JP2006209525A - メモリシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】 環境が変化しても安定した動作が可能となるメモリシステムを提供する。
【解決手段】メモリカード100は、メモリ装置の温度を検出する107と、検出された温度に応じて動作条件を決定し、決定された動作条件をホストインタフェース103を介してホスト機器150に通知する通知手段とする制御部104とを備える。ホスト機器150は、メモリカード100から通知された動作条件に従ってメモリカード100とインタフェースを制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、不揮発性メモリを有するメモリ装置と、メモリ装置をアクセスするアクセス装置とを有するメモリシステムに関する。
不揮発性メモリを有し着脱可能なメモリ装置と、メモリ装置をアクセスするアクセス装置とを有するメモリシステム(不揮発性メモリシステム)は、例えば、特許文献1に記載されたものが知られており、その構成を図15に示す。
書き換え可能な不揮発性メモリ501を有するメモリカード500はコントローラ502を内蔵している。コントローラ502は、ホスト機器550からアクセスするために与えられる論理アドレスをコントローラ502で物理アドレスに変換する。この物理アドレスを用いて不揮発性メモリ501にデータの書き込みや読み出しが行われる。このアドレス変換のためのアドレス管理情報は、フラッシュEEPROM501内の管理領域に記憶され、そのうちの必要部分のみをSRAM506に読み出される。
上記の従来の構成によるメモリカード500においては、動作開始時に不揮発性メモリ501からアドレス管理情報をSRAM506へ移し、さらに動作終了時にSRAM506から更新されたアドレス管理情報をメモリフラッシュEEPROM501に移す処理が必要であった。
そこで、揮発性のSRAM506に代えて、アドレス管理情報を不揮発性RAMに記憶する技術が特開平07−219720に提案されている。その構成を図16に示す。不揮発性RAM606には、例えば強誘電体メモリが使用される。
これにより、動作開始および終了におけるアドレス管理情報の移動作業が省略できるため、ホスト機器550へのメモリカード600脱着時の処理時間の短縮が可能となった。
特開2001−142774号公報 特開平07−219720号公報
しかしながら、半導体集積回路装置であるコントローラ503および不揮発性メモリ606の性能は動作環境に依存して変化するので、ホスト機器から要求のあったアドレスへのアクセスが実行できなくなってしまう可能性がある。
具体的には、コントローラ503に内蔵された強誘電体メモリ606は動作温度に敏感である。典型的には、図17のように最低動作電圧は動作温度によって変化する。これは、強誘電体へデータを書き込んだ後、電源を切断した状態でデータ保持できる性能(いわゆるリテンション特性)が低温で低下することに起因している。特に、記憶ビットを高度に集積した場合、製造工程のばらつきによってある確率で図17の典型例よりも最低動作電圧が高いビットが含まれてしまう。そのようなビットの低温における最低動作電圧が、強誘電体メモリに印加される駆動電圧を越えた場合に、当該ビットに記憶されたデータは時間と共に消失してしまう。そうすると、ホスト機器から要求のあったアドレスへのアクセスが実行できなくなってしまう可能性がある。
上記課題に鑑み、本発明は、強誘電体メモリ等の性能が温度によって変化する場合に、安定した動作を実現するメモリシステムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明のメモリシステムは、不揮発性メモリを有するメモリ装置と、メモリ装置をアクセスするアクセス装置とを有するメモリシステムであって、メモリ装置は、メモリ装置の温度を検出する検出手段と、検出された温度に応じて動作条件を決定する決定手段と、決定された動作条件を前記アクセス装置に通知する通知手段と
を備え、アクセス装置は、メモリ装置を接続するインタフェース手段と、メモリ装置から通知された動作条件に従ってインタフェース手段を制御する制御手段とを備える。
この構成によれば、アクセス装置が温度に応じた動作条件でメモリ装置とのインタフェースを制御するので、安定した動作を実現することができる。具体的には、メモリ装置が強誘電体メモリを備える場合に、温度に応じて電源電圧を変更することによって、メモリのリテンション特性の劣化による対処することができる。
ここで、前記動作条件は電源電圧を示し、前記制御手段は、インタフェース手段からメモリ装置に供給される電源電圧を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、温度によってメモリ装置の最低動作電圧が変化する場合に、メモリ装置に供給される電源電圧がメモリ装置の最低動作電圧を常に超えるように制御することができる。
ここで、前記動作条件はデータ転送速度を示し、前記制御手段は、インタフェース手段とメモリ装置間のデータ転送速度を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、インタフェース手段がデータ転送速度を制御することにより、温度によるメモリ装置の性能変化に対処することができる。
ここで、前記データ転送速度はクロック信号の速度を示し、前記制御手段は、インタフェース手段からメモリ装置に供給されるクロック信号の速度を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、インタフェース手段がクロック信号を制御することにより、メモリ装置へのアクセス速度を変更することにより、温度によるメモリ装置の性能変化に対処することができる。
ここで、前記データ転送速度は、転送データに挿入されるウェイト数および転送データのレイテンシの一方を示し、前記制御手段は、ウェイト数およびレイテンシの一方を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、メモリ装置へのアクセスの遅延量を変更することにより、温度によるメモリ装置の性能変化に対処することができる。
ここで、前記メモリ装置は、強誘電体メモリと、フラッシュEEPROMとを備え、前記強誘電体メモリはフラッシュEEPROMのアドレスを管理する情報を記憶するようにしてもよい。
この構成によれば、不揮発性メモリに使用されるフラッシュEEPROMの書き換え可能回数(104〜105回)に比べて、アドレス管理情報を記憶する強誘電体メモリは書き換え可能回数(1010〜1012回)が10万倍以上多いので、メモリシステムの信頼性を高めることができる。
また、本発明のメモリシステムは、不揮発性メモリを有するメモリ装置と、メモリ装置をアクセスするアクセス装置とを有するシステムであって、メモリ装置は、メモリ装置の温度を検出する検出手段と、検出された温度を前記アクセス装置に通知する通知手段と
を備え、アクセス装置は、通知された温度に応じて動作条件を決定する決定手段と、メモリ装置を接続するインタフェース手段と、メモリ装置から通知された動作条件に従ってインタフェース手段を制御する制御手段とを備える。
本発明におけるメモリシステムによると、動作環境が変動しても安定して動作することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態におけるメモリシステム1について、図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態における
このメモリシステム1はメモリカード100とホスト機器150で構成される。メモリカード100はホスト機器150に脱着可能である。メモリカード100はデータを記憶するフラッシュEEPROM101と、フラッシュEEPROM101とホスト機器150間のデータ交信を制御するコントローラ102からなる。コントローラ102は、ホストインタフェース103、制御部104、ROM105、強誘電体メモリ106、温度検知回路107で構成された半導体装置である。コントローラ102を構成する各要素の動作を以下に説明する。
ホストインタフェース103は、ホスト機器150とデータを交信するための通信プロトコルに対応したデータフォーマットとコントローラ102内部のデータフォーマットを変換する役割を持つ。また、ホスト機器150から供給される電源は、ホストインタフェース103を介してメモリカード100内の各構成要素に分配される。
制御部104は、ホスト機器150からのアクセス要求があった場合に、その論理アドレスをフラッシュEEPROM101の物理アドレスに変換し、フラッシュEEPROM101へのアクセスを実行する。
ROM105は、制御部104の動作プログラムPROGおよび動作環境と動作条件の対応表ECT(Environment-condition table)を格納する。図2は、対応表ECTの一例を示す図である。強誘電体メモリ106は前述のように動作温度と最低動作電圧の間には、図17のような関係があるので、それを満たすように、同図の対応表ECTでは温度と電源電圧との関係が記述されている。例えば、動作温度が85度から10度の場合、電源電圧は1.8Vとなっている。
強誘電体メモリ106は、制御部104が参照する論理アドレスと物理アドレスの変換テーブルLPT(Logical address-Physical address table)を格納する。
温度検知回路107は、メモリカード100が置かれた環境温度を測定する。例えば、温度検知回路107にはダイオードが内蔵されており、その通電電流Iをモニターし、制御部104へと出力する。
制御部104は、ダイオードの通電電流を表す式I=Is・exp(V/kT)に基づいて温度Tを演算する。なお、Isは飽和電流、Vは印加電圧、kはボルツマン定数である。制御部104は、算出された温度Tに対応した動作条件をROM105に格納した対応表ECTから求め、ホストインタフェース103を介してホスト機器150に要求する。
ホスト機器150は、電源部151を備え、メモリカード100に電源電圧を供給し、メモリカード100に論理アドレスを用いてアクセスし、電源部151に内蔵されるDC−DCコンバータを調整することによりメモリカード100への電源電圧を設定する。
図3は、メモリカード100およびホスト機器150における環境温度に対処する処理を示すフローチャートを示す。メモリカード100は、ホスト機器150へのモリカード100挿入時、メモリカード100が挿入された状態でホスト機器150の電源が投入された時、およびメモリカード100が挿入された状態で周期的に、以下を行う。まずメモリカード100において、温度検知回路107は内部のダイオードの通電電流Iを測定する(M31)。さらに制御部104は、通電電流Iに基づいて温度Tを算出し(M32)、ROM205に記憶された対応表ECTから温度Tに対応する動作電圧を読み出し(M33)、その動作電圧を指示する要求をホスト機器150に送信する(M34)。ホスト機器150は、メモリカード100からこの要求を受信し(H31)、電源部151に要求された電圧設定を指示する(H32)。この指示に従って電源部151はメモリカード100に出力する電圧を設定する(H33)。
このように、ホスト機器150は、要求された動作条件に応じて、メモリカード100への電源電圧を変更する。例えば、検出温度が−15℃に低下すれば、コントローラ102は電源電圧を2.0Vに変更することをホスト機器150に要求し、ホスト機器150はメモリカード100への供給電源を2.0Vに変更する。−30℃に低下すれば、コントローラ102は電源電圧を2.2Vに変更することをホスト機器150に要求し、ホスト機器150はメモリカード100への供給電源を2.2Vに変更する。供給電源の変更に伴って強誘電体メモリ106に印加する駆動電圧は変更され、環境温度が変わってもリテンション特性は維持される。
また、強誘電体メモリ106はアドレス管理情報を格納しているので、強誘電体メモリ106へのデータ書き込み回数はフラッシュEEPROM101へのデータ書き込み回数よりも1万倍程多くなるが、不揮発性メモリに使用されるフラッシュEEPROM101の書き換え可能回数(104〜105回)に比べて強誘電体メモリ106は書き換え可能回数(1010〜1012回)が10万倍以上多いので、メモリシステムの信頼性を高めることが可能となる。
なお、メモリカード100は、ホスト機器150に着脱可能であるものとして説明したが、一体となった装置であってもよい。また、メモリカード100において、フラッシュEEPROM101とコントローラ102はそれぞれ1チップのLSIであってもよいし、フラッシュEEPROM101とコントローラ102とが1チップにLSI化されていてもよい。
(第2の実施形態)
第2の実施形態のメモリシステムは、ホスト機器から供給される電源電圧は一定でよく、検知した環境温度に応じてデータ交信のクロック速度を変更するよう構成されている。
図4は、第2の実施形態におけるメモリシステム2の構成を示すブロック図である。同図のメモリシステム2は、メモリカード200とホスト機器250とを備える。図1に示したメモリシステム1と同じ構成要素には同じ符号を付してあるので説明を省略し、以下異なる点を中心に説明する。メモリカード200は、図1に示したメモリカード100と比べて、コントローラ102の代わりにコントローラ202を備える。コントローラ202は、図1に示したコントローラ102と比べて、ROM105の代わりにROM205を備える。また、ホスト機器250は、転送クロック速度が可変のクロック供給部251を備える。
ROM205は、制御部104の動作プログラムPROGおよび動作環境と動作条件の対応表ECT(Environment-condition table)を格納する。この対応表は、図2に示した対応表ECTの代わりに、図5に示す対応表ECTが格納されている。図5の対応表ECTは、動作温度とそれに対応する転送クロック速度とを示す。この対応表ECTは、動作温度が低下すれば転送クロック速度が低くなるように設定されている。
図6(a)〜(c)は、ホスト機器250とメモリカード200の間に結ばれた配線の内、クロック線、コマンド線、データ線におけるそれぞれの信号を示すタイムチャートである。動作温度が10℃の場合のデータライト動作を図6(a)、−20〜10℃の場合を図6(b)、−40〜−20℃の場合を図6(c)に示す。
ホスト機器250はクロック線に印加するクロックの立ち上がりに同期して、コマンド線およびデータ線にパルスが印加される。通常状態でコマンド線はロー電位であり、2クロック目のようにハイ電位のパルスを印加することで、コマンド線は活性化される。活性化に続いて、ホスト機器250からメモリカードに2クロック分のコマンドが送信される。この例では、"0,1"という信号をホスト機器250からコマンド線に送出することにより、データライト動作の開始を宣言している。コマンド送信の後、メモリカード250側のデータ受信準備に必要な2クロック期間を経て、ホスト機器250は論理アドレスとライトデータをデータ線に送信する。制御部104は、データ線から受信したシリアルデータをフラッシュEEPROM101のインタフェースに合わせたデータフォーマットに変換し、強誘電体メモリ106上の論理アドレス−物理アドレス変換テーブルLPTを参照してフラッシュEEPROM101内の空白となっているデータブロックにパラレルデータを書き込む。同時に、フラッシュEEPROM101へ書き込んだ物理アドレスとホスト機器250から受信した論理アドレスを対応付けるように、LPTを更新する。これら一連の制御部104の動作は、4ビットのデータ受信直後に設けられるデータ送信停止期間(転送レイテンシと呼ばれる。同図の10クロック目および15クロック目。)に行われる。
図7は、メモリカード200およびホスト機器250における環境温度に対処する処理を示すフローチャートを示す。同図は、図3に示したフローチャートと比べ、ステップM33、M34の代わりにステップM83、M84を、ステップH32、H33の代わりにステップH82、H83を有する点が異なっている。すなわち、制御部104は、対応表ECTから温度に対応する転送クロック速度を読み出し(M83)、その転送クロック速度を指示する要求をホスト機器250に送信する(M84)。ホスト機器250は、メモリカード200からこの要求を受信し(H31)、クロック供給部251に要求された転送クロック速度を指示する(H82)。例えば、この指示は、クロック供給部251内のPLL回路の分周比を示すパラメータ設定である。これによりクロック供給部251はメモリカード100に出力するクロック周波数を設定する(H83)。
これによれば、環境温度が10℃以上では転送クロックの周波数は1MHzとなり、環境温度が低下するに従って転送クロック周波数を下げてデータ転送される。このように、温度が低下するとデータ送信停止期間を長くするので、制御部が強誘電体メモリ106上のLPTを更新する時間も長くなる。
その効果について、図8を用いて説明する。図8は、強誘電体メモリ106を構成する強誘電体キャパシタへの電圧パルス印加時間を変えたときに、強誘電体の分極が変化する割合を示したグラフである。ここで、環境温度20℃下で10ms以上の電圧パルスを印加して測定した分極を1とし(このとき、分極量は飽和に達している)、任意時間の電圧パルスを印加したときに得られる分極の規格化した値を分極率としている。図8において、31は環境温度が20℃の場合、32は0℃の場合、33は−20℃の場合における特性である。分極率が低い場合にリテンション特性が低下するため、強誘電体メモリ106へのデータ書き込みにおいては、高い分極率が得られるように駆動することが望ましい。従って、低温下では電圧パルスの印加時間を長くする必要がある。本実施例では、低温下のデータ書き込み動作において、強誘電体メモリ106に電圧を印加する時間を長くできるので、リテンション特性を改善することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態のメモリシステムは、ホスト機器から供給される電源電圧およびクロック速度は一定でよく、検知した環境温度に応じてデータ交信の転送レイテンシ(データ送信停止期間)を変更するよう構成されている。
図9は、第3の実施形態におけるメモリシステム3の構成を示すブロック図である。同図のメモリシステム3は、メモリカード300とホスト機器350とを備える。図1に示したメモリシステム1と同じ構成要素には同じ符号を付してあるので説明を省略し、以下異なる点を中心に説明する。メモリカード300は、図1に示したメモリカード100と比べて、コントローラ102の代わりにコントローラ302を備える。コントローラ302は、図1に示したコントローラ102と比べて、ROM105の代わりにROM305を備える。また、ホスト機器250は、転送レイテンシが可変のカードI/F351を備える。
ROM305は、制御部104の動作プログラムPROGおよび動作環境と動作条件の対応表ECT(Environment-condition table)を格納する。この対応表は、図2に示した対応表ECTの代わりに、図10に示す対応表ECTが格納されている。図10の対応表ECTは、動作温度とそれに対応する転送レイテンシとを示す。この対応表ECTは、動作温度が低下すれば転送レイテンシが多くなるように設定されている。
図11は、ホスト機器350とメモリカード300の間に結ばれた配線の内、クロック線、コマンド線、データ線におけるそれぞれの信号を示すタイムチャートである。同図(a)〜(c)に示すように、環境温度が10℃以上では転送クロック1MHz、転送レイテンシ1である。環境温度が低下するに従って転送クロック周波数は1MHzのままで転送レイテンシを増加している。つまり、10℃以上では図11(a)のように4ビット毎に1クロックのデータ送信停止期間、−20〜10℃では図11(b)のように4ビット毎に2クロックのデータ送信停止期間、−40〜−20℃では図11(c)のように4ビット毎に3クロックのデータ送信停止期間が設けられる。
図12は、メモリカード200およびホスト機器250における環境温度に対処する処理を示すフローチャートを示す。同図は、図3に示したフローチャートと比べ、ステップM33、M34の代わりにステップM123、M124を、ステップH32、H33の代わりにステップH122、H123を有する点が異なっている。すなわち、制御部104は、対応表ECTから温度に対応する転送レイテンシつまりデータ送信停止期間のクロック数を読み出し(M123)、その転送レイテンシを指示する要求をホスト機器250に送信する(M124)。ホスト機器250は、メモリカード200からこの要求を受信し(H31)、カードI/F351に要求された転送レイテンシを指示する(H122)。カードI/F351は指示された転送レイテンシを満たすデータ転送を行う(H123)。
これにより、データ送信停止期間中に実行される強誘電体メモリ106上の論理アドレス・物理アドレス変換テーブル更新時間を長くすることができる。低温下のデータ書き込み動作において、強誘電体メモリ106に電圧を印加する時間を長くすることにより、リテンション特性を改善することができる。動作温度が低下した場合において、本実施の形態ではデータ転送に要する時間は一定であり、制御部の制御によりデータ送信停止期間だけを長くするので、データ転送スループットが良い。
(第4の実施形態)
第4の実施形態のメモリシステムは、第1の実施の形態と比べて、対応表ECTがメモリカードではなくホスト機器を記憶し、メモリカードからホスト機器に温度を通知するように構成されている。
図13は、第4の実施形態におけるメモリシステム4の構成を示すブロック図である。同図のメモリシステム4は、メモリカード400とホスト機器450とを備える。図1に示したメモリシステム1と同じ構成要素には同じ符号を付してあるので説明を省略し、以下異なる点を中心に説明する。メモリカード400は、図1に示したメモリカード100と比べて、ROM105の代わりにROM405を備える。また、ホスト機器450は、図1に示したホスト機器150と比べ、図2に示した対応表ECTを記憶するROM452とマイコン453とを有する。
図14は、メモリカード400およびホスト機器450における環境温度に対処する処理を示すフローチャートを示す。メモリカード400は、検知された環境温度を示す温度データを、ホストインタフェースを介してホスト機器450に送信する(M143)。ホスト機器450は、メモリカード400から温度データを受信する(H141)。マイコン453は、受信された温度データから、ROM452に格納されているECTを読み出し(M142)、電源部151に要求された電圧設定を指示する(H143)。この指示に従って電源部151はメモリカード100に出力する電圧を設定する(144)。
これにより、メモリカードにECTと、ECTに基づいて動作条件を演算する制御回路を備える必要がないため、メモリカードの小型化が可能となる。
なお、本実施の形態において、マイコン453は、温度に応じて電源電圧を変更する代わりに、第2の実施の形態のように転送データ速度を変更してもよいし、第3の実施の形態のように転送レイテンシを変更してもよい。
以上説明したように、本発明は、動作環境の変動に対して堅牢なメモリカードに有用である。
第1の実施形態におけるメモリシステムを示す構成図。 動作環境と動作条件の対応表。 メモリシステムの動作を示すフローチャート。 第2の実施形態における揮発性メモリシステムを示す構成図。 動作環境と動作条件の対応表。 ホスト機器とメモリカード間の交信パルス。 メモリシステムの動作を示すフローチャート。 強誘電体への電圧パルス印加時間と分極率の関係図。 メモリシステムを示す構成図。 第3の実施形態における動作環境と動作条件の対応表。 ホスト機器とメモリカード間の交信パルス。 メモリシステムの動作を示すフローチャート。 第4の実施形態におけるメモリシステムを示す構成図。 メモリシステムの動作を示すフローチャート。 従来のメモリシステムを示す構成図。 従来のメモリシステムを示す構成図。 強誘電体の動作温度と動作電圧の関係図。
符号の説明
1 メモリシステム
100 メモリカード
101 フラッシュEEPROM
102 コントローラ
103 ホストインタフェース
104 制御部
105 ROM
106 強誘電体メモリ
107 温度検知回路
150 ホスト機器
151 電源部
PROG 制御部の動作プログラム
ECT 動作環境と動作条件の対応表
LPT 論理アドレスと物理アドレスの変換テーブル

Claims (7)

  1. 不揮発性メモリを有するメモリ装置と、メモリ装置をアクセスするアクセス装置とを有するメモリシステムであって、
    メモリ装置は、
    メモリ装置の温度を検出する検出手段と、
    検出された温度に応じて動作条件を決定する決定手段と
    決定された動作条件を前記アクセス装置に通知する通知手段と
    を備え、
    アクセス装置は
    メモリ装置を接続するインタフェース手段と、
    メモリ装置から通知された動作条件に従ってインタフェース手段を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とするメモリシステム。
  2. 請求項1記載の動作条件は電源電圧を示し、
    前記制御手段は、インタフェース手段からメモリ装置に供給される電源電圧を制御することを特徴とするメモリシステム。
  3. 請求項1記載の動作条件はデータ転送速度を示し、
    前記制御手段は、インタフェース手段とメモリ装置間のデータ転送速度を制御することを特徴とするメモリシステム。
  4. 請求項3記載のデータ転送速度はクロック信号の速度を示し、
    前記制御手段は、インタフェース手段からメモリ装置に供給されるクロック信号の速度を制御することを特徴とするメモリシステム。
  5. 請求項3記載のデータ転送速度は、転送データに挿入されるウェイト数及び転送データのレイテンシの一方を示し、
    前記制御手段は、ウェイト数及びレイテンシの一方を制御することを特徴とするメモリシステム。
  6. 請求項1から5の何れかに記載のメモリ装置は、強誘電体メモリと、フラッシュEEPROMとを備え、
    前記強誘電体メモリはフラッシュEEPROMのアドレスを管理する情報を記憶することを特徴とするメモリシステム。
  7. 不揮発性メモリを有するメモリ装置と、メモリ装置をアクセスするアクセス装置とを有するメモリシステムであって、
    メモリ装置は、
    メモリ装置の温度を検出する検出手段と、
    検出された温度を前記アクセス装置に通知する通知手段と
    を備え、
    アクセス装置は
    通知された温度に応じて動作条件を決定する決定手段と、
    メモリ装置を接続するインタフェース手段と、
    メモリ装置から通知された動作条件に従ってインタフェース手段を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とするメモリシステム。
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