200至3200m之间移动或复制数据的命令。数据可以直接或通过存储服务器3200至3200m的存储器3220至3220m从存储服务器3200至3200m的存储设备3250至3250m传输到应用服务器3100至3100n的存储器3120至3120n。例如，通过网络3300传输的数据可以是用于安全或隐私的加密数据。
在存储服务器3200中，接口3254可以提供处理器3210与控制器3251之间的物理连接、以及/或者网络接口卡(NIC)3240与控制器3251之间的物理连接。例如，接口3254可以基于直接附接存储(DAS)方案来实现，在该直接附接存储(DAS)方案中存储设备3250与专用电缆直接连接。例如，接口3254可以基于以下各种接口方案中的至少一种来实现：例如高级技术附件(ATA)、串行ATA(SATA)、外部SATA(e-SATA)、小型计算机系统接口(SCSI)、串行连接SCSI(SAS)、外围组件互连(PCI)、PCI快速(PCIe)、NVMe、IEEE1394、通用串行总线(USB)、安全数字(SD)卡接口、多媒体卡(MMC)接口、嵌入式MMC(eMMC)接口、通用闪存(UFS)接口、嵌入式UFS(eUFS)接口、紧凑型闪存(CF)卡接口等。
存储服务器3200还可以包括开关3230和NIC 3240。在处理器3210的控制下，开关3230可以选择性地将处理器3210与存储设备3250连接，或者可以选择性地将NIC 3240与存储设备3250连接。类似地，应用服务器3100还可以包括开关3130和NIC 3140。
在一些示例实施例中，NIC 3240可以包括网络接口卡、网络适配器等。NIC 3240可以通过有线接口、无线接口、蓝牙接口、光学接口等连接到网络3300。NIC 3240还可以包括内部存储器、数字信号处理器(DSP)、主机总线接口等，并且可以通过主机总线接口连接到处理器3210和/或开关3230。主机总线接口可以实现为接口3254的上述示例之一。在一些示例实施例中，NIC 3240可以与处理器3210、开关3230和存储设备3250中的至少一个集成。
在存储服务器3200至3200m和/或应用服务器3100至3100n中，处理器可以向存储设备3150至3150n和3250至3250m或者存储器3120至3120n和3220至3220m发送命令以编程或读取数据。例如，数据可以是由纠错码(ECC)引擎进行了纠错的数据。例如，数据可以通过数据总线反转(DBI)或数据屏蔽(DM)来处理，并且可以包括循环冗余码(CRC)信息。例如，为了安全或隐私，数据可以是加密数据。
存储设备3150至3150n和3250至3250m可以响应于从处理器接收到的读取命令而向NAND闪存设备3252至3252m发送控制信号和命令/地址信号。当从NAND闪存设备3252至3252m读取数据时，读取使能(RE)信号可以作为数据输出控制信号被输入并可以用于将数据输出到DQ总线。可以使用RE信号产生数据选通信号(DQS)。命令和地址信号可以基于写入使能(WE)信号的上升沿或下降沿锁存在页缓冲器中。
控制器3251可以控制存储设备3250的整体操作。在一些示例实施例中，控制器3251可以包括静态随机存取存储器(SRAM)。控制器3251可以响应于写入命令将数据写入NAND闪存设备3252中，或者可以响应于读取命令从NAND闪存设备3252读取数据。例如，可以从存储服务器3200中的处理器3210、其他的存储服务器3200m中的处理器3210m、或应用服务器3100至3100n中的处理器3110至3110n提供写入命令和/或读取命令。DRAM 3253可以临时存储(例如，可以缓冲)要写入NAND闪存设备3252的数据或从NAND闪存设备3252读取的数据。此外，DRAM 3253可以存储元数据。元数据可以是用户数据或由控制器3251产生以管理NAND闪存设备3252的数据。
存储设备3250可以是根据示例实施例的存储设备，并且可以包括次发电机(SPG)3255。在存储设备3250中，当次电源110中包括的多个电容器中的特定电容器出现缺陷或故障时，可以仅去激活有缺陷的电容器，因此可以防止整个系统不可用并且可以保护整个系统。次发电机3255可以包括图1中的次电源110、充电电路120和保护电路130，并且可以执行根据示例实施例的控制次电源的方法。
示例实施例可以应用于或被采用到存储设备和/或形状因数(form factor)，该存储设备和/或形状因数具有相对较大的内部空间(例如，印刷电路板(PCB)上的空间)以容纳PLP IC。例如，示例实施例可以应用于诸如企业和数据中心SSD形状因数(EDSFF)E1.L、EDSFF E3等的形状因数。
本发明构思可以应用于包括存储设备和存储系统的各种电子设备和系统。例如，本发明构思可以应用于例如以下系统：个人计算机(PC)、服务器计算机、数据中心、工作站、移动电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机，个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、便携式游戏机、音乐播放器、摄像机、视频播放器、导航设备、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、万物联网(IoE)设备、电子书阅读器、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备、机器人设备、无人机等。
前述内容是对示例实施例的说明，而不应被解释为对其的限制。尽管已经描述了一些示例实施例，然而本领域技术人员将容易理解，在不实质上脱离示例实施例的新颖教义和优点的前提下，可以在示例实施例中进行多种修改。因此，所有这种修改旨在被包括在如在权利要求中限定的示例实施例的范围内。因此，应理解，前述内容是对各种示例实施例的说明，而不应被解释成限制于所公开的具体示例实施例，并且对所公开的示例实施例的修改以及其他示例实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种存储设备，包括：
次电源，包括多个电容器，所述次电源被配置为基于充电电压被充电，并被配置为产生内部电源电压；
充电电路，被配置为基于外部电源电压产生所述充电电压；
保护电路，被配置为检测所述多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，并且被配置为基于所述多个电容器中的至少一个电容器被检测为有缺陷，去激活所述多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器；以及
主系统，被配置为基于所述外部电源电压或所述内部电源电压进行操作，以及
其中，所述保护电路包括：
多个电阻器，连接到所述多个电容器的第一端；
多个晶体管，连接到所述多个电容器的第二端；以及
控制电路，被配置为基于与所述多个电容器相关联的多个电流中的第一电流来检测所述多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，所述第一电流与所述多个电容器中的所述至少一个电容器相关联，并且所述控制电路被配置为通过向所述多个晶体管中的与所述多个电容器中的至少一个电容器相关联的至少一个晶体管输出控制信号，去激活至少一个有缺陷的电容器。
2.根据权利要求1所述的存储设备，其中：
所述多个电容器的数量、所述多个电阻器的数量和所述多个晶体管的数量彼此相等，以及
所述多个电阻器中的每一个和所述多个晶体管中的每一个分别连接到所述多个电容器中的每一个。
3.根据权利要求2所述的存储设备，其中：
所述多个电容器包括第一电容器，
所述多个电阻器包括连接在所述充电电压与所述第一电容器的第一端之间的第一电阻器，
所述多个晶体管包括连接在所述第一电容器的第二端与地电压之间的第一晶体管，
所述控制信号包括施加到所述第一晶体管的第一控制信号，以及
所述控制电路被配置为：
使用所述第一电阻器来感测所述第一电容器的第一端处的第一电压，
基于所述充电电压和所述第一电压来计算所述第一电流，以及
基于所述第一电流来确定所述第一电容器是否有缺陷。
4.根据权利要求3所述的存储设备，其中，所述控制电路被配置为：基于所述第一电流大于第一参考电流，确定所述第一电容器有缺陷。
5.根据权利要求3所述的存储设备，其中，所述控制电路被配置为：基于所述第一电流小于第二参考电流，确定所述第一电容器有缺陷。
6.根据权利要求3所述的存储设备，其中：
所述控制电路被配置为：基于确定所述第一电容器有缺陷，激活所述第一控制信号，以及
基于激活的第一控制信号，所述第一晶体管被关断，并且与所述第一电容器相关联的电源路径被去激活。
7.根据权利要求6所述的存储设备，其中，所述控制电路包括存储器，并且表示所述第一电容器有缺陷的第一缺陷信息被记录在所述存储器中。
8.根据权利要求7所述的存储设备，其中，所述第一缺陷信息用于对所述存储设备的缺陷分析。
9.根据权利要求7所述的存储设备，其中，响应于所述存储设备断电并然后再次通电，所述控制电路被配置为：基于所述第一缺陷信息来激活所述第一控制信号，而不执行感测所述第一电压、计算所述第一电流、以及确定所述第一电容器是否有缺陷的操作。
10.根据权利要求3所述的存储设备，其中，基于确定所述第一电容器是正常的，所述控制电路被配置为：
产生充电电压控制信号，以补偿由所述第一电阻器和所述第一晶体管产生的电压降，以及
向所述充电电路输出所述充电电压控制信号。
11.根据权利要求10所述的存储设备，其中，所述充电电路被配置为基于所述充电电压控制信号来增加所述充电电压的电平。
12.根据权利要求3所述的存储设备，其中，所述控制电路被配置为还执行遥测功能，并且被配置为在所述第一电容器被确定为有缺陷之前执行缺陷防止功能或预先通知功能。
13.根据权利要求12所述的存储设备，其中：
基于所述第一电流大于第一参考电流，所述控制电路被配置为产生表示在所述第一电容器上出现缺陷的概率增加的第一通知信号，
基于所述第一电流大于第二参考电流，所述控制电路被配置为确定在所述第一电容器上出现所述缺陷，并产生表示在所述第一电容器上出现所述缺陷的第二通知信号，以及
其中，所述第二参考电流大于所述第一参考电流。
14.根据权利要求1所述的存储设备，其中：
所述多个电容器被分组为多个电容器组，所述多个电容器组中的每一个组包括一个或多个电容器，
所述多个电容器组的数量、所述多个电阻器的数量和所述多个晶体管的数量彼此相等，以及
所述多个电阻器中的每一个和所述多个晶体管中的每一个分别连接到所述多个电容器组中的每一个。
15.一种控制次电源的方法，所述次电源包括多个电容器并且被配置为基于充电电压产生内部电源电压，所述方法包括：
基于所述充电电压对所述多个电容器进行充电，所述充电电压基于外部电源电压来产生，其中多个电阻器连接到所述多个电容器的第一端，并且多个晶体管连接到所述多个电容器的第二端；
基于与所述多个电容器相关联的多个电流中的第一电流来检测所述多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，所述第一电流与所述多个电容器中的所述至少一个电容器相关联；以及
基于所述多个电容器中的至少一个电容器被检测为有缺陷，通过向所述多个晶体管中的与所述多个电容器中的所述至少一个电容器相关联的至少一个晶体管输出第一控制信号，去激活所述多个电容器中的至少一个有缺陷的电容器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，检测所述多个电容器中的至少一个电容器是否有缺陷包括：
使用所述多个电阻器依次感测所述多个电容器的第一端处的多个电压；
基于所述充电电压和所述多个电压来依次计算所述多个电流；以及
通过依次将所述多个电流与参考电流进行比较，依次确定所述多个电容器是否有缺陷。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，去激活至少一个有缺陷的电容器包括：
基于确定所述多个电容器中的第一电容器有缺陷，激活所述第一控制信号；以及
基于激活的第一控制信号，通过关断所述多个晶体管中的第一晶体管，去激活与所述第一电容器相关联的电源路径。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，去激活至少一个有缺陷的电容器还包括：
记录表示所述第一电容器有缺陷的第一缺陷信息。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：
基于确定所述多个电容器全部正常，产生用于补偿由所述多个电阻器和所述多个晶体管产生的电压降的充电电压控制信号；以及
基于所述充电电压控制信号，增加所述充电电压的电平。
20.一种存储设备，包括：
次电源，包括第一电容器至第N电容器，所述次电源被配置为基于充电电压被充电，并且被配置为产生内部电源电压，其中N为大于或等于2的自然数；
充电电路，被配置为基于外部电源电压产生所述充电电压；
保护电路，被配置为检测所述第一电容器至所述第N电容器中的至少一个电容器是否有缺陷，并且被配置为基于所述第一电容器至所述第N电容器中的至少一个电容器被检测为有缺陷，仅去激活所述第一电容器至所述第N电容器中的至少一个有缺陷的电容器；以及
主系统，被配置为基于所述外部电源电压或所述内部电源电压进行操作，以及
其中，所述保护电路包括：
第一电阻器至第N电阻器，连接在所述充电电压与所述第一电容器至所述第N电容器的第一端之间；
第一晶体管至第N晶体管，连接在所述第一电容器至所述第N电容器的第二端与地电压之间，并且被配置为接收第一控制信号至第N控制信号；以及
控制电路，被配置为：
使用所述第一电阻器至所述第N电阻器，依次感测所述第一电容器至所述第N电容器的第一端处的第一电压至第N电压，
基于所述充电电压和所述第一电压至所述第N电压，依次计算与所述第一电容器至所述第N电容器相关联的第一电流至第N电流，
通过依次将所述第一电流至所述第N电流与参考电流进行比较，依次确定所述第一电容器至所述第N电容器是否有缺陷，
基于确定所述第一电容器有缺陷，激活所述第一控制信号并记录第一缺陷信息，以及
基于确定所述第一电容器至所述第N电容器全部正常，产生用于补偿由所述第一电阻器至所述第N电阻器和所述第一晶体管至所述第N晶体管产生的电压降的充电电压控制信号，所述第一缺陷信息表示所述第一电容器有缺陷，
其中，基于确定所述第一电容器有缺陷，基于激活的第一控制信号，与所述第一电容器相对应的第一晶体管被关断，并且与所述第一电容器相关联的电源路径被禁用，以及
其中，基于确定所述第一电容器至所述第N电容器全部正常，所述充电电路被配置为基于所述充电电压控制信号来增加所述充电电压的电平。
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