CN1993765A - 通过温度测量改善半导体存储装置中的动态刷新的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种存储系统和用于刷新存储器的处理。存储系统包括存储器、配置成测量存储器温度的温度传感器，和配置成以刷新速率来刷新存储器的存储器控制器，刷新速率被控制为由温度传感器测量的温度的函数。

Description

通过温度测量改善半导体存储装置中的动态刷新的设备和方法
相关申请
该申请要求2004年7月2日提交的美国临时申请第60/585,310号的优先权。
技术领域
本公开一般涉及数据处理，并且更具体地涉及刷新动态易失性存储器的技术。
背景技术
存储系统现今广泛应用于数据处理系统中用来存储各种处理机构所需要的数据。存储系统一般包括管理对存储器的访问的存储器控制器。典型的是将存储器配置成由存储单元的行和列所形成的矩阵结构，每个存储单元能够存储一个比特的数据。通过将适当的地址提供到存储器控制器，处理机构或其它源可访问存储单元。来自处理机构的地址可在总线上被发送到存储器控制器，行地址占用低位比特，而列地址占用高位比特。存储器控制器使用多路技术将行地址在列地址之后发送到存储器。该多路技术减少了存储器芯片的引脚数，并从而降低成本。
现代的数字系统典型地使用随机访问存储器(RAM)作为主存储器。RAM有两种基本类型：动态RAM(DRAM)和静态RAM(SRAM)。SRAM作为开关运行，并且每个存储单元需要多个晶体管。另一方面，DRAM的每个存储单元使用一个晶体管和一个电容器，这使它成为所选择的存储器，因为它比SRAM廉价并且占用的空间较少。然而，DRAM并不是没有缺点。特别是电容器非常小并且易于非常快地放电，需要刷新电路来保持充电并且从而保持所存储的信息。然而，考虑到DRAM的成本和空间节省，该刷新电路只是付出了很小的代价。
在许多数据处理系统中，刷新功能由存储器控制器来控制。存储器控制器以均匀给定的间隔(刷新速率)通过一次一行地读取存储器中的每行来刷新DRAM。由于存储单元的结构，对行的读取处理刷新该行中的每个单元。刷新存储器的特定速率可对系统性能产生显著的影响。过低的刷新速率会在电容器放电时导致不可接受的数据损失。另一方面，过高的刷新速率会导致不必要的功率消耗。后者的情况是特别考虑到诸如蜂窝电话和无线电话、膝上型电脑、个人数字助理(PDA)等电池驱动的装置。因此，本技术领域需要一种方法，使得不论系统参数如何变化，都能保持最佳的刷新速率。该方法应该对温度变化敏感。
发明内容
本文公开了存储系统的一种实施方式。存储系统包括存储器、配置成测量存储器的温度的温度传感器，和配置成以刷新速率来刷新存储器的存储器控制器，刷新速率被控制为温度传感器所测量的温度的函数。
本文公开了存储器的一种实施方式。存储器包括多个存储器位置，和配置成提供对应于存储器温度的编码输出的温度寄存器，编码输出包括可由外部源使用以控制存储器位置的刷新速率的信息。
本文公开了存储器控制器的一种实施方式。存储器控制器被配置成以刷新速率来刷新存储器。存储器控制器包括刷新时钟，刷新时钟被配置成接收与存储器温度相关的控制信号，并控制存储器刷新速率，使其作为控制信号的函数。
本文公开了用于刷新存储器的方法的一种实施方式。该方法包括测量存储器的温度，和从存储器控制器将存储器的刷新速率控制为测量温度的函数。
本文公开了存储系统的另一种实施方式。存储系统包括存储器、用于测量存储器温度的装置，和用于以刷新速率来刷新存储器的装置，刷新速率被控制为测量温度的函数。
应理解，本技术领域中那些技术人员根据以下详细说明将会清楚本发明的其它实施方式，在说明书中示出了本发明的各种实施方式，并通过示例的方式进行了描述。将会了解，本发明能够实现为其它和不同的实施方式，并且其一些细节能够在各种其它方面进行更改，而所有这些不会脱离本发明的精神和范围。因此，附图和详细说明应被视为实质上的示例性的，而不是严格规定的。
附图说明
图1是表示在电信系统中运行的无线通信装置的一个实例的概念框图；
图2是表示无线通信装置的一个实例的概念框图；和
图3是表示存储器控制器和存储器的一个实例的概念框图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细说明是对本发明的各种实施方式的说明，而不是表示可实践本发明的唯一实施方式。为了提供对本发明的彻底理解起见，详细说明包括具体细节。然而，本技术领域的那些熟练技术人员将会清楚，没有这些具体细节也可实施本发明。在一些例子中，为了防止混淆本发明的概念，在框图形式中示出了公知的结构和组件。
在以下说明中，将描述用于刷新动态易失性存储器的各种技术。这些技术可用在任何电驱动的无线通信装置中，其中功率是首要考虑的问题。无线电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、游戏机、寻呼机和照相机仅是可从本公开全文所描述的发明性概念获益的装置的一些实例。因此，任何对无线通信装置的引用仅是为了提供讨论的上下文，应理解，本发明性概念有宽广的应用范围。
图1是表示在电信系统中运行的无线通信装置的一个实例的概念框图。电信系统包括无线网络102和有线网络104。有线网络104可包括诸如公共交换电话网络(PSTN)的电路交换网络106，和/或诸如因特网或企业内部网的分组交换网络108。
无线网络102可用于支持无线通信装置110和电路交换和/或分组交换网络106、108之间的通信。在此实例中，移动交换中心(MSC)112被用作服务提供者，提供对电路交换网络106和/或分组交换网络108的接入，然而，本技术领域中的那些熟练技术人员将会理解，可使用任何服务提供者来将无线通信装置110通过接口连接到有线网络104。无线网络106还包括基站控制器(BSC)114，其通过无线资源的分配和管理来控制一个或多个基站收发信机(BTS)116a-116c。每个BTS 116a-116c包括安放在单一位置的一个或多个收发信机，以提供对整个无线网络102的无线电覆盖。
图2是表示无线通信装置的一个实例的概念框图。无线通信装置110可包括收发信机202，以支持与无线网络102的无线通信(见图1)。数据处理系统204可用于提供各种信号处理功能。处理器数据处理系统204被示为带有三个处理器206a-206c，这三个处理器可通过存储器控制器210访问共享存储器208，但是也可根据特定应用和整体设计约束条件，配置成带有任何数目的处理器。总线仲裁器212可用于以本技术领域中公知的方法来协调各种处理器206a-206c和存储器208之间的访问。处理器206a-206c可以是任何类型的总线主控组件，包括，例如，微处理器、数字信号处理器(DSP)、电桥、可编程逻辑、离散门、晶体管逻辑、或任何其它信息处理组件。在数据处理系统204的至少一个实例中，存储器208可以是动态易失性存储器，诸如，DRAM、同步DRAM(SDRAM)、或能够取出和存储信息的任何其它组件。
图3是表示存储器控制器和存储器的一个实例的概念框图。术语“存储器控制器”用于在广义上定义控制存储器的操作的任何组件，包括专用存储器控制器芯片、直接控制存储器的处理器、存储器芯片本身上的控制电路、或任何其它适当的布置。存储器控制器210可包括从处理器206(见图2)接收地址的地址队列302。地址包括占用低位比特的行地址和占用高位比特的列地址。定时信号发生器304可用于每次从地址队列302向解码器306释放一个地址。解码器306可用于将行地址和列地址分开，并将它们相继发送到存储器208。定时信号发生器304也可用于使选通脉冲发生器308同步。选通脉冲发生器308可用于生成访问存储器208所需的各种控制信号。
访问存储器208的处理始于从解码器306向存储器208发送行地址。同时，选通脉冲发生器308发送行地址选通(RAS)到存储器208。RAS使存储器208中的内部指针移到所选择的行。该操作还刷新存储器208的整行。接着，解码器306发送列地址到存储器208。同时，选通脉冲发生器308发送列地址选通(CAS)到存储器208。
在读操作的情况下，地址所指定的存储器位置309的内容现可在被传输到处理器(未示出)之前被读进数据缓冲器310中。在写操作的情况下，来自处理器的内容现可被写到存储器位置309，其中存储器位置309是由经过数据缓冲器310的地址指定的。
存储器控制器210也可用于刷新存储器208。刷新速率是由刷新时钟312建立的。刷新时钟312可用于周期性地产生在其中刷新存储器208的一个或多个行的时间窗(刷新周期)。在刷新周期中，刷新地址计数器314生成一系列行地址，这些行地址经由乘法器316每次一个地被发送到存储器208。伴随每个行地址的是来自选通脉冲发生器308的RAS。在每个刷新周期期间刷新的行数可随着系统的具体应用和整体设计约束条件而改变。在存储器控制器210的一些实施方式中，存储器208的每行可在每个刷新周期被刷新。
可通过调整刷新时钟312来改变刷新速率以优化性能。可基于任何数量的参数，包括，例如，温度，来改变刷新速率。为了保持最佳性能，应该在温度增加时提高刷新速率，以防止存储器208中的数据损失。在温度降低时，可降低刷新速率，以防止不必要的功率消耗。温度传感器318可被用于向存储器控制器210提供反馈以调整刷新速率。温度传感器318可设置有存储器208，或者位于存储器208附近。温度传感器318应该能够在宽广的范围上检测温度，但在一些应用中很窄的范围也可接受。在存储器208的一个实例中，温度传感器318在85C可支持从指定刷新速率的至少(1/4)x到4x的范围。
可将温度传感器输出提供给存储器208中的温度寄存器320。可在温度传感器输出被反馈到存储器控制器210前，使用温度寄存器320编码温度传感器输出。下表1中示出了由温度寄存器320实施的1-比特编码方案的一个实例。
       表1
  代码   刷新速率乘数
  0000   不使用
  0001   超范围
  0010   (1/64)x
  0011   (1/32)x
  0100   (1/16)x
  0101   (1/8)x
  0110   (1/4)x
  0111   (1/2)x
  1000   1x
  1001   2x
  1010   4x
  1011   8x
  1100   16x
  1101   32x
  1110   64x
  1111   超范围
在该编码方案下，如果温度低于温度传感器范围，则温度寄存器320将输出“0001”。相似地，如果温度超过温度传感器范围，则温度传感器寄存器320将输出“1111”。通过提供“超范围”代码，存储器控制器210除将刷新速率设置为其最小或最大值之外还能够采取补救措施。例如，如果存储器控制器210从温度寄存器320接收指示已经超过温度传感器320范围，即，“1111”，的反馈，存储器控制器210可将刷新速率设置到在85C指定的刷新速率的64x，并采取措施冷却存储器。
来自温度寄存器320的编码反馈可被提供到存储器控制器210中的解码器322。解码器322对编码反馈生成与表1中指定的刷新乘数速率相对应的控制信号。控制信号可用于调整刷新时钟312。例如，如果编码反馈为“1011”，解码器322将生成使刷新时钟312以在85C指定的刷新速率的8x运行的控制信号。如果编码反馈为“0111”，解码器322将生成使刷新时钟312以在85C指定的刷新速率的一半运行的控制信号。
到现在为止所描述的温度寄存器320使用编码反馈来表示刷新速率乘数。存储器控制器210将刷新速率乘数施加于由制造商指定的在85C的刷新速率。然而，刷新速率乘数也可被施加于任何基本刷新速率。可替代地，编码反馈可代表存储器控制器210的一系列具体刷新速率。
在至少一种实施方式中，可去掉温度寄存器320，并且温度传感器318的数字输出被直接反馈到存储器控制器210。在温度传感器318被设计为带有模拟输出的事件中，模拟输出可在被反馈到存储器控制器210之前被转换为数字格式。
存储器控制器210中的系统时钟324也可基于存储器208的温度而改变。在温度降低时，可通过增加系统时钟324的速度来保持最佳性能。当温度升高时，可减慢系统时钟324以保存功率。在一些实方式中，解码器322可用于基于调整刷新速率所使用的相同的编码反馈，生成控制信号来调整系统时钟324的速度。在另一些实施方式中，可能需要存储器208中的独立温度寄存器(未示出)来调整系统时钟速率。可替代独立温度寄存器的是，可使用单独的温度寄存器，通过增加编码反馈比特数来对刷新速率和系统时钟速率二者的改变进行编码。下表2示出了该方法的一个实例，从“011000”到“100111”的编码反馈的部分。在该实例中，解码器322使用四个最高位比特来调整刷新时钟312，并使用所有六个比特来调整系统时钟速率。系统时钟的编码反馈可表示存储器控制器210施加到由制造商指定的标称时钟速率的时钟速率乘数。可替代地，时钟速率乘数可被应用到任何基本速率，或者，编码反馈可表示一系列具体时钟速率。
              表2
  代码   刷新速率乘数   时钟速率乘数
  011000   (1/4)x   1.40x
  011001   (1/4)x   1.35x
  011010   (1/4)x   1.30x
  011011   (1/4)x   1.25x
  011100   (1/2)x   1.20x
  011101   (1/2)x   1.15x
  011110   (1/2)x   1.10x
  011111   (1/2)x   1.05x
  100000   1x   1x
  100001   1x   .95x
  100010   1x   .90x
  100011   1x   .85x
  100100   2x   .80x
  100101   2x   .75x
  100110   2x   .70x
  100111   2x   .65x
各种示例性的逻辑块、模块、电路、元件可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或设计成执行本文所述功能的以上任意组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是可替代地，处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器也可以被实现为计算机组件的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与一个DSP核心的组合、或任意其它此类配置。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块、或二者的结合来实施。软件模块可置于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。可将存储介质连接到处理器，以便处理器可从存储介质读取信息并向存储介质写入信息。可替代地，存储介质可以被集成在处理器中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，应用于其它实施例。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与权利要求相一致的整个范围，其中，对单数的元件的引用除非特别指出，并不是要表示“一个且仅有一个”，而是表示“一个或多个”。本领域的那些普通技术人员所已知的或以后将会知道的本公开的全文中所描述的各种实施方式的元件的所有结构和功能的等效体，被特意结合在本文中作为参考并将被权利要求所包含。此外，本文所公开的均不是指定公用的，无论这种公开是否在权利要求中被明确提到。不应在35U.S.C.§112第六段的规定下解释权利要求元素，除非该元素在使用用语“的装置”明确提出，或者该元素在方法权利要求的情况下，使用用语“的步骤”提出。

Claims (31)

1.一种存储系统，包括：
存储器；
温度传感器，其被配置成测量所述存储器的温度；和
存储器控制器，其被配置成以刷新速率来刷新所述存储器，所述刷新速率被控制为由所述温度传感器测量的温度的函数。
2.如权利要求1所述的存储系统，其中，所述存储器控制器还包括具有时钟速率的系统时钟，所述时钟速率被控制为由所述温度传感器测量的温度的函数。
3.如权利要求1所述的存储系统，其中，所述存储器包括所述温度传感器。
4.如权利要求1所述的存储器，其中，所述存储器包括温度寄存器，所述温度寄存器被配置成对由所述温度传感器测量的温度进行编码，所述刷新速率被控制为所述编码温度的函数。
5.如权利要求4所述的存储系统，其中，所述编码温度包括多个刷新速率乘数。
6.如权利要求5所述的存储系统，其中，所述存储器控制器还被配置成调整所述刷新速率，使其等于从所述温度寄存器接收到的所述刷新速率乘数和基本刷新速率的乘积。
7.如权利要求6所述的存储系统，其中，所述刷新速率乘数的范围是从所述基本刷新速率的至少(1/4)倍到所述基本刷新速率的至少4倍。
8.如权利要求5所述的存储系统，其中，所述编码温度还包括指示由所述温度传感器测量的无效温度的代码。
9.一种存储器，包括：
多个存储器位置；和
温度寄存器，其被配置成提供与所述存储器的温度相对应的编码输出，所述编码输出包括可由外部源使用以控制所述存储器位置的刷新速率的信息。
10.如权利要求9所述的存储器，还包括温度传感器，所述温度传感器被配置成测量所述存储器的所述温度。
11.如权利要求9所述的存储器，其中，所述编码输出包括多个刷新速率乘数。
12.如权利要求11所述的存储器，其中，所述刷新速率乘数的范围是从所述基本刷新速率的至少(1/4)倍到所述基本刷新速率的至少4倍。
13.如权利要求11所述的存储器，其中，所述编码输出还包括指示由所述温度传感器测量的无效温度的代码。
14.一种存储器控制器，其被配置成以刷新速率来刷新存储器，所述存储器控制器包括：
刷新时钟，其被配置成接收与所述存储器的温度相关的控制信号，并且控制所述存储器的所述刷新速率，使其作为所述控制信号的函数。
15.如权利要求14所述的存储器控制器，还包括具有时钟速率的系统时钟，所述系统时钟被配置成接收第二控制信号，所述第二控制信号控制所述系统时钟的所述时钟速率。
16.如权利要求14所述的存储器控制器，还包括解码器，所述解码器被配置成根据从所述存储器接收到的编码温度信息生成所述控制信号。
17.如权利要求16所述的存储器，其中，所述编码温度信息包括多个刷新速率乘数中的任一个。
18.如权利要求17所述的存储器控制器，其中，所述刷新时钟还被配置成控制所述刷新速率，使其等于从所述存储器接收的所述刷新速率乘数中的任一个和基本刷新速率的乘积。
19.一种以刷新速率刷新存储器的方法，包括：
测量所述存储器的温度；和
从存储器控制器控制所述存储器的所述刷新速率，使其作为所述测量温度的函数。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述存储器控制器还包括具有时钟速率的系统时钟，所述方法还包括控制所述时钟速率，使其作为所述测量温度的函数。
21.如权利要求19所述的方法，还包括编码所述测量温度和将所述编码温度提供到所述存储器控制器，所述存储器的所述刷新速率被控制为所述编码温度的函数。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述编码温度包括刷新速率乘数。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述存储器控制器控制所述刷新速率，使其等于从所述温度寄存器接收的所述刷新速率乘数和基本刷新速率的乘积。
24.如权利要求21所述的方法，其中，用温度传感器来测量温度，并且所述编码温度包括指示由所述温度传感器测量的无效温度的代码。
25.一种存储系统，包括：
存储器；
用于测量所述存储器的温度的装置；和
用于以刷新速率来刷新所述存储器的装置，所述刷新速率被控制为所述测量温度的函数。
26.如权利要求25所述的存储系统，其中，所述用于刷新所述存储器的装置包括具有时钟速率的系统时钟，所述时钟速率被控制为所述测量温度的函数。
27.如权利要求25所述的存储系统，其中，所述存储器包括用于编码所述测量温度的装置，所述刷新速率被控制为所述编码温度的函数。
28.如权利要求27所述的存储系统，其中，所述编码温度包括多个刷新速率乘数中的任一个。
29.如权利要求28所述的存储系统，其中，所述用于刷新所述存储器的装置还被配置成，调整所述刷新速率，使其等于从所述存储器接收的所述刷新速率乘数的任一个和基本刷新速率的乘积。
30.如权利要求29所述的存储系统，其中，所述刷新速率乘数的范围是从所述基本刷新速率的至少(1/4)倍到所述基本刷新速率的至少4倍。
31.如权利要求28所述的存储系统，其中，所述编码温度还包括指示无效温度的代码。
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