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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von digitalen
Speicherschaltungen, bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf die Verwendung
von Multiplex- und Modulationstechniken, um die Anzahl von Verbindungen
zu reduzieren, die zwischen einem Speicherarray und einer Schnittstellenschaltung
erforderlich sind.
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Viele
Verbrauchergeräte
sind heutzutage aufgebaut, um digitale Daten in zunehmend großen Mengen
zu erzeugen und/oder zu verwenden. Tragbare Digitalkameras für Standbilder
und/oder bewegliche Bilder, erzeugen beispielsweise große Mengen an
digitalen Daten, die Bilder darstellen. Jedes digitale Bild kann
bis zu mehreren Megabytes (MB) Datenspeicher erfordern, und eine
solche Speicherung muss in der Kamera verfügbar sein. Um diese Menge an
Datenspeicheranwendung bereitzustellen, sollte der Speicherungsspeicher
relativ kostengünstig
sein für
ausreichend Kapazitäten
von etwa 10 MB bis 1 Gigabyte (GB). Der Speicherungsspeicher sollte auch
einen geringen Leistungsverbrauch haben (z. B. << 1
Watt) und relativ robuste physikalische Charakteristika haben, um
der tragbaren batteriebetriebenen Betriebsumgebung gewachsen zu
sein. Für Archivspeicherung
müssen
Daten nur einmal in den Speicher geschrieben werden. Der Speicher
sollte vorzugsweise eine Kurzzugriffszeit (in der Größenordnung
von Millisekunden) und eine moderate Übertragungsrate (z. B. 20 Mb/s)
haben. Außerdem
sollte der Speicherungsspeicher auch vorzugsweise in einem Industriestandard-Schnittstellenmodul
gehäust können, wie
z. B. einem Memory Stick oder einer Compact Flash Card.
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Eine
Form von Speicher, die derzeit in tragbaren Geräten verwendet wird, wie z.
B. Digitalkameras, ist Flash-Speicher.
Dieser erfüllt
die gewünschten
Charakteristika der mechanische Robustheit, des Leistungsverbrauchs,
der Übertragung
und der Zugriffsgeschwindigkeit, die oben erwähnt wurden. Ein Hauptnachteil
ist jedoch, dass der Flash-Speicher relativ teuer bleibt (1,50 $
bis 2 $ pro MB). Aufgrund des Preises ist es allgemein unvernünftig, Flash-Speicherspeicherung
als Archivvorrichtung zu verwenden, dies erfordert somit, dass Daten
von demselben zu einem zweiten Archivspeicher übertragen werden.
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Magnetische „Festplatten"-Speicherung kann
selbst in tragbaren Geräten
für Archivspeicherung
verwendet werden. Miniatur-Festplattenlaufwerke sind verfügbar für den PCMCIA-Typ-III-Formfaktor,
wie z. B. Microdrive von IBM, der Kapazitäten von bis zu 1 GB bietet.
Solche Plattenlaufwerke sind jedoch nach wie vor relativ teuer (5
$ pro MB), zumindest teilweise aufgrund der relativ hohen Festkosten der
Plattensteuerelektronik. Miniatur-Festplatten haben andere Nachteile
im Vergleich zu Flash-Speicher, wie z. B. geringere mechanische
Robustheit, höheren
Leistungsverbrauch (~. 2–4
Watt) und relativ lange Zugriffszeiten (~ 10 ms).
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Beschreibbare
optische Speicherplatten können
gleichermaßen
verwendet werden, und entfernbare optische Platten bieten einen
großen
Vorteil im Vergleich zu der Festplatte. Das entfernbare optische
Medium ist sehr günstig,
beispielsweise in der Größenordnung
von 0,03 $ pro MB für
Minidisk-Medien.
In fast jeder anderen Hinsicht schneidet die optische Platte jedoch
schlecht ab im Vergleich mit magnetischen Festplatten, einschließlich eines
relativ schlechten Leistungsverbrauchs, einer schlechten mechanischen
Robustheit, Masse und Zugriffsleistung.
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Eine
weitere Form von Archivspeicherung ist in der mitanhängigen europäischen Patentanmeldung
mit der Nummer 02253896 (EP-A-1265253), eingereicht am 5. Juni 2002,
beschrieben. Das darin offenbarte Speichersystem zielt darauf ab,
einmal beschreibbaren Speicher mit hoher Kapazität bei geringen Kosten für Archivspeicherung
zu liefern. Dies wird teilweise realisiert durch Bereitstellen eines tragbaren
günstigen
robusten Speichersystems (PIRM; PIRM = portable inexpensive, rugged
memory system), das Siliziumsubstrate vermeidet und die Prozesskomplexität minimiert.
Das PIRM-Speichersystem umfasst ein Speichermodul, das aus einem
laminierten Stapel von Integrierte-Schaltung-Schichten gebildet ist, die auf Kunststoffsubstraten
aufgebaut sind. Jede Schicht enthält ein Kreuzpunktdiodenspeicherarray,
und das Erfassen der Daten, die in dem Array gespeichert werden,
wird von einer getrennten integrierten Schaltung entfernt von dem
Speichermodul ausgeführt.
Die wahrscheinlich kostengünstigste Implementierung
des PIRM-Speichersystems
ist eine, bei der die Steuerung und andere wiederverwendbare Elektronik
entweder in dem Gerät
eingebettet sind, oder sich in einem Adapter befinden, der in einen
Speicherkartenschlitz eingefügt
wird. Das PIRM-Speichermodul
würde über eine
proprietäre Schnittstelle
mit der Steuerung verbinden. Eine Schwierigkeit bei diesem Lösungsansatz
ist, dass das Herstellen der Verbindung zwischen der Steuerung und
dem Speichermodul eine große
Anzahl von Verbindungen umfassen kann, in der Größenordnung von 120 oder mehr.
Das Herstellen einer kostengünstigen
kompakten und zuverlässigen
Steuerung zum Aufnehmen so vieler Verbinder ist eine Herausforderung.
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Die
US 4,415,991 offenbart ein
Speichersystem gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Dieselbe offenbart ein System, das Multizugriffspeichermodule
umfasst, die jeweils durch einen Bus mit einem Systemadressmultiplexer
und mit einem Systemdatenmultiplexer/-demultiplexer verbunden sind.
Jedes Modul umfasst einen Multizugriffsspeicher, der mit dem Systemadressmultiplexer
durch einen Komponentenadressdemultiplexer und einen einzelnen Bus verbunden
ist, um adressiert zu werden. Jeder Multizugriffsspeicher ist auch
mit dem Systemdatenmultiplexer/-demultiplexer verbunden, durch einen
Komponentendatenmultiplexer/-demultiplexer und einen einzelnen Bus
zum Lesen oder Erfassen des Lesens oder Erfassens des Speichers
und zum Schreiben von Daten in den Speicher.
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Die
JP 63-128463 offenbart ein System, das es zwei CPUs ermöglicht,
zwei Speichervorrichtungen gemeinschaftlich zu verwenden, unter
Verwendung eines gemultiplexten Busses und durch Anlegen einer Frequenzmodulation
an die Adress-/Datensignale.
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Die
US 3,828,263 offenbart eine
Demodulatorschaltung für
Frequenz-Burst-dauermodulierte Signale. Der Demodulator umfasst
einen Vollwellengleichrichter und einen Filterkondensator, der mit
einem Eingangsbandpassfilter gekoppelt ist. Ein Differenzverstärker, der
mit dem Filterkondensator verbunden ist, erzeugt ein Ausgangssignal
einer vorbestimmten Amplitude, während
eine Ladung in dem Kondensator über
einem vorbestimmten Minimum gespeichert wird. Ein Feldeffekttransistor überbrückt den
Filterkondensator, bis der Gleichrichter eine Spannungsausgabe erzeugt,
die dazu neigt, den Kondensator zu laden, ansprechend auf einem
Frequenzburst, und den Kondensator erneut überbrückt für eine schnelle Entladung am
Ende eines Frequenzbursts.
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Die
US 5,905,670 offenbart ein
programmierbares Array für
die Verwendung in einem Nurlesespeicher, der Diodenelemente und
kurzgeschlossene Diodenelemente umfasst. Die Erfindung verwendet laterale
Polysiliziumdioden und eine Metallsilizidschicht, die den Übergang
von vorausgewählten
Dioden zu kurzen vorausgewählten
Diodenelementen überbrückt. Programmieren
wird entweder erreicht durch Bilden der Silizidschicht über die Übergänge von
vorausgewählten
Dioden oder durch Entfernen der Silizidschicht von den Übergängen von
vorausgewählten
Dioden.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Speichervorrichtung.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Speichervorrichtung
gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch
6 geschaffen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst die Speichervorrichtung eine Mehrzahl von Speicherschichten,
wobei jede der Mehrzahl von Schichten ein Speicherarray enthält; eine
Mehrzahl von Signalmodulationsschaltungen, die mit jedem der Speicherarrays
gekoppelt sind; und eine Leitungsreduktionsschaltung, die mit jeder
der Mehrzahl von Speicherschichten gekoppelt ist. Ferner umfasst
jede der Mehrzahl von Signalmodulationsschaltungen eine Bandpassfilterschaltung,
die mit einer Gleichrichterschaltung in Reihe gekoppelt ist. Die
Speichervorrichtung kann auch eine Schnittstelle und Steuerschaltung
umfassen, die mit der Leitungsreduktionsschaltung über eine
Schnittstellenverbindung gekoppelt ist. Außerdem ist das Speicherarray
ein Kreuzpunktspeicherarray. Und die Leitungsreduktionsschaltung
ist eine Multiplex-/Demultiplexschaltung. Außerdem ist die Leitungsreduktionsschaltung
auf einem dünnen
Nicht-Halbleitersubstrat
implementiert.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
umfasst die Speichervorrichtung ein Kreuzpunktspeicherarray mit
einem ersten und zweiten Satz von transversalen Elektroden und einer
Adressierschaltung; eine Filter- und Gleichrichterschaltung, die
in Reihe geschaltet ist; und eine Leitungsreduktionsschaltung; wobei
die Filter- und Gleichrichterschaltung vorbestimmte Signale über ein
Frequenzspektrum ausbreitet. Ferner umfasst die Leitungsreduktionsschaltung
Multiplexer- und Demultiplexerschaltungen. Die Speichervorrichtung
umfasst zumindest ein Filter und die Gleichrichterschaltungen sind
mit einer Leistungsversorgung gekoppelt. Das Filter ist ein Bandpassfilter
und die Gleichrichterschaltung umfasst eine Diode. Die Speichervorrichtung
umfasst den ersten und zweiten Satz von transversalen Elektroden,
die mit jeweiligen Speicherelementen gebildet sind, die an den Kreuzpunkten
des ersten und zweiten Satzes von Elektroden gebildet sind. Außerdem hat
der Speicher die ersten Verbindungen, die jede Speicherarrayelektrode
in dem ersten Satz mit einem jeweiligen einmaligen Teilsatz des
ersten Satzes von Adressleitungen koppeln, und die zweiten Verbindungen,
die jede Speicherarrayelektrode in dem zweiten Satz mit einem jeweiligen
einmaligen Teilsatz des zweiten Satzes von Speicherarrayelektroden
koppeln. Die Speichervorrichtung umfasst ferner eine Schnittstellenschaltung,
die mit jeder der Mehrzahl von Speicherschichtschaltungen gekoppelt ist.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Reduzieren der Anzahl von Verbindungen
zwischen einem Speichermodul und einer Speichersteuerung umfasst
folgende Schritte: Adressieren eines Speicherelements in dem Speicherarray
durch Anlegen eines vorbestimmten elektrischen Signals an den ersten
und zweiten Satz von vorbestimmten Leitungen, um den Zustand des
Speicherelements freizugeben; und Übertragen der Adressen von
dem Speicherarray zu einer Schnittstellen- und Steuerschaltung durch
Ausbreiten mehrerer Speicherelementadressen über ein vorbestimmtes Frequenzspektrum.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Ausbreitens mehrerer Speicherelementadressen,
der ausgeführt
wird unter Verwendung einer Filter- und Gleichrichterschaltung,
die in Reihe geschaltet ist, und durch Multiplexen der ausgebreiteten
Adressen und Übertragen
der Adresse an die Schnittstellen- und Steuerschaltung über eine
Schnittstelle.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines einmal beschreibbaren Speichersystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ist
ein Blockdiagramm des einmal beschreibbaren Speichersystems, das
die allgemeine Struktur eines Speichermoduls desselben darstellt;
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3 ist
ein Blockdiagramm des Speichermoduls, wie es bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben ist;
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4 ist
eine Darstellung des RC-Bandpassfilternetzwerks, das mit der Gleichrichterschaltung
gekoppelt ist; und
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5 ist
eine Darstellung von Signalverläufen,
die von der Adressierschaltung ausgegeben werden.
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Wo
bei der folgenden Beschreibung auf „Daten" Bezug genommen wird, ist klar, dass
solche „Daten" auf unterschiedliche
Weise dargestellt werden können,
abhängig
von dem Zusammenhang. Als ein Beispiel kann ein Spannungspegel,
ein Magnetzustand oder eine physikalische Charakteristik, wie z. B.
ein elektrischer Widerstand, die einen messbaren Effekt darstellen,
wie z. B. einen Spannungs- oder Strompegel, oder eine Änderung
an einer Erfassungsschaltung, „Daten" in einer Speicherzelle
darstellen. Andererseits können
auf einem Bus oder während
der Übertragung
solche „Daten" in der Form einer
elektrischen Schaltung oder eines Spannungssignals sein. Ferner
sind hierin „Daten" in den meisten Fällen hauptsächlich binärer Art,
was der Zweckmäßigkeit
hierin als dargestellt durch Zustände von „0" und „1" bezeichnet wird, aber es ist klar,
dass die binären
Zustände
in der Praxis dargestellt werden können durch relativ unterschiedliche
Spannungen, Ströme,
Widerstände
oder dergleichen, und es ist im Allgemeinen unerheblich, ob eine
bestimmte praktische Manifestation eine „0" oder eine „1" darstellt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wie es hierin nachfolgend näher beschrieben ist, liefert ein
tragbares unaufwändiges
robustes Speicher-System (PIRM-System), das unter anderem besonders sinnvoll
ist für
die Datenspeicherung in Anwendungen, wie z. B. Digitalkameras und
tragbaren digita len Audiovorrichtungen, obwohl Fachleute auf diesem Gebiet
erkennen, dass das Speichersystem und seine verschiedenen Komponenten
und Aspekte auch in vielen anderen Anwendungen verwendet werden können. Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist das Speichersystem in einem Industriestandard-Kompakt-Flash-Speicher
eingebaut.
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Eine
Speicherkarte 10 ist in 1 in Blockdiagrammform
dargestellt. Die Speicherkarte 10 hat einen I/O-Schnittstellenverbinder 12,
durch den Kommunikation zwischen der Karte 10 und einer
Vorrichtung 2 ausgeführt
wird, mit der dieselbe gekoppelt ist. Der Schnittstellenverbinder 12 ist
mit einer Schnittstellen- und Steuerschaltung 14 gekoppelt,
die mit einem entfernbaren Speichermodul 20 verbunden ist. Das
Speichermodul 20 liefert eine Schaltungsanordnung für einmal
beschreibbare Datenspeicherung, einschließlich Schreibfreigabe- und
Adressier-/Erfassungsfunktionen. Die Schnittstellen- und Steuerschaltung 14 umfasst
Schaltungsanordnung für
Steuerung, Schnittstellen, Erfassung und Fehlerkorrigierende Codierung
(ECC) für
jedes entfernbare Speichermodul 20. Das Speichermodul 20 wird
in einer Verbindervorrichtung in einer Speicherkarte 10 aufgenommen,
so dass dieselbe von derselben entfernt werden kann, und mit einem
anderen Speichermodul 20 ersetzt werden kann. Wenn dasselbe
in der Speicherkarte aufgenommen wird, ist das Speichermodul 20 durch
eine interne Schnittstelle 16 mit der Schnittstellen- und
Steuerschaltung 14 gekoppelt.
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Einmal
beschreibbare Datenspeicherung bedeutet, dass effektiv Daten nur
einmal in den Speicher geschrieben werden können und danach unveränderbar
bleiben. In vielen Formen von einmal beschreibbarem Speicher ist
es nicht völlig
wahr, dass die Daten, die darin gespeichert sind, überhaupt
nicht geändert
werden können,
nachdem dieselben anfangs geschrieben wurden, allgemein können dieselben
jedoch nicht beliebig geändert
werden, wie es für Fachleute
auf diesem Gebiet klar ist. Beispielsweise sind die meisten einmal beschreibbaren
Speicher mit jeder Speicherzelle in einem ersten binären Zustand (der
z. B. eine binäre „0" darstellt) hergestellt,
und während
einer Schreibprozedur werden ausgewählte Speicherzellen in einen
zweiten binären
Zustand geändert
(der z. B. eine binäre „1" darstellt). Häufig ist die Änderung
bei der Speicherzelle von dem ersten binären Zustand zu dem zweiten
binären
Zustand umkehrbar, so dass, sobald ein Datum „1" geschrieben ist, dasselbe nicht zurück zu einem
Datum „0" geändert werden
kann. Dies beschränkt
die Änderungen
an den gespeicherten Daten, die durchgeführt werden können, nachdem
dieselben in den Speicher geschrieben wurden. Daten können nur einmal
geschrieben werden und danach kann ein Datum „0" beispielsweise nur zu einem Datum „1" geändert werden,
und nicht anders herum.
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Da
das Speichermodul 20 einmal beschreibbaren Speicher enthält, ist
dieser geeignet für
Archivspeicherung, in der die Daten, sobald sie gespeichert sind,
beibehalten werden. Dies ist ähnlich
wie ein photographischer Film, auf dem die Bilder einmal gespeichert
werden und der entwickelte Film als dauerhafte Aufzeichnung behalten
wird. Sobald das Speichermodul 20 bis zu seiner Kapazität mit Daten
gefüllt
wurde, ist daher ein weiteres erforderlich für weitere Datenspeicherung.
Es wäre
möglich,
die gesamte Speicherkarte 10 in der Vorrichtung 2 zu
ersetzen, dies würde
jedoch bedeuten, dass die Schnittstellen- und Steuerschaltung 14 sowie
die Speicherkartenstruktur zusammen mit dem Speichermodul archiviert
wird. Um die Datenspeicherungskosten zu reduzieren, ist es wünschenswert,
dass wiederverwendbare und relativ aufwändige Komponenten des Speichersystems
nicht permanent mit dem tatsächlichen Speicherungsspeicher
gekoppelt sind, und aus diesem Grund ist das Speichermodul 20 bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
von der Speicherkarte 10 entfernbar. Daher werden die Speichermodule 20 für die Einfügung in
dieselbe unaufwändig
hergestellt, wie es hierin nachfolgend näher erörtert wird.
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Die
Steuer-/Schnittstellenschaltung 14 kann allgemein einer „AT"-Stil-Plattensteuerschaltung ähneln, die
ferner ECC- und
Defektverwaltungsfunktionen umfasst, sowie Funktionen, die erforderlich
sind, um das Speichermodul 20 zu betreiben. Diese Funktionen
umfassen: Schreiben in das Speichermodul, einschließlich Einstellen
von Schreibspannungen, Einstellen von Schreibfreigabeleitungen und
Steuern von Leistungsversorgungs-Striping (Streifenbildung); Adressieren
des Speichers durch Umwandeln logischer Adressen in Adressleitungsstrukturen,
die erforderlich sind, um auf physikalische Speicherpositionen zuzugreifen;
und Datenleseverarbeitung von Erfassungsleitungsausgaben.
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Die
Steuer-/Schnittstellenschaltungsanordnung 14 kann auch
Funktionen liefern zum Emulieren bestimmter Merkmale von wiederbeschreibbaren Speicherkarten,
wie z. B. logische Löschung
von Datendateien und dergleichen. Solche Funktionen der Schnittstellen-/Steuerschaltungsanordnung 14 können ohne
Schwierigkeit beispielsweise in einer kundenintegrierten Schaltung
implementiert werden. Die Einzelheiten der erforderlichen Funktionen,
die oben skizziert wurden, werden klarer von der folgenden Beschreibung
der Struktur und des Betriebs des Speichermoduls 20.
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Die
innere Schnittstelle 16 ist vorgesehen zum Koppeln zwischen
der Schnittstellen/Steuerschaltungsanordnung 14 und dem
Speichermodul 20 in der Speicherkarte 10. Die
innere Schnittstelle 16 empfängt das Speichermodul und liefert
elektrische Verbindungen zwischen der Schnittstellen- und Steuerschaltungsanordnung 14 und
dem Speichermodul 20. Eine geeignete Form von Steckanordnung
kann verwendet werden, obwohl die geeignetste Struktur stark von
der tatsächlichen
Anzahl von herzustellenden Verbindungen abhängt. Die Verbindung von Kontakten
auf dem Speichermodul kann auf der externen Oberfläche desselben
gebildet werden, wie es beispielsweise hierin nachfolgend beschrieben
ist, um Randverbindungsschemata oder Anschlussflächengitterarray- (LGA-; LGA
= land grid array) Verbindungen zu ermögli chen. Viele Arten von Verbindungsschemata
sind für
eine Implementierung ohne übermäßige Schwierigkeit
möglich,
wie es für
Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich ist.
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Eine
schematische Blockdarstellung des Speichermoduls 20 ist
in 2 gezeigt, das mit der Schnittstellen- und Steuerschaltung 14 gekoppelt
ist. Um die Speicherkapazität
des Speichermoduls 20 zu maximieren, ist das Modul 20 aus
einem Stapel von laminierten Schichten 22 aufgebaut. Jede
Schicht 22 hat ein Array 36 von Speicherelementen,
die die Datenspeicherung liefern (wie es mit Bezugnahme auf 3 näher erörtert wird).
Die Schichten 22 umfassen auch eine Modulationsschaltungsanordnung 28, die
mit den jeweiligen Speicherschichten 22 und mit einer Multiplex-/Demultiplexschaltungsanordnung 24 gekoppelt
ist. Die Modulationsschaltungsanordnung 28 reduziert die
Anzahl der Adress- und Erfassungsleitungen, die von den Schichten 22 ausgegeben werden,
um einen vorbestimmten multiplikativen Faktor. Die Modulierschaltungsanordnung 24 breitet die
Adress- und Erfassungsleitungen, die von dem Array ausgegeben werden, über ein
vorbestimmtes Frequenzspektrum aus. Folglich können mehrere Signale über eine
einzige Leitung übertragen
werden. Die Multiplex-/Demultiplexschaltungsanordnung 24 gibt
die kombinierten Signale durch die Speichersystemschnittstelle 16 an
die Schnittstellen- und Steuerschaltung 14 aus. Die Modulationsschaltungsanordnung 28 auf
jeder Schicht 22 ermöglicht
weniger Verbindungsleiter zwischen den Schichten des Speichermoduls,
was eine leichtere Herstellung ermöglicht und somit die Kosten
verringert. Die Multiplex-/Demultiplexschaltung 24 reduziert
die Anzahl von Verbindungen zwischen dem Speichermodul 20 und
der Steuerung 14 durch Multiplexen der Anzahl von Signalen,
die auf jeder Leitung getragen werden, auf eine Weise, die in der
Technik gut bekannt ist.
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Die
Multiplex-/Demultiplexschaltungsanordnung 24 ist eine zusätzliche
Schicht von Elektronik, die in der Lage ist, die Adress-, Erfassungs-,
und Leistungsversorgungsleitungen (nicht gezeigt), die durch die
Speichermodule von jeder Schicht 22 erzeugt werden, in
eine kleine Anzahl von Leitungen zusammenzulegen. Es gibt mehrere
mögliche
Technologien, die zum Durchführen
von Leitungsreduktion geeignet sein können. Beispielsweise könnten Siebdruck-TFT(s)
und elektrostatische Relais ebenfalls verwendet werden, um die Umwandlung
durchzuführen.
Diese Vorrichtungen sind näher
erörtert
in der oben erwähnten
mitanhängigen
Anmeldung mit dem Titel „Einmal
beschreibbarer Speicher".
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet jedoch passive Komponenten, wie z. B. Widerstände und
Kondensatoren. Diese Komponenten können unaufwändig auf einem flexiblen Substrat hergestellt
werden.
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Die
Adressleitungen steuern, von welchem Element in dem Speicherarray 36,
der Zustand durch die Erfassungsleitung oder -leitungen auf dieser Schicht 22 erfasst
wird. Um die Anzahl von Verbindungen zu minimieren, sind die Adressleitungen
parallel über
alle Schichten 22 geschaltet, jede Schicht 22 muss
jedoch zumindest eine Erfassungsleitung enthalten. Es kann mehr
als eine Erfassungsleitung in einem Array 36 geben. Es
kann auch mehrere Speicherarrays 36 auf jeder Schicht 22 geben,
jede mit gemeinsamen Adressleitungen und unabhängigen Erfassungsleitungen.
Während
des Schreibprozesses dienen die Erfassungsleitungen als Schreibfreigabeleitungen,
die es unabhängigen
Daten ermöglichen,
auf eine Reihe von Bits geschrieben zu werden, die gemeinsam adressiert
werden.
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Die
Schnittstellen- und Steuerschaltung 14 ist in einer Ausnehmung
einer dünnen
gedruckten Schaltungsplatine Kontaktnasen-verbunden und an den Speichermodulschichten 22 und
an der Leitungsreduktionsschaltung 24 befestigt. Die Multiplex-/Demultiplexschaltungsanordnungsschicht 24 ist auf
einem flexiblen Substrat hergestellt, um Kosten zu reduzieren.
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3 stellt
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
des Speichermodularrays 30 dar. Das Array 30 von
Speicherelementen ist auf jeder der Schichten 22 in dem
Speichermodul 20 gebildet. Das Speichermodularray 30 ist
ein Kreuzpunktdiodenarray mit Adressierungs- und Erfassungsschaltungsanordnung.
Wie es gezeigt ist, hat das Array 30 Spaltenelektroden 32 und
Zeilenelektroden 34, die in Gruppen von Drei aufgeteilt
sind. Kästen,
die mit (F1–F6) 50 und 48 gekennzeichnet
sind, stellen das RC-Bandpassnetzwerk bzw. die Gleichrichterschaltung
dar. Das RC-Bandpassnetzwerk und die Gleichrichterschaltung sind
die Modulationsschaltung 28.
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Dioden
sind an den Schnittstellen der Elektroden gebildet und erzeugen
das Kreuzpunktdiodenspeicherarray 36. In der Figur sind
Diodenelemente, die intakt sind, durch eine „0" an der jeweiligen Schnittstelle angezeigt,
und Diodenelemente, die durchgebrannt sind, sind durch ein „X" angezeigt. Das gezeigte
Kreuzpunktspeicherarray 36 hat keine Daten in demselben
gespeichert und somit sind alle Dioden in demselben intakt. Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst jedes Speicherelement ein Sicherungselement
(nicht gezeigt), das in Reihe geschaltet ist mit einem Diodenelement
(nicht gezeigt). Das Sicherungselement schafft den tatsächlichen
Datenspeichereffekt des Speicherelements, während die Diode die Isolation der
Speicherelemente voneinander in dem Kreuzpunktarray während der
Lese- und Schreibprozesse ermöglicht.
Das Sicherungselement kann als ein getrenntes Element realisiert
werden, das eine Schaltung öffnet,
wenn ein kritischer Strom durch dieselbe geleitet wird, oder kann
in der Diode enthalten sein. Ein Durchschnittsfachmann auf diesem
Gebiet kann erkennen, dass eine Diode und Antisicherung in Reihe
auch als ein Speicherelement verwendet werden können.
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Die
Zeilen- und Spaltenelektroden 32, 34 erstrecken
sich aus dem Kreuzpunktarray 36 und werden durch Pull-Up-/Pull-Down-Widerstände 38 abgeschlossen.
Gruppen der Pull-Up-/Pull-Down-Widerstände haben
ihre freien Enden miteinander verbunden. Diese Gruppen werden als
Streifen bezeichnet. Jeder Streifen auf 3 enthält beispielsweise
drei Zeilen oder Spalten. Der Zweck der Streifen ist das Ermöglichen
des Anlegens von Leistung an einen Unterabschnitt des Arrays, um
dadurch den Gesamtleistungsverbrauch zu reduzieren. Auf den Zeilenelektroden
sind die Zeilenstreifen mit entsprechenden Gleichrichterschaltungen 48 gekoppelt,
die wiederum jeweils mit RC-Bandpassfiltern F4–F6 verbunden sind. Auf den
Spaltenelektroden sind die Pull-Down-Widerstände 38 jeweils
mit entsprechenden RC-Bandpassnetzwerken
F1–F3
gekoppelt. Jeder der Streifen des Speichermodularrays stellt eine getrennte
Verbindung zu einer Leistungsversorgung V oder –V her. Eine Mehrzahl von Spaltenadressleitungen 40 und
zumindest eine Spaltenerfassungsleitung 42 kreuzen die
Spaltenelektroden 34 zwischen dem Kreuzpunktarray 36 und
den Abschlusswiderständen 38.
Die Spaltenadressleitungen 40 und die Spaltenerfassungsleitung(en) 42 sind
auf der gleichen leitfähigen
Schicht gebildet wie die Zeilenelektroden, so dass, wo dieselben
die Spaltenelektroden kreuzen, Diodenübergänge zwischen denselben gebildet
sind. Das Durchbrennen ausgewählter
der Spaltenadressleitungselemente, was die gewünschten Diodenverbindungen
intakt lässt,
bildet die Adressleitungsgruppen-/knotenanordnung, die oben beschrieben
ist. Ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass diese
Programmierung der Adressierschaltungsanordnung nach der Herstellung der
Schaltungsanordnung fertiggestellt werden kann.
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Zeilenadressleitungen 44,
und als Minimum eine Zeilenerfassungsleitung 46 (in 3 nicht
gezeigt) kreuzen die Zeilenelektroden 34 auf ähnliche Weise.
Die Zeilenadressleitungen 44 und die Zeilenerfassungsleitungen 46 sind
auf der gleichen leitfähigen
Schicht gebildet wie die Spaltenelektroden und erzeugen Zeilenadressdioden
und Zeilenerfassungsdioden (nicht gezeigt).
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Die
Filter F1–F6
sind vorzugsweise einfache Bandpassfilter. 4 stellt
ein Bandpassfilter Fn und eine Gleichrichterschaltung 48 dar,
die die Modulationsschaltung 28 bildet. Die Figur stellt
auch drei Signalverläufe
dar, die das Eingangssignal an drei Punkten darstellen; dem Eingang 42,
dem Ausgang 440f des Bandpassfilters bzw. dem Ausgang des
Gleichrichters 48. Die Bandpassfilterschaltung 50 besteht aus
RC-Komponenten, die mit einer Leistungsversorgung V gekoppelt sind.
Die Gleichrichterschaltung 58 ist in Reihe geschaltet mit
der Bandpassfilterschaltung 50. Die Gleichrichterschaltung 58 umfasst
eine Diode in Reihe mit einem Kondensator. Ein Durchschnittsfachmann
auf diesem Gebiet erkennt, dass dies nur eine von vielen möglichen
Implementierungen dieses Netzwerks ist.
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Wenn
ein Wechselsignal der entsprechenden Frequenz an dem Eingang 42 vorliegt,
wird an dem Ausgang 46 eine negative Gleichspannung erzeugt.
In anderen Fällen
wird das Gleichsignal an dem Ausgang auf +V getrieben, und trägt dazu
bei, die Diode in der Gleichrichterschaltung umgekehrt vorzuspannen.
Ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass
die passiven Komponenten Gleichrichter oder elektromechanische Filter
mit hoher Qualität
sowie RC-Netzwerke
sein können.
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Mit
erneuter Bezugnahme auf 3 kann das Speichermodularray 30 konfiguriert
sein, um die Verbindungen zu reduzieren, die zwischen der Schnittstellenschaltung 16 und
der Steuerung 14 erforderlich sind. Die Leistungsversorgung
ist mit den Bandpassfiltern F1–F6
und dem Gleichrichter 48 gekoppelt. Durch Anlegen einer
Spannung an eine der drei Zeilengruppen und eine entgegengesetzte Spannung
an eine der drei Spaltengruppen, beispielsweise F1 und F6, und das
Offenlassen der anderen kann jedes von einem von neun Teilarrays
in dem Kreuzpunktarray 36 aktiviert werden. Falls jedes der
RC-Bandpassfilter F1–F6 50 auf
eine andere Frequenz abgestimmt ist, kann jedes selektiv erregt
werden (wenn eine angemessene Trennung der Frequenz ange nommen wird).
Das Ergebnis ist, dass Adress-, Erfassungs- und Leistungssignale über das Frequenzspektrum
ausgebreitet werden können,
und somit kann eine einzige Leitung verwendet werden, um mehrere
Signale zu tragen. Die Signale werden dann an die Zeilenreduktionsschaltung 24 angelegt, die
die Signale über
den Schnittstellenverbinder 16 zu der Schnittstellen- und
Steuerschaltung 14 überträgt.
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Das
oben erwähnte
Verfahren stellt dar, wie die Anzahl von Verbindungen, die für die Erfassungs-,
Adress- und Leistungsleitungen erforderlich ist, reduziert werden
kann. Es folgt ein Verfahren, wie die Erfassungsleitungen 42 insbesondere
in dem Speichermodul 20 reduziert werden können.
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Die
Bandpassfilter-/Gleichrichterschaltungen 50/48 sind
mit den Kathoden der Speicherdioden gekoppelt, und die einzigen
Bandpassfilterschaltungen 48 sind mit den Anoden gekoppelt.
(Die Kathoden und die Anoden der Speicherdioden sind nicht gezeigt).
Wenn eine Speicherdiode in dem aktiven Unterarray adressiert wird,
wird an dieselbe ein Wechselsignal angelegt.
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Die
Dioden sind vorgespannt, so dass eine intakte Datendiode fortlaufend
leitend bleibt und dass die Basenkathode der Datendiode unter Masse
gehalten wird. Eine Erfassungsdiode (eine Diode auf entweder der
Spalten-/Zeilenerfassungsleitung) ist mit der Anode der Datendiode
verbunden, und die Kathode dieser Diode ist effektiv mit Masse verbunden.
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In
dem Fall, wenn die Datendiode intakt ist, fließt kein Strom durch die Erfassungsdiode.
In dem Fall, wenn die Datendiode durchgebrannt ist, wird ein halbwellengleichgerichtetes
Stromsignal durch die Erfassungsdiode fließen. Falls die Erfassungsleitungen
von unterschiedlichen physikalischen Schichten 22 verbunden
sind (oder von allen adressierten Dioden, deren Zeilen- und Spaltenleitungen
keine Schnittstellen enthalten, d. h. weder schneidet die Zeilenleitung
der Datendiode A die Spaltenleitung der Datendiode B, noch schneidet
die Spaltenleitung der Datendiode A die Zeilenleitung der Datendiode
B. Diese Bedingung stört
das Vorspannen des Arrays), dann summieren sich die Ströme von den
verschiedenen durchgebrannten Dioden auf einer gemeinsamen Erfassungsleitung.
Die Ströme
auf der gemeinsamen Erfassungsleitung können verwendet werden, um die
erforderliche Anzahl von Erfassungsleitungsverbindungen zu reduzieren.
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5 zeigt
eine Darstellung von mehreren Strömen 50 für zwei durchgebrannte
adressierte Dioden, die mit einer gemeinsamen oberen Erfassungsleitung
verbunden sind. Die einzelnen Stromsignalverläufe mit ihren Summen 50 sind
gezeigt. Es wird angenommen, dass alle adressierten Dioden auf der gemeinsamen
Erfassungsleitung bei unterschiedlichen Frequenzen getrieben werden.
Der Zustand aller adressierten Dioden auf der Erfassungsleitung kann
bestimmt werden. Eine Erfassungsleitung, die mit den Kathoden des
gleichen Satzes von adressierten Datendioden verbunden ist, die
als die untere Erfassungsleitung bezeichnet wird, ist angeordnet,
so dass die Kathoden ihrer Erfassungsdioden mit den Kathoden der
Datendioden verbunden sind, und so dass die Anoden ihrer Erfassungsdioden
alle mit der unteren Erfassungsleitung verbunden sind. Die untere
Erfassungsleitung ist wiederum mit Masse vorgespannt und kann verwendet
werden, um Prüfsummeninformationen
zu liefern. Dieselbe trägt
einen Diodenstrom für
jede durchgebrannte Diode. Jede intakte Diode erzeugt auch einen „halbwellengleichgerichteten" Strom bei der Frequenz
der Modulation, die an die Datendiode angelegt ist. Diese Informationen können in
Verbindung mit den Wechselsignalinformationen verwendet werden,
die durch die obere Erfassungsleitung geliefert werden, um den Zustand
der Dioden zu verifizieren. Es ist anzumerken, dass die Informationen
von der unteren Erfassungsleitung allein nicht ausreichend sind,
um den Zustand der Dioden eindeutig zu bestimmen.