JP2006301993A

JP2006301993A - メモリコントローラ、不揮発性記憶装置及び不揮発性記憶システム

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Publication number: JP2006301993A
Application number: JP2005123226A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakanishi; 雅浩中西; Minoru Nakamura; 穣中村; Yasushi Goho; 靖五寳; Shunichi Iwanari; 俊一岩成; Takehisa Kato; 剛久加藤; Masayuki Toyama; 昌之外山; Manabu Inoue; 学井上; Tomoaki Izumi; 智紹泉; Tetsushi Kasahara; 哲志笠原; Kazuaki Tamura; 和明田村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: JP4701807B2

Abstract

【課題】強誘電体メモリ等の不揮発性ＲＡＭの性能が、温度等の動作環境によって変化しても、安定して動作させるようにする。特に低温時に書き込まれたデータのリテンション特性の劣化を補償する。
【解決手段】温度検知部１１０が検知した温度などの動作環境値に応じてリフレッシュ部１１１が不揮発性の補助記憶メモリ１０９のリフレッシュ処理を行う。具体的にはリフレッシュ部１１１は、周囲温度が低温から常温に変化した際に、不揮発性の補助記憶メモリ１０９への再書き込みを行うことにより、不揮発性の補助記憶メモリ１０９に低温時に書き込まれた情報ビットの電位（低下している電位）を高電位に引き上げる。あるいは、常温に戻ることなく低温のままであっても、周期的にリフレッシュを行うことにより、低下した電位が異常電位（情報識別不能）まで低下することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、書き換え可能な不揮発性の主記憶メモリへのアクセスを制御するメモリコントローラを構成する電子回路、特に強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）に代表される不揮発性ＲＡＭの性能が動作環境によって変化しても安定して動作できるメモリコントローラに関し、更に、当該メモリコントローラを内蔵する半導体メモリカード等の不揮発性記憶装置、また、アクセス装置を構成要素に備えた不揮発性記憶システムに関する。

書き換え可能な不揮発性メモリを備えた不揮発性記憶装置は、半導体メモリカードを中心にその需要が広まっている。また半導体メモリカードを使った不揮発性記憶システムは、デジタルスチルカメラ等を中心にその需要が広まっている。半導体メモリカードには様々な種類のカードがあり、例えばＳＤ（セキュア・デジタル）メモリカード（登録商標）は、主記憶部であるフラッシュメモリと、それを制御するメモリコントローラとから構成されている。メモリコントローラは、デジタルスチルカメラ本体等のアクセス装置からの読み書き指示に応じて、フラッシュメモリに対する読み書き制御を行うデバイスである。

メモリコントローラは、アクセス装置が不揮発性記憶装置をアクセスするために与えられる論理アドレスをフラッシュメモリの物理アドレスに変換することで、データの書き込みや読み出しが行われる。そして、このアドレス変換のためのアドレス管理情報を有している。

上述したような、アドレス管理情報をフラッシュメモリ内の管理領域に記憶して、そのアドレス管理情報のうちの必要部分のみをＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）等の揮発性メモリに読み出して使用する不揮発性記憶装置は、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。しかしながら、上記の従来の構成による不揮発性記憶装置においては、動作開始時にアドレス管理情報をフラッシュメモリからＳＲＡＭ等の揮発性メモリへ移す作業が必要であった。

そこで、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリに換えて、アドレス管理情報を不揮発性ＲＡＭに記憶する技術が特許文献２に提案されている。不揮発性ＲＡＭには、例えば強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）が使用される。

これにより、動作開始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、アクセス装置にメモリカード等の不揮発性記憶装置を装着し電源立ち上げた後に、不揮発性記憶装置の読み書き処理が可能となるまでの時間を短縮することが可能となった。

また特許文献３によれば、停電検出時にデータのライト先をフラッシュメモリからフラッシュメモリより高速ライトできる強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）に切り替えることにより、電源遮断時のデータ保証を可能とする技術が開示されている。

以上のように、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等の不揮発性ＲＡＭを用いることにより、不揮発性メモリの制御に対して、様々な効果が期待できる。
特開２００１−１４２７７４号公報特開平１０−３０７７４９号公報特開平１１−１４３７８８号公報

しかしながら、半導体集積回路装置であるメモリコントローラおよびフラッシュメモリの性能は動作環境に依存して変化する。例えば、温度変化によるメモリのリテンション特性変化やトランジスタの動作速度変化、照度変化による光吸収量変化に付随して発生する温度変化に起因したリテンション特性変化や動作速度変化、振動変化による半導体へ印加される応力変化に起因したトランジスタの動作速度変化、磁界変化によるコントローラに混載された磁性記録式随時書き込み読み出しメモリ（ＭＲＡＭ）のディスターブ、電界変化による内部電位変化などがメモリコントローラやフラッシュメモリに発生し動作不安定となることがある。

特に、メモリコントローラに内蔵された強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）は動作温度に敏感である。典型的には、図１２に示すように温度によってデータ保持できる性能、即ちリテンション特性が変わる。図１２（Ａ）は、常温時のリテンション特性であり、例えば−１０°Ｃ以上（以降、常温とする）の時に強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）のメモリセルに印可された電位が時間の経過と共に減少していく様子を表したグラフである。一方、図１２（Ｂ）は、低温時のリテンション特性であり、例えば−１０°Ｃ未満（以降、低温とする）の時に強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）のメモリセルに印可された電位が時間の経過と共に減少していく様子を表したグラフである。図１２（Ａ）においては、一度強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）に書き込んだ情報を１０年間保持し続けることができるが、図１２（Ｂ）においては、１０年間保持し続けることができない。特許文献２に開示された応用例においては、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）にはフラッシュメモリのアドレス管理情報が格納されているので、図１２（Ｂ）に示すような状況では、１０年間、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）中に記憶されたアドレス管理情報を保持し続けることができない。即ち低温時にメモリカード書き込まれたデータを１０年間放置すると、メモリカードを正しく読み出すことができなくなってしまう。

前記課題に鑑み、本発明は電子回路、特に強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）の性能が動作環境によって変化しても、安定して動作可能なメモリコントローラ及び不揮発性記憶装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のメモリコントローラは、前述したリテンション特性の低下を補償する為に、一旦強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等の不揮発性の補助記憶メモリに記憶された電位が時間と共に低下して、情報変化を来す以前にリフレッシュ、即ち再書き込みを行い、再度電位を上げる処理を行う。

本発明に係る本発明のメモリコントローラ、不揮発性記憶装置及び不揮発性記憶システムによれば、動作環境が変動したり厳しい環境下で使用したりしても安定して動作することができる。

本発明の請求項１〜１３に係る発明は、外部のアクセス装置から与えられるコマンドと論理アドレスに応じて不揮発性の主記憶メモリにデータを書き込み、及び読み出すメモリコントローラであって、少なくとも前記不揮発性の主記憶メモリに対して読み書き制御を行う読み書き制御手段と、少なくともアドレス管理情報を記憶する不揮発性の補助記憶メモリと、前記不揮発性の補助記憶メモリに対する読み書きの制御を行うアドレス管理情報読み書き制御手段と、当該メモリコントローラの動作環境の物理量を検知する動作環境検知手段と、前記動作環境検知手段が検知した動作環境に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを実行するリフレッシュ手段とを有するものであり、前記動作環境検知手段が検知した温度等の動作環境が所望の値に対して下回る場合は、前記リフレッシュ手段によって前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを実行することにより、リテンション特性の低下を保証する。なおリフレッシュとはリフレッシュ対象となるメモリに既に記憶されているデータを読み出し、更に読み出したデータを再書き込みする処理を指す。また、前記不揮発性の補助記憶メモリは、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等の不揮発性ＲＡＭを含め、リテンション特性が低温時等の動作環境に応じて低下するメモリデバイスであれば何であっても構わない。また、前記不揮発性の補助記憶メモリは、例えば特許文献２に開示されたような、アドレス管理情報を記憶する為のメモリとして利用してもよいし、その他の手段として利用しても構わない。

また、本発明の請求項１４〜２６に係る発明は、前述したメモリコントローラに不揮発性の主記憶メモリを接続した不揮発性記憶装置である。その他の構成、作用については前述したメモリコントローラと同様である。

また、本発明の請求項２７〜４０に係る発明は、前述したメモリコントローラに不揮発性の主記憶メモリを接続し、更にアクセス装置を接続した不揮発性記憶システムである。その他の構成、作用については前述したメモリコントローラと同様である。なお請求項４０については、アクセス装置側に動作環境検知手段を備えたものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による不揮発性記憶システムの構成を示したブロック図である。不揮発性記憶システムは、アクセス装置１００と不揮発性記憶装置１１５とにより構成される。不揮発性記憶装置１１５は、メモリコントローラ１１３と不揮発性の主記憶メモリ１１４を含んで構成されている。アクセス装置１００はこの不揮発性記憶装置１１５にメモリコントローラ１１３を介して不揮発性の主記憶メモリ１１４にユーザデータ（以下、単にデータという）の読み書き命令及び論理アドレスとデータを転送するものである。主記憶メモリ１１４は複数の物理ブロックによって構成される。

次にメモリコントローラ１１３の内部構成について説明する。１０１はホストインターフェース部（ホストＩ／Ｆ部）であり、１０２はアクセス装置１００が転送したデータを一時的に記憶するバッファであり、ＣＰＵ１０３はワーク用ＲＡＭ１０４及びプログラムを格納したＲＯＭ１０５によりメモリコントローラ１１３内全体の制御を行うものである。アドレス管理部１０８はアドレス管理テーブル１０６と読み書き制御部１０７によって構成される。アドレス管理テーブル１０６は不揮発性の主記憶メモリ１１４内において消去単位である物理ブロックの状態、即ち有効なデータが記憶されているかどうか等のステータスフラグや、アクセス装置１００が指定した論理アドレスを不揮発性の主記憶メモリ１１４内の物理アドレスに変換する為の論理物理変換テーブルを記憶するテーブルである。不揮発性の補助記憶メモリ１０９はアドレス管理テーブル１０６を記憶する。読み書き制御部１１２は不揮発性の主記憶メモリ１１４の読み書き等を行う制御部であり、読み書き制御部１０７は不揮発性の補助記憶メモリ１０９の読み書きを行う制御部である。温度検知部１１０は周囲温度を検知するブロックであり、リフレッシュ部１１１は温度検知部１１０が検知した温度に応じて不揮発性の補助記憶メモリ１０９のリフレッシュを行うブロックである。なお、不揮発性の主記憶メモリ１１４は例えばフラッシュメモリであり、不揮発性の補助記憶メモリ１０９は、例えば強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等の不揮発性メモリである。

図２は、本発明の実施の形態１におけるリフレッシュ部１１１を示したブロック図である。リフレッシュ部１１１は、比較部２００とリフレッシュ判定部２０３とリフレッシュ実行部２０４とにより構成される。リフレッシュ判定部２０３はレジスタ２０１とＡＮＤゲート２０２とにより構成される。

図３は、本発明の実施の形態１における不揮発性の補助記憶メモリ１０９のリテンション特性を示したグラフである。縦軸は不揮発性の補助記憶メモリ１０９を構成する強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）への情報書き込みによってメモリセルに蓄えられた電位を表し、横時刻は時間を表す。破線は温度検知部１１０が検知した周囲温度が低温の際に補助記憶メモリ１０９に書き込まれた情報に対応する電位の変化を表す。一方、実線は温度検知部１１０が検知した周囲温度が常温の際に補助記憶メモリ１０９に書き込まれた情報に対応する電位の変化を表す。

以上のように構成された、本実施の形態による不揮発性記憶システムの動作について、図１〜３を用いて説明する。なお、不揮発性の主記憶メモリ１１４へのアクセスやアドレス管理などの一般的なメモリアクセス処理については、例えば特許文献２に示したような従来の不揮発性記憶システムと同様であるので、本発明の特徴部分のみについて詳述する。

周囲温度が低温の際、前述した通り、即ち図１２（Ｂ）に示す通り、不揮発性の補助記憶メモリ１０９に常駐させたアドレス管理テーブル１０６に書き込まれた情報ビットの内、値１となる情報（情報１）は電位ＥＬの電荷として不揮発性の補助記憶メモリ１０９のメモリセルに蓄えられる。電位ＥＬの電荷をそのまま放置するとリーク電流等により時間的に次第に電位が低下し、情報ビットが書き込まれてから１０年経過する前に、閾値電位ＥＴを下回り、値１として記憶された情報ビットが値０の情報（情報０）に変化してしまうことになる。即ち、アドレス管理テーブル１０６内に記憶されたアドレス管理情報は、低温時に書き込まれると１０年経たない内に情報が変化する為、その後アクセス装置１００が不揮発性記憶装置１１５の読み出しを行った場合、アドレス管理テーブル１０６が本来の値から変化している為、所望のデータを不揮発性の主記憶メモリ１１４から読み出すことが出来なくなる。ここで１０年間とは、不揮発性記憶装置が安定動作できる保証期間を表すものとする。

さて、本発明においては、低温時に不揮発性の補助記憶メモリ１０９に書き込まれた情報の延命を図る技術を開示したものであり、具体的には温度検知部１１０とリフレッシュ部１１１を用いて延命処置を行う。まず、これらのブロックによる延命処置の概要を説明する。図１２（Ｂ）に示したリテンション特性、即ち低温時に不揮発性の補助記憶メモリ１０９に情報が書き込まれた際のリテンション特性は、図３における点線のカーブに相当する。時刻０において、不揮発性の補助記憶メモリ１０９に書き込まれた情報ビットは、そのまま放置されると電位ＥＬを起点にして、時間の経過と共に点線カーブに従って電圧降下を生じ、１０年経たない内に情報が変化する。これを回避する為に、リフレッシュ起動時刻ｔＲにおいてリフレッシュ、即ち不揮発性の補助記憶メモリ１０９に記憶された情報ビットの再書き込みを行う。それにより、ｔＲにおいて電位がＥＨに引き上げられ、その後時間の経過と共に実線カーブに従って電圧降下を生じ、１０年を経過した後に情報が変化する。以上の処理を、図２を用いて説明する。

まず時刻０において、温度検知部１１０が検知した温度は低温、即ち所定の閾値−１０°Ｃ下回る温度であるとする。比較部２００における比較動作により、低温フラグがレジスタ２０１に一時記憶される。ここでレジスタ２０１はスタティックＲＡＭ等の揮発性ＲＡＭやラッチ回路、あるいは強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等の不揮発性ＲＡＭ等により実現される。次に図３の時刻ｔＲにおいて、温度検知部１１０が検知した温度は常温、即ち所定の閾値−１０°Ｃを上回る温度であるとする。比較部２００における比較動作により、比較結果（Ａ≧Ｂ）がＡＮＤゲート２０２に転送される。この時レジスタ２０１には既に低温フラグが一時記憶されているので、ＡＮＤゲート２０２からリフレッシュ発動フラグがリフレッシュ実行部２０４に転送され、リフレッシュ実行部２０４は、不揮発性の補助記憶メモリ１０９のリフレッシュ、即ち再書き込みを行う。再書き込みに際しては、不揮発性の補助記憶メモリ１０９に記憶された全情報を一旦リフレッシュ実行部２０４に読み出し、それをそのまま不揮発性の補助記憶メモリ１０９に書き戻せばよい。このリフレッシュ処理を行う時刻、即ちリフレッシュ起動時刻ｔＲにおける周囲温度は常温であるので、リフレッシュによって不揮発性の補助記憶メモリ１０９に再書き込みされた情報ビットの電位は、電位ＥＨに引き上げられる。そして、リフレッシュが実行された後にリフレッシュ発動フラグによりレジスタ２０１がリセットされ、その後周囲温度が所定の閾値を下回るまではリフレッシュは実行されない。以上の処理により、元々時刻０において不揮発性の補助記憶メモリ１０９に書き込まれた情報ビットは、図３に示す正常動作期間（１０年以上）に亘って正しく保持されることとなり、その結果不揮発性記憶装置としての正常動作（安定動作）期間は１０年以上保証されることとなる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１におけるリフレッシュ動作について、一部変更を加えた実施の形態である。変更のポイントは、リフレッシュ対象となる情報を選択的に行う点である。

図４は、本発明の実施の形態２による不揮発性記憶システムを示したブロック図である。図４において、４００はリフレッシュ部、４０１はアドレス管理テーブル、４０２は読み書き制御部、４０３はアドレス管理制御部、４０４は不揮発性の補助記憶メモリである。その他のブロックは、図１に示した実施の形態１における不揮発性記憶システムと同様であるので、説明は省略する。

図５は、本発明の実施の形態２におけるリフレッシュ部４００を示したブロック図である。リフレッシュ部４００は、本発明の第１の実施の形態におけるリフレッシュ部１１１とほぼ同様の構成である。異なる点は、比較部５０１が低温フラグを読み書き制御部４０２にも転送するように構成した点と、リフレッシュ実行部５０２が前記低温フラグに基づいてリフレッシュを行う点である。

図６は、本発明の実施の形態２におけるアドレス管理テーブル４０１を示したメモリマップである。図６において、ハッチングを施していない部分（ｂ７〜ｂ０）はアドレス管理テーブル領域であり、本発明の第１の実施の形態におけるアドレス管理テーブル１０６に対応する部分である。ハッチングを施した部分（ｂ８）は、アドレス管理テーブル４０１において新たに追加されたビットである。このビットには、アドレス管理テーブル領域（ｂ７〜ｂ０）の各ワード（０〜Ｍ−１）に対応して低温フラグが記憶される。

以上のように構成された、本実施の形態による不揮発性記憶システムの動作について、図４〜６を用いて説明する。基本的な動作は、本発明の実施の形態１と同様であるので、ここでは、本発明の実施の形態２に特有の動作について説明する。

本発明の実施の形態１におけるリフレッシュ動作は、前述したとおり、リフレッシュ実行部２０４が不揮発性の補助記憶メモリ１０９に記憶された全情報、即ちアドレス管理テーブル１０６全体を一旦読み出して再書き込みを行うものであった。本発明の実施の形態２では、不揮発性の補助記憶メモリ４０４において低温時に書き込みがなされた情報のみのリフレッシュを行うことにより、無駄なリフレッシュ動作を削減した事が、本発明の実施の形態１に対する改善点である。具体的には、不揮発性の補助記憶メモリ４０４の読み書き単位であるワード毎に低温フラグを格納するビットを設け、低温フラグがセットされているワードのみのリフレッシュを行う。その為に図５において、低温時に書き込みがなされたことを表す低温フラグを、比較部５０１が読み書き制御部４０２に転送し、読み書き制御部４０２は低温フラグが転送されている期間中に不揮発性の補助記憶メモリ４０４に書き込まれた情報（ワード）に対して、低温フラグを前記情報と共に不揮発性の補助記憶メモリ４０４に書き込む。そして、リフレッシュ動作時においては、リフレッシュ実行部５０２が、不揮発性の補助記憶メモリ４０４上に低温フラグがセットされた情報（ワード）のみを一旦読み出し、読み出した情報を再度不揮発性の補助記憶メモリ４０４に書き戻す処理を行う。

以上の処理により、本発明の実施の形態１と同様、図３に示すように、時刻０（低温時）において不揮発性の補助記憶メモリ４０４に書き込まれた情報ビットは、図３に示す正常動作期間（１０年以上）に亘って正しく保持されることとなり、その結果不揮発性記憶装置として正常動作（安定動作）できる期間は１０年以上保証されることとなる。

（実施の形態３）
本発明による実施の形態３は、実施の形態１におけるリフレッシュ動作について、一部変更を加えたものである。変更のポイントは、リフレッシュ発動条件が異なるという点である。実施の形態１におけるリフレッシュ発動条件が、「周囲温度が低温から常温に変化した時にリフレッシュを実施する」という条件であったことに対し、本実施の形態におけるリフレッシュ発動条件は、「低温になった後の初期化時、即ち不揮発性記憶装置の電源立ち上げ時には、必ずリフレッシュを実施する」という条件である。

図７は、本発明の実施の形態３による不揮発性記憶システムの構成を示したブロック図である。同図において、７００はリフレッシュ部、７０１はＣＰＵである。その他のブロックは、図１に示した実施の形態１における不揮発性記憶システムと同様であるので、その説明は省略する。

図８は、本発明の実施の形態３におけるリフレッシュ部７００を示したブロック図である。リフレッシュ部７００は、本発明の実施の形態１におけるリフレッシュ部１１１とほぼ同様の構成である。異なる点は、リフレッシュ判定部８０１が初期化フラグに基づいてリフレッシュを行う点である。

図９は、本発明の実施の形態３における不揮発性の補助記憶メモリ１０９のリテンション特性を示したグラフである。

以上のように構成された、本発明の実施の形態３による不揮発性記憶システムの動作について、図７〜９を用いて説明する。基本的な動作は、本発明の実施の形態１と同様であるので、ここでは、本発明の実施の形態３に特有の動作について説明する。

本発明の実施の形態１におけるリフレッシュ部１１１は、前述したとおり、周囲温度が低温から常温に変化した時にリフレッシュを実施していた。これに対して、実施の形態３におけるリフレッシュ部７００は、低温になった後の初期化時、即ち不揮発性記憶装置の電源立ち上げ時には、周囲温度に関わらず必ずリフレッシュを実施するものである。初期化時とは、不揮発性記憶装置７０３の電源立ち上げ時であり、この時ＣＰＵ７０１は初期化フラグをリフレッシュ部７００に転送する。初期化フラグはＡＮＤゲート８００に入力される。この時レジスタ２０１に低温フラグが一時記憶されておれば、即ち過去に低温になった場合においては、ＡＮＤゲートがリフレッシュ発動フラグをリフレッシュ実行部２０４に転送することにより、リフレッシュ処理がなされる。

図９は、時刻ｔＲ１、ｔＲ２、ｔＲ３において初期化がなされた場合、しかもそれらの時刻においては周囲温度が低温である場合における、不揮発性の補助記憶メモリ１０９のリテンション特性を示すものである。時刻ｔＲ１、ｔＲ２、ｔＲ３において低温のままであるので、リフレッシュによって不揮発性の補助記憶メモリ１０９に記憶された情報ビットは、都度、降下中の電位から電位ＥＬに引き上げられることとなる。そして、ｔＲ３の初期化によって、正常動作（安定動作）期間が１０年を超えることとなる。実施の形態１及び２においては、常温時になった時にリフレッシュを１回行うことによって、情報ビットの電位を電位ＥＨに迄引き上げていたが、実施の形態３においては、長期間常温にならない場合も鑑み、情報ビットの電位を電位ＥＬに迄しか引き上げられないものの、頻繁にリフレッシュを行うことによって延命処置を行う。なお、頻繁にリフレッシュを行う別手段として、リフレッシュ発動条件を、「低温になった後は、必ず定期的にリフレッシュを実施する」というように変更しても構わない。例えばＣＰＵ７０１がタイマー回路を内蔵しておき、前記タイマー回路がある周期間隔で信号を発生し、当該信号を初期化フラグの代わりにリフレッシュ判定部８０１に入力すればよい。

（実施の形態４）
本発明による実施の形態４は、実施の形態３におけるリフレッシュ動作について、一部変更を加えたものである。変更のポイントは、実施の形態１から実施の形態２への変更点と全く同じであり、リフレッシュ対象となる情報を選択的に行う点である。

図１０は、本発明の実施の形態４による不揮発性記憶システムの構成を示したブロック図である。同図において、１０００はリフレッシュ部、１００１はＣＰＵである。その他のブロックは、図４に示した実施の形態２における不揮発性記憶システムと同様であるので、その説明は省略する。

図１１は、本発明の実施の形態４におけるリフレッシュ部１０００の構成を示したブロック図である。リフレッシュ部１０００は、本発明の実施の形態２におけるリフレッシュ部４００とほぼ同様の構成である。異なる点は、リフレッシュ判定部１１０１が初期化フラグに基づいてリフレッシュを行う点である。

以上のように構成された、本発明の実施の形態４による不揮発性記憶システムの動作について説明する。前述した通り、実施の形態３におけるリフレッシュ動作とほぼ同様の動作であり、相違点はリフレッシュ対象となる情報を選択的に行う点である。なお、リフレッシュ対象となる情報を選択的に行う処理については実施の形態２で説明したとおり、不揮発性の補助記憶メモリ４０４に低温フラグ領域を設け（図６）、この低温フラグがセットされた情報のみリフレッシュを行うようにしたものである。不揮発性の補助記憶メモリ４０４に記憶された情報ビットのリテンション特性は、実施の形態３で説明した図９の通りであり、初期化フラグに基づいて頻繁にリフレッシュを行うことによって延命処置を行うものである。

以上、実施の形態１〜４について説明したが、不揮発性の補助記憶メモリ１０９や４０４はメモリコントローラ１１３、４０５、７０２、１００２に内蔵させず、メモリコントローラ１１３、４０５、７０２、１００２の外部にあっても構わない。

また、不揮発性の補助記憶メモリ１０９や４０４は、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）以外の不揮発性ＲＡＭ、即ち磁性記録式随時書き込み読み出しメモリ（ＭＲＡＭ）やオボニックユニファイドメモリ（ＯＵＭ）やレジスタンスＲＡＭ（ＲＲＡＭ）等としても構わない。

また、環境パラメータとして温度を例にとりあげて実施の形態を説明したが、発明が解決しようとする課題のところで説明した通り、その他の環境パラメータ、即ち照度、振動、磁界、電界等の変化によってリテンション特性が変化する場合においては、前記各種環境パラメータに応じてリフレッシュ処理を行わせても構わない。その際、実施の形態１〜４における温度検知部１１０を、照度検知部、振動検知部、磁界検知部、電界検知部とすればよい。また、所定値と比較結果も低温フラグから各種のフラグとすれば良い。

本発明にかかるメモリコントローラ、不揮発性記憶装置及び不揮発性記憶システムは、不揮発性メモリを主記憶メモリとして使用し、また不揮発性の補助記憶メモリを使用した装置において、温度などの動作環境が変化しても安定動作を可能とする技術を提案したものであり、静止画記録再生装置や動画記録再生装置等のポータブルＡＶ機器、あるいは携帯電話等のポータブル通信機器において用いられる記録媒体、記録装置等として有益である。

本発明の実施の形態１による不揮発性記憶システムの構成を示すブロック図同実施の形態１におけるリフレッシュ部の構成を示したブロック図同実施の形態１における不揮発性の補助記憶メモリのリテンション特性の変化を示す特性図同実施の形態２による不揮発性記憶システムの構成を示したブロック図同実施の形態２におけるリフレッシュ部の構成を示したブロック図同実施の形態２におけるアドレス管理テーブルを示したメモリマップの概念図同実施の形態３による不揮発性記憶システムの構成を示したブロック図同実施の形態３におけるリフレッシュ部の構成を示したブロック図同実施の形態３における不揮発性の補助記憶メモリのリテンション特性の変化を示す特性図同実施の形態４による不揮発性記憶システムの構成を示したブロック図同実施の形態４におけるリフレッシュ部の構成を示したブロック図強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）のリテンション特性の変化を示す特性図

符号の説明

１００アクセス装置
１０３、７０１、１００１ＣＰＵ
１０９、４０４不揮発性の補助記憶メモリ
１１０温度検知部
１１１、４００、７００、１０００リフレッシュ部
１１４不揮発性の主記憶メモリ
２００比較部
２０１レジスタ
２０２、８００、１１００ＡＮＤゲート
２０３、８０１、１１０１リフレッシュ判定部
２０４、５０２リフレッシュ実行部

Claims

外部のアクセス装置から与えられるコマンドと論理アドレスに応じて不揮発性の主記憶メモリにデータを書き込み、及び読み出すメモリコントローラであって、
少なくとも前記不揮発性の主記憶メモリに対して読み書き制御を行う読み書き制御手段と、少なくともアドレス管理情報を記憶する不揮発性の補助記憶メモリと、前記不揮発性の補助記憶メモリに対する読み書きの制御を行うアドレス管理情報読み書き制御手段と、当該メモリコントローラの動作環境の物理量を検知する動作環境検知手段と、前記動作環境検知手段が検知した動作環境の物理量に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを実行するリフレッシュ手段とを有するメモリコントローラ。
前記リフレッシュ手段が、前記動作環境の物理量と所定の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じてリフレッシュを発動するかどうかを決定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを行うリフレッシュ実行手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のメモリコントローラ。
前記前記判定手段が、前記動作環境の物理量が前記閾値より小さくなった時にフラグをセットすると共に当該フラグを保持し、その後、前記判定手段が、前記動作環境の物理量が前記閾値より大きくなった時に前記フラグがセットされていればリフレッシュ発動フラグをセットし、前記リフレッシュ実行手段が前記リフレッシュ発動フラグに基づき前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを行うことを特徴とする請求項２記載のメモリコントローラ。
前記フラグがセットされている期間に前記不揮発性の補助記憶メモリへの書き込みがなされた情報に対応づけて前記不揮発性の補助記憶メモリへ前記フラグを書き込むと共に、前記リフレッシュ実行手段が前記不揮発性の補助記憶メモリに記憶されたフラグに対応関係にある情報のみのリフレッシュを行うことを特徴とする請求項３記載のメモリコントローラ。
前記リフレッシュ手段が、メモリコントローラの起動時においてのみリフレッシュを実行することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメモリコントローラ。
前記リフレッシュ手段が、周期的にリフレッシュを実行することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメモリコントローラ。
前記リフレッシュ手段が、前記不揮発性の補助記憶メモリに記憶されたデータを読み出し、当該読み出されたデータを再度前記不揮発性の補助記憶メモリに書き込むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のメモリコントローラ。
前記動作環境の物理量が、前記メモリコントローラが置かれた環境における温度、照度、振動、磁界あるいは電界を表すことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のメモリコントローラ。
前記不揮発性の補助記憶メモリが、不揮発性ＲＡＭであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のメモリコントローラ。
前記不揮発性ＲＡＭが、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）であることを特徴とする請求項９記載のメモリコントローラ。
前記不揮発性ＲＡＭが、磁性記録式随時書き込み読み出しメモリ（ＭＲＡＭ）であることを特徴とする請求項９記載のメモリコントローラ。
前記不揮発性ＲＡＭが、オボニックユニファイドメモリ（ＯＵＭ）であることを特徴とする請求項９記載のメモリコントローラ。
前記不揮発性ＲＡＭが、レジスタンスＲＡＭ（ＲＲＡＭ）であることを特徴とする請求項９記載のメモリコントローラ。
不揮発性の主記憶メモリと、メモリコントローラと、を有し、外部のアクセス装置から与えられるコマンドと論理アドレスに応じて前記不揮発性の主記憶メモリにデータを書き込み、及び読み出す不揮発性記憶装置であって、
前記メモリコントローラは、
少なくとも前記不揮発性の主記憶メモリに対して読み書き制御を行う読み書き制御手段と、少なくともアドレス管理情報を記憶する不揮発性の補助記憶メモリと、前記不揮発性の補助記憶メモリに対する読み書きの制御を行うアドレス管理情報読み書き制御手段と、当該メモリコントローラの動作環境の物理量を検知する動作環境検知手段と、前記動作環境検知手段が検知した動作環境の物理量に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを実行するリフレッシュ手段とを有する不揮発性記憶装置。
前記リフレッシュ手段が、前記動作環境の物理量と所定の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じてリフレッシュを発動するかどうかを決定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを行うリフレッシュ実行手段とを備えたことを特徴とする請求項１４記載の不揮発性記憶装置。
前記前記判定手段が、前記動作環境の物理量が前記閾値より小さくなった時にフラグをセットすると共に当該フラグを保持し、その後、前記判定手段が、前記動作環境の物理量が前記閾値より大きくなった時に前記フラグがセットされていればリフレッシュ発動フラグをセットし、前記リフレッシュ実行手段が前記リフレッシュ発動フラグに基づき前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを行うことを特徴とする請求項１５記載の不揮発性記憶装置。
前記フラグがセットされている期間に前記不揮発性の補助記憶メモリへの書き込みがなされた情報に対応づけて前記不揮発性の補助記憶メモリへ前記フラグを書き込むと共に、前記リフレッシュ実行手段が前記不揮発性の補助記憶メモリに記憶されたフラグに対応関係にある情報のみのリフレッシュを行うことを特徴とする請求項１６記載の不揮発性記憶装置。
前記リフレッシュ手段が、前記不揮発性記憶装置の起動時においてのみリフレッシュを実行することを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
前記リフレッシュ手段が、周期的にリフレッシュを実行することを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
前記リフレッシュ手段が、前記不揮発性の補助記憶メモリに記憶されたデータを読み出し、当該読み出されたデータを再度前記不揮発性の補助記憶メモリに書き込むことを特徴とする請求項１４ないし１９のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
前記動作環境の物理量が、前記不揮発性記録装置が置かれた環境における温度、照度、振動、磁界あるいは電界を表すことを特徴とする請求項１４ないし２０のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
前記不揮発性の補助記憶メモリが、不揮発性ＲＡＭであることを特徴とする請求項１４ないし２１のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
前記不揮発性ＲＡＭが、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）であることを特徴とする請求項２２記載の不揮発性記憶装置。
前記不揮発性ＲＡＭが、磁性記録式随時書き込み読み出しメモリ（ＭＲＡＭ）であることを特徴とする請求項２２記載の不揮発性記憶装置。
前記不揮発性ＲＡＭが、オボニックユニファイドメモリ（ＯＵＭ）であることを特徴とする請求項２２記載の不揮発性記憶装置。
前記不揮発性ＲＡＭが、レジスタンスＲＡＭ（ＲＲＡＭ）であることを特徴とする請求項２２記載の不揮発性記憶装置。
アクセス装置と、不揮発性の主記憶メモリと、メモリコントローラと、を有し、前記アクセス装置から与えられるコマンドと論理アドレスに応じて前記不揮発性の主記憶メモリにデータを書き込み、及び読み出す不揮発性記憶システムであって、
前記メモリコントローラは、
少なくとも前記不揮発性の主記憶メモリに対して読み書き制御を行う読み書き制御手段と、少なくともアドレス管理情報を記憶する不揮発性の補助記憶メモリと、前記不揮発性の補助記憶メモリに対する読み書きの制御を行うアドレス管理情報読み書き制御手段と、当該メモリコントローラの動作環境の物理量を検知する動作環境検知手段と、前記動作環境検知手段が検知した動作環境の物理量に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを実行するリフレッシュ手段とを有する不揮発性記憶システム。
前記リフレッシュ手段が、前記動作環境の物理量と所定の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じてリフレッシュを発動するかどうかを決定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを行うリフレッシュ実行手段とを備えたことを特徴とする請求項２７記載の不揮発性記憶システム。
前記前記判定手段が、前記動作環境の物理量が前記閾値より小さくなった時にフラグをセットすると共に当該フラグを保持し、その後、前記判定手段が、前記動作環境の物理量が前記閾値より大きくなった時に前記フラグがセットされていればリフレッシュ発動フラグをセットし、前記リフレッシュ実行手段が前記リフレッシュ発動フラグに基づき前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを行うことを特徴とする請求項２８記載の不揮発性記憶システム。
前記フラグがセットされている期間に前記不揮発性の補助記憶メモリへの書き込みがなされた情報に対応づけて前記不揮発性の補助記憶メモリへ前記フラグを書き込むと共に、前記リフレッシュ実行手段が前記不揮発性の補助記憶メモリに記憶されたフラグに対応関係にある情報のみのリフレッシュを行うことを特徴とする請求項２９記載の不揮発性記憶システム。
前記リフレッシュ手段が、不揮発性記憶システムの起動時においてのみリフレッシュを実行することを特徴とする請求項２７ないし３０のいずれかに記載の不揮発性記憶システム。
前記リフレッシュ手段が、周期的にリフレッシュを実行することを特徴とする請求項２７ないし３０のいずれかに記載の不揮発性記憶システム。
前記リフレッシュ手段が、前記不揮発性の補助記憶メモリに記憶されたデータを読み出し、当該読み出されたデータを再度前記不揮発性の補助記憶メモリに書き込むことを特徴とする請求項２７ないし３２のいずれかに記載の不揮発性記憶システム。
前記動作環境の物理量が、前記メモリコントローラが置かれた環境における温度、照度、振動、磁界あるいは電界を表すことを特徴とする請求項２７ないし３３のいずれかに記載の不揮発性記憶システム。
前記不揮発性の補助記憶メモリが、不揮発性ＲＡＭであることを特徴とする請求項２７ないし３４のいずれかに記載の不揮発性記憶システム。
前記不揮発性ＲＡＭが、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）であることを特徴とする請求項３５記載の不揮発性記憶システム。
前記不揮発性ＲＡＭが、磁性記録式随時書き込み読み出しメモリ（ＭＲＡＭ）であることを特徴とする請求項３５記載の不揮発性記憶システム。
前記不揮発性ＲＡＭが、オボニックユニファイドメモリ（ＯＵＭ）であることを特徴とする請求項３５記載の不揮発性記憶システム。
前記不揮発性ＲＡＭが、レジスタンスＲＡＭ（ＲＲＡＭ）であることを特徴とする請求項３５記載の不揮発性記憶システム。
前記メモリコントローラの前記動作環境検知手段に代えて前記アクセス装置側に動作環境検知手段を備え、当該動作環境検知手段が検知した動作環境に対応するパラメータを当該アクセス装置が当該メモリコントローラに転送し、前記理リフレッシュ手段は前記パラメータに応じて前記不揮発性の補助記憶メモリのリフレッシュを実行することを特徴とする請求項２７ないし３９のいずれかに記載の不揮発性記憶システム。