DE102006014558B4 - Flashspeicherbauelement - Google Patents

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Abstract

Flashspeicherbauelement, das einen Cachelesevorgang unterstützt, der eine Reihe von aufeinanderfolgenden Datenlesevorgängen umfasst, und folgende Elemente aufweist:
– einen ersten und einen zweiten Pufferspeicher (120, 130),
– einen nichtflüchtigen Speicherkern (110), der ein nichtflüchtiges Speicherzellenfeld (210) mit einer Mehrzahl von Speicherblöcken beinhaltet, die jeweils eine Mehrzahl von Seiten umfassen,
– einen Seitenpuffer (220), der zum Lesen von Daten aus einem ausgewählten Speicherblock eingerichtet ist,
– ein erstes Register (150) zum Speichern von Adressen- und Befehlsinformation,
– eine Steuerlogikschaltung (140), die ein zweites Register (141) umfasst und dafür eingerichtet ist, ein Freigabesignal (EN) zu erzeugen, wenn detektiert wird, dass eine Befehlsinformation in das erste Register (150) geschrieben wurde, und
– eine Kopierschaltung (160) zum Kopieren der im ersten Register (150) gespeicherten Adressen- und Befehlsinformation in das zweite Register (141) in Reaktion auf das Freigabesignal (EN),
– wobei die Steuerlogikschaltung (140) den ersten und zweiten Pufferspeicher...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flashspeicherbauelement z. B. vom NAND-Typ.
  • Halbleiterspeicherbauelemente können im Wesentlichen in zwei Kategorien klassifiziert werden, nämlich in flüchtige Speicherbauelemente und in nichtflüchtige Speicherbauelemente. Flüchtige Speicherbauelemente umfassen beispielsweise Speicher mit direktem Zugriff (RAM). Ein RAM speichert Informationen typischerweise entweder durch Setzen eines logischen Zustands eines Flip-Flops, wie in einem statischen Speicher mit direktem Zugriff (SRAM), oder durch Laden eines Kondensators, wie in einem dynamischen Speicher mit direktem Zugriff (DRAM). Flüchtige Speicherbauelemente können die Daten nur speichern, solange sie mit Energie versorgt werden. Sie verlieren die gespeicherten Daten, wenn die Energieversorgung unterbrochen wird.
  • Im Gegensatz dazu können nichtflüchtige Speicherbauelemente, wie maskierte Nur-Lesespeicher (MROM), programmierbare Nur-Lesespeicher (PROM), lösch- und programmierbare Nur-Lesespeicher (EPROM) und elektrisch lösch- und programmierbare Nur-Lesespeicher (EEPROM), Daten weiter speichern, auch wenn die Energieversorgung unterbrochen wird. Nichtflüchtige Speicherbauelemente können in Abhängigkeit von der bei der Produktion verwendeten Herstellungstechnologie Daten permanent speichern oder wiederprogrammiert werden. EEPROMs, welche elektrisch programmiert werden, können beispielsweise immer wieder neu programmiert werden. PROMs, welche mittels Durchtrennen von Sicherungen programmiert werden, können hingegen nur einmal programmiert werden.
  • Da nichtflüchtige Speicherbauelemente gespeicherte Daten auch erhalten, wenn die Energieversorgung abgeschaltet wird, werden diese in der Regel zum Speichern von Mikrocodes in vielfältigen Applikationen in der Computer-, Avionic-, Telekommunikations- und Verbraucherelektronikindustrie verwendet. Einige Systeme verwenden auch eine Kombination eines flüchtigen Speichers und eines nichtflüchtigen Speichers, um in hoch leistungsfähigen Applikationen eine nichtflüchtige Speicherfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Ein nichtflüchtiger SRAM (nvRAM) lädt beispielsweise Daten von einem nichtflüchtigen Speicher in einen SRAM, um ein Programm auszuführen. Wenn das Programm ausgeführt wird, werden die Daten im SRAM aktualisiert. Dann werden die Daten, um sie nach dem Abschalten zu erhalten, in den nichtflüchtigen SRAM zurückgespeichert. Zusätzlich sind Dutzende von speziellen Speicherarchitekturen entwickelt worden, welche zusätzliche Logikschaltungen umfassen, um die Leistungsfähigkeit für spezielle Aufgaben zu optimieren.
  • Leider kann ein Benutzer MROMs, PROMs und EPROMs nicht frei programmieren. Zum Löschen von EPROMs ist es beispielsweise erforderlich, die Speicheroberfläche für eine längere Zeitspanne mit ultraviolettem Licht (UV-Licht) zu bestrahlen. Im Gegensatz dazu können EEPROMs auf eine effiziente Weise elektrisch gelöscht und programmiert werden. Daraus resultiert, dass EEPROMs allgemein verwendet werden, um herkömmliche Speichersysteme zu erweitern oder um Da ten zu speichern, welche eine nichtflüchtige Speicherung erfordern, aber regelmäßig aktualisiert werden.
  • Eine der populärsten Formen eines EEPROMs ist aktuell ein Flashspeicher. Flashspeicher weisen eine höhere Integrationsdichte als die meisten anderen Typen von EEPROMs auf, woraus resultiert, dass sie häufig zur Massenspeicherung verwendet werden. Flashspeicher werden typischerweise in Abhängigkeit vom Typ des in jeder Speicherzelle verwendeten Logikgatters in zwei Kategorien aufgeteilt, und zwar NAND-Flashspeicher und NOR-Flashspeicher. NOR-Flashspeicher ermöglichen im Allgemeinen schnellere Lesezeiten als NAND-Flashspeicher, sind aber teurer und langsamer beim Schreiben und Löschen und können weniger Programmiervorgänge aushalten und erfordern mehr Platz. Daraus resultiert, dass NOR-Flashspeicher im Allgemeinen zum Speichern von Programmcode verwendet werden, während NAND-Flashspeicher zur Bereitstellung von Massendatenspeichern verwendet werden.
  • Wenn ein Speichersystem sowohl NAND-Flashspeicher als auch NOR-Flashspeicher umfasst, wird die Steuerschaltung für das Speichersystem komplex. Eine Möglichkeit, um der Komplexität zu begegnen, ist eine integrierte Speicherarchitektur. In einer integrierten Speicherarchitektur wird Programmcode, welcher gewöhnlich in einem NOR-Flashspeicher gespeichert ist, gemeinsam mit bislang in einem NAND-Flashspeicher gespeicherten Daten in einem OneNANDTM-Flashspeicher gespeichert. Ein beispielhafter OneNANDTM-Flashspeicher wird im Datenbuch von Samsung Electronics Co., Ltd. offenbart, welches im September 2003 veröffentlicht wurde. In der integrierten Speicherarchitektur werden Daten zwischen dem OneNANDTM-Flashspeicher und einem Hostsystem übertragen.
  • Die Offenlegungsschrift DE 103 45 420 A1 offenbart ein Flashspeicherbauelement mit zwei parallelen Datenpuffern, die zwecks Erhöhung der Datenübertragungsgeschwindigkeit abwechselnd und überlappend Daten aus einer angekoppelten Flashspeichereinheit empfangen und vorher empfangene Daten an ein Host-System weiterleiten.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber den oben erwähnten Flashspeichern des Standes der Technik weiter verbessertes Flashspeicherbauelement anzugeben.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Flashspeicherbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Dieses Flashspeicherbauelement ist dafür ausgelegt, Cachelesevorgänge mit einer Reihe von aufeinander folgenden Lesevorgängen auszuführen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Speichersystems,
  • 2 ein Blockdiagramm eines nichtflüchtigen Speicherkerns aus 1,
  • 3 ein Signalform-Zeitablaufdiagramm eines Lesevorgangs des nichtflüchtigen Speicherkerns gemäß 2,
  • 4A und 4B ein Datenübertragungspfad zur Verwendung während eines Cachelesevorgangs,
  • 5 ein Signalform-Zeitablaufdiagramm eines Cachelesevorgangs eines Speichersystems und
  • 6 ein Signalform-Zeitablaufdiagramm eines normalen Lesevorgangs eines Speichersystems.
  • 1 zeigt ein Speichersystem 1000, das einen OneNANDTM-Flashspeicher 100 und eine Host-Einheit 300 umfasst. Der NAND-Flashspeicher 100 führt Lese-/Schreibvorgänge gesteuert vom Host 300 aus und umfasst einen nichtflüchtigen Speicherkern 110, einen ersten Pufferspeicher 120, einen zweiten Pufferspeicher 130, eine Steuerlogikschaltung 140, ein Register 150 und eine Kopierschaltung 160.
  • Der nichtflüchtige Speicherkern 110 umfasst ein nichtflüchtiges Speicherzellenfeld 210 und einen Seitenpuffer 220 und wird von der Steuerlogikschaltung 140 gesteuert. Der erste und zweite Pufferspeicher 120 und 130 werden von der Steuerlogikschaltung 140 und dem Host 300 gesteuert, um unabhängig Lese-/Schreibvorgänge auszuführen. Der erste und zweite Pufferspeicher 120 und 130 werden verwendet, um temporär Daten zu speichern, welche vom nichtflüchtigen Speicherkern 110 ausgegeben werden, oder Daten zu speichern, welche im nichtflüchtigen Speicherkern 110 gespeichert werden sollen. Der erste und zweite Pufferspeicher 120 und 130 beinhalten z. B. SRAMs. Alternativ können sie DRAMs umfassen.
  • Die Steuerlogikschaltung 140 steuert den nichtflüchtigen Speicherkern 110 und die Pufferspeicher 120 und 130 basierend auf Adressen- und Befehlsinformationen, welche in einem Register 141 innerhalb der Steuerlogikschaltung 140 gespeichert sind. Insbesondere verwendet die Steuerlogikschaltung 140 die Adressen- und Befehlsinformationen, um einen Cachelesevorgang zu steuern, der vom nichtflüchtigen Speicherkern 110 und dem ersten und zweiten Pufferspeicher 120 und 130 ausgeführt wird. Der Cachelesevorgang wird in Reaktion auf einen vom Host 300 in den NAND-Flashspeicher 100 eingegebenen Cachelesebefehl ausgeführt. Wenn der Host 300 den Cachelesebefehl in den NAND-Flashspeicher 100 eingibt, gibt die Steuerlogikschaltung 140 ein Freigabesignal EN aus.
  • Der Host 300 gibt die Befehls- und Adresseninformation über das Register 150 in den NAND-Flashspeicher 100 ein. Die Befehls- und Adresseninformation umfasst typischerweise eine Blockadresse, eine Seitenadresse, Pufferauswahlinformation und Lese-/Schreib-/Löschbefehle für den nichtflüchtigen Speicherkern 110. Die Kopierschaltung 160 kopiert im Register 150 gespeicherte Daten in Reaktion auf das Freigabesignal EN in das Register 141.
  • 2 zeigt eine mögliche Realisierung des nichtflüchtigen Speicherkerns 110. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst der nichtflüchtige Speicherkern 110 das Speicherzellenfeld 210, welches eine Mehrzahl von nicht dargestellten NAND-Ketten umfasst. Jede der NAND-Ketten umfasst einen Kettenauswahltransistor, einen Masseauswahltransistor und Speicherzellentransistoren, die zwischen dem Ketten- und Masseauswahltransistor eingeschleift sind. Die Transistoren der entsprechenden NAND-Ketten werden von einer Zeilendecoderschaltung 230 basierend auf einem Betriebsmodus des nichtflüchtigen Speicherkerns 110 gesteuert. Zusätzlich sind die NAND-Ketten elektrisch miteinander verbunden.
  • Zudem umfasst der nichtflüchtige Speicherkern 110 eine Mehrzahl von Bitleitungen, welche in Bitleitungspaaren angeordnet sind. Bitleitungspaare werden in dieser Figur beispielsweise mit „BLie” und „BLio” bezeichnet, wobei „i” im Bereich von 0 bis „n” variierbar ist, mit „n” als einer natürlichen Zahl. Der Seitenpuffer 220 umfasst eine Mehrzahl von Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n, welche jeweils mit einem korrespondierenden Bitleitungspaar verbunden sind. Der interne Schaltungsaufbau der Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n wird anhand der Seitenpuffereinheit 220_0 beschrieben. Die verbleibenden Seitenpuffereinheiten 220_1 bis 220_n sind analog zur Seitenpuffereinheit 220_0 aufgebaut.
  • Die Seitenpuffereinheit 220_0 umfasst einen Zwischenspeicher 221, NMOS-Transistoren TR1 bis TR7 und einen PMOS-Transistor TR8. Die Seitenpuffereinheit 220_0 wirkt als Register zum Speichern von in das Speicherzellenfeld 210 zu programmierenden Daten oder von daraus zu lesenden Daten. Die Transistoren TR1 und TR2 werden verwendet, um die Bitleitungen BLie und BLio während einer Bitleitungsrücksetzperiode eines Lesevorgangs auf Masse zurückzusetzen und um eine nicht ausgewählte Bitleitung während einer anderen Periode des Lesevorgangs auf Masse zu setzen. Die Transistoren TR3 und TR4 werden verwendet, um eine ausgewählte Bitleitung mit einem Knoten ND1 elektrisch zu verbinden und um die nicht ausgewählte Bitleitung vom Knoten ND1 zu isolieren. Der PMOS-Transistor TR8 wird verwendet, um den Knoten ND1 zu laden, und NMOS-Transistoren TR6 und TR7 werden verwendet, um einen logischen Zustand des Zwischenspeichers 221 basierend auf einem logischen Zustand des Knotens ND1 zu steuern.
  • Eine Spaltengatterschaltung 240 wählt in Reaktion auf korrespondierende Auswahlsignale YA0 bis YAn und YB eines Spaltendecoders 250 aus den Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n aus. Die Spaltengatterschaltung 240 verbindet ausgewählte Seitenpuffereinheiten elektrisch mit einem Datenbus DB. In 2 verbindet die Spaltengatterschaltung 240 einen einzelnen Datenbus DB mit den Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n. Es können jedoch alternativ auch mehrere Datenbusse DB über die Spaltengatterschaltung 240 mit den Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n verbunden werden. Eine Lade- und Entladeschaltung 260 lädt den Datenbus DB in Reaktion auf ein Steuersignal PRECHG auf eine Versorgungsspannung auf und entlädt den Datenbus DB in Reaktion auf ein Steuersignal DISCHG auf Masse. Die in 2 dargestellten Elemente 210 bis 260 werden von der Steuerlogikschaltung 140 gesteuert.
  • Dem Fachmann ist bekannt, dass die Konfiguration des nichtflüchtigen Speicherkerns 110 auf verschiedene Arten variiert werden kann. So wird beispielsweise in der US-Patentschrift US 6.671.204 ein anderes nichtflüchtiges Speicherbauelement offenbart.
  • 3 veranschaulicht in einem Signalform-Zeitablaufdiagramm einen Lesevorgang des nichtflüchtigen Speicherkerns 110 gemäß 2. Der Lesevorgang umfasst eine Bitleitungsrücksetzperiode T1, eine Bitleitungsvorladeperiode T2, eine Bitleitungsentwicklungsperiode T3, eine Zwischenspeicherrücksetzperiode T4 und eine Abtastperiode T5. Die Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n werden alle auf die gleiche Weise von der Steuerlogikschaltung 140 gesteuert. Entsprechend wird zur Vermeidung von Wiederholungen nur die Funktionsweise der Seitenpuffereinheit 220_0 beschrieben.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass eine mit der Seitenpuffereinheit 220_0 verbundene Bitleitung BL0e ausgewählt ist und eine mit der Seitenpuffereinheit 220_0 verbundene Bitleitung BL0o nicht ausgewählt ist. Zusätzlich wird eine Spannung von 0 V während der Perioden T1 bis T5 an ausgewählte Wortleitungen angelegt und eine Lesespannung Vread wird während der Perioden T2 bis T4 an eine Kettenauswahlleitung SSL, an eine Masseauswahlleitung GSL und an nicht ausgewählte Wortleitungen angelegt.
  • Während der Bitleitungsrücksetzperiode T1 werden Steuersignale LVBLe, LVBLo, LBLSHFe, LBLSHFo und LPLOAD beispielsweise durch Setzen auf einen hohen logischen Pegel aktiviert. Sind die Steuersignale LVBLe, LVBLo, LBLSHFe und LBLSHFo aktiviert, dann werden die Bitleitungen BL0e und BL0o elektrisch mit einer Versorgungsleitung VIRPWR verbunden, welche eine Massespannung von beispielsweise 0 V aufweist. Dadurch werden die Bitleitungen BL0e und BL0o auf Masse zurückgesetzt. Insbesondere wird das Steuersignal LBLSLT während der Bitleitungsrücksetzperiode T1 auf einem niedrigen logischen Pegel gehalten, um den Zwischenspeicher 221 zurückzusetzen.
  • Nach dem Zurücksetzen der Bitleitungen BL0e und BL0o wird die Bitleitung BL0e unter Verwendung einer vorbestimmten Vorladespannung von z. B. 1,2 V während der Bitleitungsvorladeperiode T2 vorgeladen. Insbesondere werden die Steuersignale LVBLe und LBLSHF0 beispielsweise durch Setzen auf einen niedrigen logischen Pegel deaktiviert, die Bitleitung BL0e wird elektrisch von der Versorgungsleitung VIRPWR isoliert und die Bitleitung BL0o wird elektrisch vom Knoten ND1 isoliert. Das Steuersignal LVBL0 wird während der Bitleitungsvorladeperiode T2 auf einem hohen logischen Pegel gehalten, wodurch die Bitleitung BL0o elektrisch mit der Versorgungsleitung VIRPWR verbunden ist, welche die Massespannung aufweist. Hierbei ist das Steuersignal LPLOAD deaktiviert, um den PMOS-Transistor TR8 leitend zu schalten. Daraus resultiert, dass der Transistor TR8 der Bitleitung BL0e über den NMOS-Transistor TR3 Strom zuführt. Das Steuersignal LBLSHFe nimmt eine Spannung von 2,0 V an und die Bitleitung BL0e wird auf eine Spannung von 2,0 V-Vth vorgeladen, wobei Vth einer Schwellwertspannung des Transistors TR3 entspricht.
  • Während der Bitleitungsentwicklungsperiode T3 wird der Spannungspegel der Bitleitung BL0e basierend auf einem Zustand, d. h. einem programmierten oder einem gelöschten Zustand, einer korrespondierenden ausgewählten Speicherzelle auf der Vorladespannung gehalten oder auf Masse verändert. Insbesondere wird das Steuersignal LBLSHFe deaktiviert, um den NMOS-Transistor TR3 sperrend zu schalten, wodurch die Bitleitung BL0e vom Knoten ND1 elektrisch isoliert wird. Entsprechend beginnt der Spannungspegel der Bitleitung BL0e auf Masse entladen zu werden, wenn die ausgewählte Speicherzelle in einem gelöschten Zustand ist, d. h. in einem An-Zustand. Andererseits wird die Bitleitung BL0e auf der Vorladespannung gehalten, wenn die ausgewählte Spei cherzelle in einem programmierten Zustand, d. h. in einem Aus-Zustand ist.
  • Die Perioden T1 bis T3 bilden im Wesentlichen eine Zeitspanne, während der in der ausgewählten Speicherzelle gespeicherte Daten auf einer ausgewählten Bitleitung erscheinen. Entsprechend werden die Perioden T1 bis T3 zusammen als Bitleitungssetzperiode bezeichnet.
  • Nach dem Abschluss der Bitleitungssetzperiode wird der Zwischenspeicher 221 während der Zwischenspeicherrücksetzperiode T4 zurückgesetzt. Der Zwischenspeicher 221 wird dadurch zurückgesetzt, dass ein Knoten ND2 elektrisch über die Spaltengatterschaltung 240 mit dem Datenbus DB verbunden wird. Wie aus 3 ersichtlich ist, werden die an die Spaltengatterschaltung 240 angelegten Auswahlsignale YA0 bis YAn und YB während der Zwischenspeicherrücksetzperiode T4 alle aktiviert. Das Steuersignal DISCHG ist aktiviert, so dass der Datenbus DB die Massespannung annimmt. Daraus resultiert, dass der Knoten ND2 über die Spaltengatterschaltung 240 elektrisch mit dem Datenbus DB verbunden ist, während der Datenbus DB über einen NMOS-Transistor TR14 der Lade- und Entladeschaltung 260 mit Masse verbunden ist, wodurch der Zwischenspeicher 221 zurückgesetzt wird.
  • Während der Abtastperiode T5 werden auf der Bitleitung BL0e erscheinende Zellendaten im Zwischenspeicher 221 gespeichert. Um die auf der Bitleitung BL0e erscheinenden Zellendaten im Zwischenspeicher 221 zu speichern, wird das Steuersignal LPLOAD aktiviert und das Steuersignal LBLSHFe nimmt eine Spannung von ungefähr 1,2 V an, um den Transistor TR3 leitend zu schalten. Wenn die mit der Bitleitung BL0e verbundene Speicherzelle im An-Zustand ist, wird der Knoten ND1 über die Speicherzelle auf Masse entladen. Andererseits wird, wenn die mit der Bitleitung BL0e verbundene Speicherzelle im Aus-Zustand ist, der Knoten ND1 auf der Versorgungsspannung gehalten.
  • Wenn der Knoten ND1 auf Masse entladen wird, ist der Transistor TR6 sperrend geschaltet, und wenn der Knoten ND1 auf der Versorgungsspannung gehalten wird, ist der Transistor TR6 leitend geschaltet. Ein Steuersignal ICH wird als Impuls während der Abtastperiode T5 aktiviert und schaltet den Transistor TR7 leitend. Entsprechend wird ein Knoten ND3 des Zwischenspeichers 221 über die Transistoren TR6 und TR7 mit Masse verbunden, wenn der Transistor TR6 leitend geschaltet ist. Andererseits wird der Knoten ND3 auf einem hohen logischen Pegel gehalten, wenn der Transistor TR6 sperrend geschaltet ist.
  • Bei einem Cachelesevorgang des NAND-Flashspeichers 100 werden in den Zwischenspeichern 221 der Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n gespeicherte Daten während der Bitleitungssetzperiode T1 bis T3 sequentiell zur Spaltengatterschaltung 240 übertragen. Die Daten können zwischen den Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n und der Spaltengatterschaltung 240 unter Verwendung einer Vielzahl von verschiedenen Dateneingabe-/Datenausgabekonfigurationen übertragen werden. So können beispielsweise in den Zwischenspeichern 221 der Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n gespeicherte Daten während der Bitleitungssetzperiode T1 bis T3 zum Datenbus DB übertragen werden. Dies kann dadurch umgesetzt werden, dass die Auswahlsignale YA0 bis YAn sequentiell aktiviert werden, während das Auswahlsignal YB auf einem hohen logischen Pegel gehalten wird, wie aus 3 ersichtlich ist. Zudem kann der Datenbus DB unter Verwendung der Versorgungsspannung in Intervallen zwischen der Aktivierung der Auswahlsignale YA0 bis YAn geladen werden. Dies kann durch Aktivieren eines PMOS-Transistors TR13 in der Lade- und Entladeschaltung 260 umgesetzt werden.
  • Wie oben ausgeführt, werden in den Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n gespeicherte Daten während der Bitleitungssetzperiode T1 bis T3 zum Datenbus DB übertragen. Die zum Datenbus DB übertragenen Daten werden an einen der beiden Pufferspeicher 120 und 130 ausgegeben. Eine erforderliche Zeitspanne zum Übertragen von Daten vom nichtflüchtigen Speicherzellenfeld 210 zum Seitenpuffer 220 wird als Datenlesezeit tR bezeichnet. Eine erforderliche Zeitspanne zum Übertragen von Daten zwischen dem Seitenpuffer 220 und dem Pufferspeicher 120 oder 130 wird als Pufferübertragungszeit tT bezeichnet. Eine erforderliche Zeitspanne zum Übertragen von Daten zwischen dem Pufferspeicher 120 oder 130 und dem Host 300 wird als Hostübertragungszeit tH bezeichnet.
  • Die 4A und 4B zeigen einen Datenübertragungspfad zur Verwendung für einen Cachelesevorgang. Unter Bezugnahme auf 4A werden Daten zuerst während der Datenlesezeit tR vom nichtflüchtigen Speicherkern 110 zum Seitenpuffer 220 übertragen. Die Daten werden dann während der Pufferübertragungszeit tT vom Seitenpuffer 220 zum ersten Pufferspeicher 120 übertragen. Die Zeitspannen tR und tT treten beide während der Bitleitungssetzperiode T1 bis T3 auf. Die Daten werden dann anschließend während der Hostübertragungszeit tH innerhalb der Gesamtperiode T1 bis T5 des Lesevorgangs vom zweiten Pufferspeicher 130 zum Host 300 übertragen. Die Übertragung der Daten zwischen dem nichtflüchtigen Speicherzellenfeld 210 und dem Host 300 erfolgt gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140. Der Vorgang zum Lesen der Daten aus dem nichtflüchtigen Speicherzellenfeld 210 und die Übertragung der Daten zum Host 300 wird als „Cachelesevorgang” bezeichnet.
  • Unter Bezugnahme auf 4B werden in gleicher Weise zuerst Daten während der Datenlesezeit tR vom nichtflüchtigen Speicherkern 110 zum Seitenpuffer 220 übertragen. Die Daten werden dann während der Pufferübertragungszeit tT vom Seitenpuffer 220 zum zweiten Pufferspeicher 130 übertragen. Die Zeitspannen tR und tT treten beide während der Bitleitungssetzperiode T1 bis T3 auf. Die Daten werden dann anschließend während der Hostübertragungszeit tH innerhalb der Gesamtperiode T1 bis T5 des Lesevorgangs vom ersten Pufferspeicher 120 zum Host 300 übertragen. Die Übertragung der Daten zwischen dem nichtflüchtigen Speicherzellenfeld 210 und dem Host 300 erfolgt gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140. Wenn aufeinander folgende Lesevorgänge ausgeführt werden, wird die Hostübertragungszeit tH von der Datenlesezeit tR überdeckt. Analog kann die Datenlesezeit tR von der Hostübertragungszeit tH überdeckt werden.
  • 5 veranschaulicht in einem Signalform-Zeitablaufdiagramm einen Cachelesevorgang des Speichersystems 1000 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Während des Cachelesevorgangs werden vier Datenseiten vom NAND-Flashspeicher 100 zum Host 300 übertragen. Um jede Seite zu lesen, werden eine Adresse und ein Befehl für jede Seite im Register 150 gespeichert. Die im Register 150 gespeicherte Adresse und der dort gespeicherte Befehl werden über die Kopierschaltung 160 in das Register 141 der Steuerlogikschaltung 140 übertragen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Interruptsignal INT auf einem hohen logischen Pegel gehalten, während Seitenadressen zum Auswählen einer ersten und einer zweiten Seite zusammen mit der Blockadresse und der Pufferauswahlinformation gesteuert vom Host 300 im Register 150 gespeichert werden. Nach dem Speichern der Adresseninformation im Register 150 speichert der Host 300 einen Cachelesebefehl im Register 150.
  • Nach dem Speichern des Cachelesebefehls im Register 150 bewirkt die Steuerlogikschaltung 140, dass das Interruptsignal INT vom hohen logischen Pegel auf den niedrigen logischen Pegel wechselt. Gleichzeitig aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 in Reaktion auf den Cachelesebe fehl ein Freigabesignal EN. In anderen Worten ausgedrückt, die Steuerlogikschaltung 140 detektiert den Cachelesebefehl und aktiviert basierend auf der Detektion das Freigabesignal EN.
  • Die Kopierschaltung 160 kopiert die im Register 150 gespeicherte Adressen- und Befehlsinformation in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals EN in das Register 141 der Steuerlogikschaltung 140. Dann steuert die Steuerlogikschaltung 140 den nichtflüchtigen Speicherkern 110 und die Pufferspeicher 120 und 130, um basierend auf der im Register 141 gespeicherten Adressen- und Befehlsinformation den Cachelesevorgang auszuführen.
  • Ein Speicherblock des Speicherzellenfelds 210 wird vom Zeilendecoder 230 ausgewählt und die erste Seite im ausgewählten Speicherblock wird ebenfalls vom Zeilendecoder 230 ausgewählt. Für Beschreibungszwecke sei angenommen, dass von den Bitleitungspaaren BLie und BLio die geradzahligen Bitleitungen BLie ausgewählt werden. Während der Bitleitungsrücksetzperiode T1 werden alle Bitleitungen BLie und BLio auf Masse zurückgesetzt. Dann werden während der Bitleitungsvorladeperiode T2 die ausgewählten Bitleitungen BLie auf die Vorladespannung vorgeladen. Während der Bitleitungsentwicklungsperiode T3 erscheinen die in Speicherzellen der ausgewählten Seite gespeicherten Daten auf den ausgewählten Bitleitungen BLie.
  • Während der Rücksetzperiode T4 werden die Zwischenspeicher 221 der Seitenpuffereinheiten 220_0 bis 220_n dadurch auf Masse zurückgesetzt, dass sie über die Spaltengatterschaltung 240 elektrisch mit dem Datenbus DB verbunden werden. Anschließend werden während der Abtastperiode T5 die auf den ausgewählten Bitleitungen BLie erscheinenden Daten in die korrespondierenden Zwischenspeicher 221 übertragen. Während der Perioden T1 bis T3 werden in den Zwischenspeichern 221 gespeicherte Daten über die Spaltengatterschaltung 240 zum Datenbus DB übertragen und die zum Datenbus DB übertragenen Daten werden gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140 im zweiten Pufferspeicher 130 gespeichert. Hierbei sind die im zweiten Pufferspeicher 130 gespeicherten Daten ungültig.
  • Die im Zwischenspeicher 221 gespeicherten Daten werden während einer Pufferübertragungszeit tT0 zum zweiten Pufferspeicher 130 übertragen. Ist der Lesevorgang für die erste Seite abgeschlossen, d. h. eine erste Datenlesezeit tR1 abgelaufen, dann wird der nichtflüchtige Speicherkern 110 angesteuert, um Daten einer zweiten Seite korrespondierend mit einer im Register 141 gespeicherten Gatteradresse zu lesen. Wie aus 5 ersichtlich ist, werden Daten der zweiten Seite gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140 ohne Zurücksetzen des Registers 150 automatisch im Register 141 gespeichert. Analog werden in den Zwischenspeichern 221 gespeicherte Daten während einer zweiten Datenlesezeit tR2 über die Spaltengatterschaltung 240 zum Datenbus DB übertragen. Die zum Datenbus DB übertragenen Daten werden gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140 im ersten Pufferspeicher 120 gespeichert und sind in 5 mit S1 bezeichnet.
  • Während die erste und zweite Seite in dem zweiten bzw. ersten Pufferspeicher 130 und 120 gespeichert werden, speichert der Host 300 eine dritte Seitenadresse im Register 150. Die dritte Seitenadresse wird typischerweise während einer Periode mit deaktiviertem Interruptsignal INT im Register 150 gespeichert.
  • Sobald die Daten in den ersten Pufferspeicher 120 nach der Zeitspanne tT1 geladen sind, aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Interruptsignal INT. Wenn das Interruptsignal INT aktiviert ist, gibt der Host 300 einen dritten Cachelesebefehl in das Register 150 ein. Gleichzeitig werden die im ersten Pufferspeicher 120 gespeicherten Daten während einer ersten Hostübertragungszeit tH1 zum Host 300 übertragen. Wie aus 5 ersichtlich ist, gibt der Host 300 den ersten Cachelesebefehl an den NAND-Flashspeicher 100 aus und empfängt nach einer Zeitspanne von ungefähr 30 μs Daten.
  • Nachdem der Host 300 den dritten Cachelesebefehl im Register 150 gespeichert hat, aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Freigabesignal EN. Die Kopierschaltung 160 kopiert in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals EN die im Register 150 gespeicherte Adressen- und Befehlsinformation, d. h. eine dritte Seitenadresse und einen Cachelesebefehl, in das Register 141. Der Lesevorgang, welcher auf dem dritten Cachelesebefehl basiert, ist identisch zu den Lesevorgängen, welche auf dem ersten und zweiten Cachelesebefehl basieren.
  • Wie aus 5 ersichtlich ist, speichert der Host 300 während eines Datenlesevorgangs eine vierte Seitenadresse im Register 150. Während der dritten Datenlesezeit tR3 werden während der zweiten Datenlesezeit tR2 aus dem nichtflüchtigen Speicherkern 110 gelesene Daten, die in 5 mit S2 bezeichnet sind, während einer zweiten Pufferübertragungszeit tT2 zum zweiten Pufferspeicher 130 übertragen. Nach der Übertragung der Daten zum zweiten Pufferspeicher 130 während der zweiten Pufferübertragungszeit tT2 aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Interruptsignal INT. Nach der Aktivierung des Interruptsignals INT speichert der Host einen vierten Cachelesebefehl im Register 150. Zusätzlich empfängt der Host 300 während einer zweiten Hostübertragungszeit tH2 im zweiten Pufferspeicher 130 gespeicherte Daten.
  • Nachdem der Host 300 den vierten Cachelesebefehl im Register 150 gespeichert hat, aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Freigabesignal EN. Die Kopierschaltung 160 kopiert in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals EN die im Register 150 gespeicherte Adressen- und Befehlsinformation, d. h. die vierte Seitenadresse und den Cachelesebefehl, in das Register 141. Der Lesevorgang, welcher auf dem vier ten Cachelesebefehl basiert, ist identisch zu den Lesevorgängen, welche auf dem ersten, zweiten und dritten Cachelesebefehl basieren.
  • Schließlich speichert der Host 300 einen Dummy-Cachelesebefehl im Register 150, um Daten zu übertragen, welche während des vierten Datenlesevorgangs in einen Pufferspeicher ausgelesen wurden. Wenn der Dummy-Cachelesebefehl im Register 150 gespeichert ist, aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Freigabesignal EN. Die Kopierschaltung 160 kopiert in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals EN den im Register 150 gespeicherten Dummy-Cachelesebefehl in das Register 141. Wann immer der Dummy-Cachelesebefehl im Register 141 gespeichert ist, steuert die Steuerlogikschaltung 140 den nichtflüchtigen Speicherkern 110 an, um die in den Zwischenspeichern 221_0 bis 221_n gespeicherten Daten, d. h. die während des vierten Lesevorgangs ausgelesenen Daten, ohne Ausführung eines Lesevorgangs zum zweiten Pufferspeicher 130 zu übertragen. Nach der Übertragung der Daten in den zweiten Pufferspeicher 130, d. h. nach einer Zeitspanne tT4, aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Interruptsignal INT. Die im zweiten Pufferspeicher 130 gespeicherten Daten werden dann während einer Hostübertragungszeit tH4 zum Host 300 übertragen.
  • Alternativ kann auch ein anderer Befehl anstatt des Dummy-Cachelesebefehls dazu verwendet werden, eine letzte Seite der Daten zu lesen.
  • Wie oben ausgeführt ist, wird eine als nächstes auszuwählende Seitenadresse während einer Periode im Register 150 gespeichert, in welcher das Interruptsignal INT auf einem niedrigen Pegel gehalten wird. Entsprechend wird eine als nächstes auszuwählende Seitenadresse gemeinsam mit einer Blockadresse und einer Pufferauswahlinformation zwischen aufeinander folgenden Hostübertragungszeiten tH im Register 150 gespeichert. Wenn kein anschließender Hostübertragungsvorgang ausgeführt wird, kann eine als nächstes auszuwählende Seitenadresse während einer unterbrochenen Hostübertragungsperiode im Register 150 gespeichert werden.
  • 6 veranschaulicht im Zeitablaufdiagramm einen normalen Lesevorgang des Speichersystems 1000 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der in 6 dargestellte Lesevorgang wird verwendet, um Daten von einer einzelnen Seite zu lesen. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird gesteuert vom Host 300 eine Seitenadresse zum Auswählen einer beliebigen Seite im Register 150 des NAND-Flashspeichers 100 gespeichert, während das Interruptsignal INT aktiviert ist.
  • Nach dem Speichern der Adresseninformation im Register 150 speichert der Host 300 einen Lesebefehl im Register 150. Nach dem Speichern des Lesebefehls im Register 150 deaktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Interruptsignal INT. Gleichzeitig aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 in Reaktion auf einen eingegebenen Lesebefehl das Freigabesignal EN. Die Kopierschaltung 160 kopiert die im Register 150 gespeicherte Adressen- und Befehlsinformation in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals EN in das Register 141. Entsprechend der im Register 141 gespeicherten Adressen- und Befehlsinformation wird während einer ersten Datenlesezeit tR1 gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140 ein Lesevorgang mit dem nichtflüchtigen Speicherkern 110 ausgeführt.
  • Die aus dem nichtflüchtigen Speicherkern 110 gelesenen Daten werden gesteuert von der Steuerlogikschaltung 140 während einer ersten Pufferübertragungszeit tT1 zu einem Pufferspeicher, z. B. zum ersten Pufferspeicher 120, übertragen. Nach der Übertragung der Daten in den Pufferspeicher aktiviert die Steuerlogikschaltung 140 das Interruptsignal INT. Der Host 300 empfängt in Reaktion auf die Aktivierung des Interruptsignals INT die im Pufferspeicher gespeicherten Daten. Wie aus 6 ersichtlich ist, gibt der Host 300 einen Lesebefehl an den NAND-Flashspeicher 100 aus und empfängt nach einer Zeitspanne von ungefähr 30 μs Daten vom NAND-Flashspeicher 100.
  • Wie aus den 5 und 6 ersichtlich ist, ist die für den Host 300 erforderliche Zeitspanne zum Ausgeben eines Lesebefehls bzw. eines Cachelesebefehls ungefähr gleich der Zeitspanne, welche für den Host 300 erforderlich ist, um erste Daten zu empfangen. In anderen Worten ausgedrückt, der Cachelesevorgang und der normale Lesevorgang werden unter Verwendung des gleichen Leseschemas von der Steuerlogikschaltung 140 gesteuert.

Claims (13)

  1. Flashspeicherbauelement, das einen Cachelesevorgang unterstützt, der eine Reihe von aufeinanderfolgenden Datenlesevorgängen umfasst, und folgende Elemente aufweist: – einen ersten und einen zweiten Pufferspeicher (120, 130), – einen nichtflüchtigen Speicherkern (110), der ein nichtflüchtiges Speicherzellenfeld (210) mit einer Mehrzahl von Speicherblöcken beinhaltet, die jeweils eine Mehrzahl von Seiten umfassen, – einen Seitenpuffer (220), der zum Lesen von Daten aus einem ausgewählten Speicherblock eingerichtet ist, – ein erstes Register (150) zum Speichern von Adressen- und Befehlsinformation, – eine Steuerlogikschaltung (140), die ein zweites Register (141) umfasst und dafür eingerichtet ist, ein Freigabesignal (EN) zu erzeugen, wenn detektiert wird, dass eine Befehlsinformation in das erste Register (150) geschrieben wurde, und – eine Kopierschaltung (160) zum Kopieren der im ersten Register (150) gespeicherten Adressen- und Befehlsinformation in das zweite Register (141) in Reaktion auf das Freigabesignal (EN), – wobei die Steuerlogikschaltung (140) den ersten und zweiten Pufferspeicher (120, 130) und den nichtflüchtigen Speicherkern (110) basierend auf der im zweiten Register (141) gespeicherten Adressen- und Befehlsinformation steuert und – wobei Adresseninformation für einen nächsten Datenlesevorgang im ersten Register (150) gespeichert wird.
  2. Flashspeicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogikschaltung (140) nach der Übertragung von Daten vom nichtflüchtigen Speicherkern (110) zum ersten oder zweiten Pufferspeicher (120, 130) ein Interruptsignal (INT) aktiviert.
  3. Flashspeicherbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aktivierung des Interruptsignals (INT) ein Cachelesebefehl für den nächsten Datenlesevorgang im ersten Register (150) gespeichert wird.
  4. Flashspeicherbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopierschaltung (160) den im ersten Register (150) gespeicherten Cachelesebefehl und die Adresseninformation für den nächsten Datenlesevorgang in das zweite Register (141) kopiert.
  5. Flashspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogikschaltung (140) den nichtflüchtigen Speicherkern (110) und den ersten und zweiten Pufferspeicher (120, 130) basierend auf der im zweiten Register (141) gespeicherten Adressen- und Befehlsinformation so steuert, dass während aufeinanderfolgenden Datenlesevorgängen Daten vom Seitenpuffer (220) abwechselnd in den ersten oder zweiten Pufferspeicher (120, 130) übertragen werden.
  6. Flashspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Adresseninformation für den ersten und zweiten Datenlesevorgang vor dem Start des ersten Datenlesevorgangs im ersten Register (150) gespeichert ist.
  7. Flashspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopierschaltung (160) die im ersten Register (150) gespeicherte Adresseninformation zusammen mit einem ersten Cachelesebefehl in das zweite Register (141) kopiert, nachdem der erste Cachelesebefehl in das erste Register (150) eingegeben ist.
  8. Flashspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein NAND-Flashspeicherbauelement (100), das den ersten und zweiten Pufferspeicher (120, 130) und den nichtflüchtigen Speicherkern (110) beinhaltet.
  9. Flashspeicherbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogikschaltung (140) den nichtflüchtigen Speicherkern (110) steuert, um aufeinanderfolgend den ersten und zweiten Datenlesevorgang auszuführen, nachdem der erste Cachelesebefehl in das zweite Register (141) übertragen worden ist.
  10. Flashspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenpuffer (220) Daten während einer Bitleitungssetzperiode der aufeinanderfolgenden Datenlesevorgänge in den ersten oder weiten Pufferspeicher (120, 130) überträgt.
  11. Flashspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenpuffer (220) eine Mehrzahl von Seitenpuffereinheiten (220_1 bis 220_n) umfasst, die jeweils über ein Bitleitungspaar mit einer korrespondierenden Speicherzelle im nichtflüchtigen Speicherkern (110) verbunden sind.
  12. Flashspeicherbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl von Seitenpuffereinheiten (220_1 bis 220_n) einen Zwischenspeicher (221) umfasst, um einen logischen Zustand der korrespondierenden Speicherzelle zu speichern.
  13. Flashspeicherbauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtflüchtige Speicherkern (110) eine Spaltengatterschaltung (240) umfasst, um die Seitenpuffereinheiten (220_1 bis 220_n) in Reaktion auf eine Mehrzahl von Auswahlsignalen, die von einem Spaltendecoder (250) ausgegeben werden, mit einem Datenbus (DB) zu verbinden.
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