NL8701996A - Halfgeleidergeheugen voorzien van een medegeintegreerde foutkorrektie-inrichting, en geintegreerde schakeling voorzien van zo een halfgeleidergeheugen. - Google Patents

Description

Λ •i w PHN 12.232 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Halfgeleidergeheugen voorzien van een medegelntegreerde foutkorrektie-inrichting, en geïntegreerde schakeling voorzien van zo een halfgeleidergeheugen.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een halfgeleidergeheugen, bevattende een geheugenmatrix met volgens rijen en kolommen opgestelde geheugencellen, inklusief redundante geheugencellen, en voorzien van 5 rijselektiemiddelen, en voorts bevattende een medegelntegreerde foutkorrektie-inrichting die door kolomuitgangen van de geheugenaatrix wordt gevoed en daarop aangesloten eerste kolomselektiemiddelen on uitgangssignalen ter verder gebruik te presenteren.

Zo'n halfgeleidergeheugen is beschreven in het 10 Anerikaanse Octrooischrift 4604749. Het bekende geheugen is een alleen-lees-geheugen (ROM). Naast de eerste kolomselektiemiddelen bevat hier het geheugen nog tussen de geheugenmatrix en de korrektie-inrichting gearrangeerde tweede kolomselektiemiddelen. Door deze tweede kolomselektiemiddelen wordt een betrekkelijk klein aantal kolommen 15 geselekteerd, zodat een relatief kort kodewoord aan de foutkorrektie-inrichting wordt gepresenteerd. (Uiteraard kan de benaming “kolommen" overal met die van "rijen" worden verwisseld.) De beschreven kode is een (38, 32, 3} verkorte Hamming-kode met 38 kodebits, 32 databits, en een minimum-afstand van 3 over de bits. Hierdoor is in 32 databits één 20 enkele bitfout korrigeerbaar tegen een redundantie van 6/32=19%. Door de eerste kolomselektiemiddelen wordt dan uit het woord van 32 bits telkens één enkele byte (8 bits) geselekteerd die op een uitgang verschijnt. De efficiency van deze kode is betrekkelijk laag. Verhoging van de efficiency zou noodzaken tot een langer kodewoord, terwijl de 25 implementatie al bij een kodewoord van 38 bits gekompliceerd is. Dit vraagt enerzijds een relatief groot oppervlak op de geïntegreerde schakeling, terwijl ook de tijd die nodig is voor het dekoderen relatief aanzienlijk is, zodat het geheugen langzamer werkt. Tenslotte is de geschetste organisatie niet geschikt voor een lees-schrijfgeheugen (RAM).

8701996 *a PHN 12.232 2

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Het is een doelstelling van de uitvinding om een verbeterd halfgeleidergeheugen te verschaffen met een aan de gewenste betrouwbaarheid aan te passen mate van foutbescherming, met desgewenst 5 een efficiency hoger dan in het bekende geheugen, waarbij de opgelopen vertraging slechts enkele poortvertragingstijden is, terwijl de gekozen opzet zich leent voor een veelheid van applikatiemogelijkheden, waarbij een sekundaire doelstelling is, dat door de gekozen korrektiemogelijkheden zowel tijdens bedrijf toevallig ontstane fouten 10 gekorrigeerd kunnen worden, als dat bij de fabrikage of later ontstane permanente (stuck-at)fouten, die zowel een toevallige konfiguratie kunnen hebben als op een bepaalde kolom gekoncentreerd kunnen zijn, steeds weer gekorrigeerd kunnen worden zodat de bedrijfskwaliteit van een geïnstalleerd halfgeleidergeheugen behouden kan blijven, 15 respektievelijk een met fouten behept halfgeleidergeheugen naar buiten toe zich als foutloos kan gedragen, zodat in het laatste geval de opbrengst (yield) van het fabrikageproces kan worden verhoogd, dan wel de prijs per schakeling wordt verlaagd. De uitvinding realiseert de doelstelling, doordat hij het kenmerk heeft, dat de redundante 20 geheugencellen telkens binnen een patroon van n kolommen een vast aantal van ten minste één kolom geheugencellen geheel vullen, welk patroon zich in de rijrichting ten minste tweemaal achtereenvolgens herhaalt, dat de foutkorrektie-inrichting volgens een analoog repeterend patroon op de kolomuitgangen is aangesloten en werkt volgens een (n, k) 25 spatiële konvolutiekode en per volledig patroon de volgende vier funktionele trappen bezit: a. een ingangstrap om van de van de geheugencellen ontvangen informaties een voorsyndroom (am) en ten minste één bijsyndroombit te vormen; b. een tweede trap om ten minste één bijsyndroombit (bm) te 30 ontvangen van een in een eerste richting naburig patroon indien aanwezig, en met behulp van het lokaal voorsyndroom een lokaal syndroom te vormen; c. een kombinatietrap om uit het lokaal syndroom en tenminste het syndroombit van een in een tweede richting naburig patroon, indien 35 aanwezig, een modifikatiesignaal te vormen per aan de eerste kolom-selektiemiddelen af te geven informatiesignaal; d. een modifikatietrap om onder besturing van een respektievelijk 8701996 ·* PHN 12.232 3 nodifikatiebitsignaal een informatiesignaal te modificeren.

Onder een spatiêle konvolutiekode wordt een kode verstaan, waarvoor de vertragingsoperator D van het genererend polynoom niet de betekenis heeft van een bitcelvertraging in de tijd, naar de betekenis van een 5 verschuiving in de ruimte over één patroon. De patronen kunnen in een eindige reeks zijn opgesteld. Dan wordt het eerste volledige patroon niet in de eerste richting door enig naburig patroon voorafgegaan. Dan wordt het laatste volledige patroon in de tweede richting gevolgd door een reeks van één of «eer onvolledige patronen respektievelijk het 10 eerste patroon wordt voorafgegaan door één of «eer onvolledige patronen. De patronen kunnen ook in een kwasi-oneindige reeks zijn opgesteld. Dan wordt het eerste volledige patroon in de eerste richting direkt voorafgegaan door het laatste patroon in de tweede richting doordat de noodzakelijke rondkoppeling voor signalen is voorzien. In dat 15 geval behoeven er geen onvolledige patronen voorzien te zijn. Het is ook nogelijk oh een kombinatie te voorzien, zodat in de eerste en/of tweede richting één of neer onvolledige eindpatronen voorzien zijn, terwijl tevens een zekere rondkoppeling van signalen is aangebracht.

Een patroon is een notionele groep van kolommen. In 20 principe kunnen deze groepen verbladerd zijn opgesteld wat gerealiseerd kan worden door de tweede kolomselektiemiddelen. Soms zijn daar voordelen aan verbonden, bijvoorbeeld wanneer "uitbarstingsfouten" (bursts) voorkomen. Deze kunnen optreeen als de kans groot is dat de invloed van een zogenoemd -pinhole- zich over twee (of meer) 25 aangrenzende kolommen kan uitstrekken. Een ander mogelijk voordeel kan zijn dat verbindingslijnen korter zouden kunnen zijn en/of het benodigde oppervlak kleiner en/of vertragingstijden minder.

De uitvinding kan in het bijzonder toepassing vinden bij zeer grote halfgeleidergeheugens, bijvoorbeeld van 1 Mbit per chip. Door 30 de zich herhalende patronen is telkens per beperkingslengte, een bekend begrip uit de theorie van de konvolutiekodes, tenminste één bitfout korrigeerbaar. In tegenstelling daarmee werkt het geciteerde halfgeleidergeheugen met een blokkode. Aan het einde van de reeks patronen is eventueel slechts een kleine hoeveelheid extra redundantie 35 nodig. De kode kan op bitniveau systematisch zijn; dit levert een eenvoudige korrektie-inrichting. De kode kan eveneens op bitniveau niet-systematisch zijn. Dit noodzaakt tot een matrixinversie (op zichzelf 8701996 PHN 12.232 4 bekend) na de korrektie. Het voordeel van een niet-systematische kode is de soms kleinere beperkingslengte zodat de korrektiekapaciteit de facto wordt vergroot. Door enkele voorzieningen kan de uitvinding ook toegepast worden bij een lees-schrijfgeheugen (RAM) of zelfs bij een 5 dynamisch RAM-geheugen voor bij het uitvoeren van de hèropfrisorganisatie. Voorts is de zo verkregen bescherming tegen fouten uitnemend kombineerbaar met die tegen falende rijen geheugencellen middels redundante rijen cellen die als plaatsvervanger kunnen optreden. Verder is het op zichzelf ook mogelijk dat volgens de 10 uitvinding de efficiency van de kode kleiner is dan die van het bekende geheugen.

Het is voordelig als tussen de geheugenmatrix en de korrektie-inrichting tweede kolomselektiemiddelen zijn geschakeld.

Op zichzelf zijn zulke tweede kolomselektiemiddelen bekend uit de stand 15 der techniek, doch volgens de uitvinding is de dimensionering veelal geheel anders. In het geval van een 1 Mbit-geheugen zullen er 1024 datakolommen zijn (32 woorden a 32 bits). Dan telt het bekende geheugen dus bijvoorbeeld in totaal 32x38=1216 kolommen. De selektiefaktor van de tweede kolomselektiemiddelen is dan 32, de 20 selektiefaktor van de eerste kolomselektiemiddelen is dan slechts 4. Volgens de onderhavige uitvinding zijn er bij een (9, 8) rondgekoppelde kode bijvoorbeeld 128x9=1152 kolommen. De selektiefaktor van de tweede kolomselektiemiddelen is dan bijvoorbeeld 4: van elke vier opeenvolgende kolommen (4p, 4p+1, 4p+2, 4p+3), met p=0,1,2..., wordt dan telkens de 25 kolom 4p+q geselekteerd met q onafhankelijk van p en kiesbaar als 0,1,2,3. Dan is de selektiefaktor van de eerste kolomselektiemiddelen bijvoorbeeld 32. Uiteraad kan de dimensionering ook anders zijn.

De uitvinding betreft mede een geïntegreerde schakeling bevattende een halfgeleidergeheugen volgens het voorgaande. Zo'n 30 schakeling kan bijvoorbeeld meerdere halfgeleidergeheugens bevatten die deels of alle van een medegelntegreerde foutkorrektie-inrichting zijn voorzien. Het is ook mogelijk dat andere subsystemen aanwezig zijn, zoals een arithmetische en logische inrichting, een invoer/uitvoer-subsysteem, en een interkonnekterend bussysteem, een 35 geheugenbesturingseenheid (memory management unit) en andere.

Verdere voordelige aspekten van de uitvinding zijn „ gereciteerd in de onderconclusies.

8701996 % PHN 12.232 5 KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN.

De uitvinding wordt beschreven aan de hand van enkele figuren, waarin: 5 figuur 1 is een blokdiagram van een geheugen volgens de uitvinding; figuur 2 is een blokdiagram van een foutkorrektie-inrichting volgens een kode-efficiency van 1/2; figuur 3 is eenzelfde blokdiagram bij een efficiency van 10 3/4; figuur 4 is eenzelfde blokdiagram bij een efficiency van 7/8; figuur 5 geeft een uitbreiding van figuur 2 als lees-schrijfgeheugen.

15

SYSTEEMBESCHRIJVING

Figuur 1 is een blokdiagram van een geheugen volgens de uitvinding. De gehele inrichting bevindt zich op een enkele geïntegreerde schakeling.

20 Element 21 is de rijdekodeur; deze ontvangt een rijadres, bijvoorbeeld bestaande uit 10 bits, waardoor één van hoogstens 1024 rijen geheugencellen geadresseerd wordt. Op zichzelf is het mogelijk dat in de rijdekodeur een permanente vertaling aanwezig is voor het adres van een of meer defekt bevonden rijen telkens naar het adres van een 25 respektievelijke plaatsvervangende redundante rij. Stel dat het doel is om per rij na korrektie over 1024 informatiebits te beschikken. Volgens een hierna te bespreken kode met efficiency van 3/4 zal een rij dan 1367 kodebits dienen te bevatten die na adressering van de rij op de data-uitgangen van de geheugenmatrix verschijnen. (In de praktijk zal, 30 bijvoorbeeld omwille van energiebesparing, een matrix van 1024x1367 cellen veelal onderverdeeld worden in vier deelmatrices van elk 512 rijen en een aantal kolommen dat iets groter is dan 1367:2 (bijvoorbeeld 685, waarbij het preciese aantal nog door de implementatie wordt bepaald, deze onderverdeling wordt echter niet nader beschouwd). Element 35 24 is een foutkorrektie-inrichting welke in hoofdzaak modulair is opgebouwd en nader zal worden besproken. Bij een efficiency van 3/4 kan de totale 1 Mbit matrix nu 1024 databits afgeven. Deze zullen voor vele 8701996

V

PHN 12.232 6 fouten gekorrigeerd zijn, al blijft het natuurlijk nogelijk dat er onkorrigeerbare fouten aanwezig waren. Als dit fabrikagefouten betreffen, kan dat bij de fabrikage worden gedetekteerd. Evenwel is het mogelijk om bij deze detektie de foutkorrektie-inrichting door een 5 speciaal gebruikersgestuurd testsignaal uit te schakelen. Verdere harde fouten kunnen nog tijdens later gebruik ontstaan. Het resulterende aantal van 1024 wordt niet parallel afgevoerd. Daartoe zijn eerste kolomselektiemiddelen (kolomdekodeur) 26 voorzien. In het geval slechts 1 bit geselekteerd moet worden ontvangt deze een kolomadres van 10 10 bits. In het geval de data aansluiting een padbreedte van 8 bits bezit, is een adres van 7 bits voldoende. De kolomdekodeur 26 bezit daarmede een op zichzelf bekende multiplexerfunktie.

De foutkorrektie-inrichting ontvangt een reeks patronen van bits, bijvoorbeeld steeds n=2,4,8, of 16 bits per patroon. Aan 15 één of beide einden worden deze patronen eventueel gesuppleerd door een aantal partiële patronen zoals nader zal worden uitgelegd. Per patroon worden in een voorkeursuitvoering steeds n=1,3,7,15... bits afgegeven. Voor de partiële patronen is dit aantal kleiner dan het voor de betreffende kode normale aantal. In een voorkeursuitvoering zijn 20 alle kodes systematisch op bitniveau zoals zal worden uitgelegd. Op zichzelf is verder convolutie in het tijdsdomein welbekend. Bij de onderhavige uitvinding worden echter konvolutiekodes in het spatieel domein gebruikt, terwijl de toepassing bij matrixgeheugens vergaande konseguenties heeft voor de dekodering.

25 Naast bovenbeschreven onderdelen kan het halfgeleidergeheugen volgens figuur 1 nog verdere onderdelen bevatten, zoals: - een tweede en verdere geheugenmatrices; - onderdelen voor dataverwerking, zoals ALU, bussen, I/O-organisatie; 30 - tweede kolomselektiemiddelen tussen de matrix en daarbijbehorende foutkorrektie-inrichting; deze selekteren bijvoorbeeld uit elke groep van twee, vier, ... etcetera kolommen er telkens één uit om die met de aansluiting van de foutkorrektie-inrichting te verbinden. De selektiefaktor van deze tweede kolomselektiemiddelen is dan kleiner 35 dan die van de eerste kolomselektiemiddelen; - middelen om ook schrijfoperaties te entameren met bijbehorende enkodering om per patroon de noodzakelijke redundantie te vormen; 8701996 PHN f2.232 7 fc - een heropfrisbesturing, die volgens één of ander procédé regelmatig geheugenadressen presenteert om het aldus aangesproken deel van het geheugen uit te lezen en met dezelfde, al dan niet gekorrigeerde, informatie opnieuw te vullen. Voor het vormen der 5 adressen zijn verschillende strategieën mogelijk.

BESCHRIJVING VAN ENKELE FOUTKORREKTIE-INRICHTINGEN

Figuur 2 is een blokdiagram van een foutkorrektie-inrichting met een kode-efficiency van 1/2. Tussen de vertikale 10 onderbroken lijnen is een enkele patroonperiode getekend. In dit eenvoudige voorbeeld is er één pariteitsbitlijn (kolomlijn) 40 en één informatiebitlijn 42. Als een rij geheugencellen wordt geaktiveerd, verschijnt op alle geaktiveerde kolomlijnen één bit. In een ingangstrap 44 wordt van deze twee bits middels een EXCLÜSIEF-OF-15 funktie een voorsyndroombit gevormd (am). Voorts wordt in dit eenvoudige geval de informatiebit als een eerste bijsyndroombit behandeld. In de tweede trap van de foutkorrektie-inrichting wordt nu middels het bijsyndroombit van de linksnaburige patroonperiode en de lokale voorsyndroombit een syndroombit sm gevormd, met EXCLOSIEF-OF-element 20 46. Als er geen linksnaburige periode is, geldt dat bm=0, en kan desgewenst element 46 worden weggelaten. In een kombinatietrap wordt middels EN-poort 48 uit het lokale syndroombit sm en het syndroombit van de rechtsnaburige patroonperiode een modifikatiebit gevormd. De cijfers in de toevoerlijnen voor de van de geheugencellen afkomstige 25 bits geven aan in welke patroonperiode de betreffende bit wordt gebruikt. De eerste 1 geeft aan dat beide bits voor de desbetreffende periode worden gebruikt. De tweede bit geeft aan of de desbetreffende ontvangen bit wel (I) of niet (0) gebruikt wordt voor de rechtsvolgende patroonperiode. Hier wordt alleen de databit gebruikt. Als de 30 patroonperiode in kwestie (m) de laatste volledige is, behoeft voor de volgende patroonperiode uitsluitend de pariteitskolom te worden voorzien, terwijl toch voor de laatste volledige patroonperiode de volledige korrektiekapaciteit gewaarborgd blijft. Voor deze extra pariteitsperiode zouden in principe de elementen 44, 48, 50 kunnen 35 worden weggelaten. De verschillende mogelijkheden voor de afsluitende kolommen worden later besproken. Tenslotte wordt in de modifikatietrap 50 middels EXCLUSIEF-OF-funktie de af te geven data zonodig 8701996 PHN 12.232 8 gemodificeerd.

Figuur 3 geeft eenzelfde blokdiagram voor een efficiency van 3/4. Op vier kolomlijnen 60, 62, 64, 66 verschijnen de uit de geheugencellen opgeroepen bits. De drie bits die bij elke inkomende 5 bitlijn zijn aangegeven, indiceren voor welke patroonperiode de desbetreffende bit relevant is.

In de korrektie-inrichting wordt in een eerste trap uit de vier ontvangen bits middels drie EXCLUSIEF-OF-funkties 68, 70, 72 een voorsyndroombit am gevormd. Als geen der vier ontvangen bits gestoord 10 is, heeft deze voorsyndroombit de waarde nul. Voorts wordt, parallel hiermee, de bijsyndroombit b(m+1) gevormd middels EXCLUSIEF-OF-funktie 74. Verder wordt parallel hiermee een tweede bijsyndroombit c(m+2) gevormd middels de EXCLUSIEF-OFfunktie 70, die ook voor het voorsyndroom is gebruikt. Door een goede keuze van de respektievelijke EXCLUSIEF-OF-15 funkties is gestreefd naar een minimalisering van het aantal van deze funkties, en tevens naar het realiseren van een kleine doorlooptijd van de signalen.

In een tweede trap wordt met behulp van het lokale syndroombit sm, het eerste bijsyndroombit van de linksnaburige 20 patroonperiode (bm) en het tweede bijsyndroombit (cm) van de op één na linksnaburige patroonperiode, middels EXCLUSIEF-OF-funkties 76, 78 het lokale syndroombit sm gevormd.

De derde trap bestaat uit drie EN-poorten, 80, 82, 84, elk voor een respektievelijke af te geven informatiebit, met deels 25 geïnverteerde ingangen die telkens door een rondje zijn aangegeven.

Deze drie EN-poorten ontvangen allen het lokale en ongelnverteerde syndroombit. Voorts ontvangen ze allen (eventueel geïnverteerd) het syndroombit s(m+1) van de rechtsnaburige patroonperiode en evenzo het syndroom bit s(m+2) van de op één na rechtsnaburige patroonperiode.

30 Voorts ontvangt poort 80 nog (geïnverteerd) het syndroomsignaal van de linksnaburige patroonperiode. Het inverteren van de databits ter korrektie gebeurt weer middels drie EXCLUSIEF-OF-funkties 86, 88, 90.

Op zichzelf vertoont de hier gebruikte kode gelijkenis met de door Wyner en Ash voorgestelde kode in het tijdsdomein (Peterson 35 and Weldon, Error correcting codes, Μ I T-Press, Cambridge Mass./London, 1972, pagina 402). In de hier beschouwde toepassing is de dekodering echter onkonventioneel. Zo wordt het syndroom niet bijgewerkt voor 8701996 * PHN 12.232 9 fouten die in andere patroonperiodes worden gekorrigeerd omdat dat een veel te grote vertraging zou opleveren. In principe is binnen de beperkingslengte steeds slechts 1 bitfout korrigeerbaar. Deze beperkings(constraint)lengte bedraagt in figuur 3:17 bits. Dit betekent 5 dat twee, willekeurige, gestoorde bits net zekerheid korrigeerbaar zijn als er tenminste 17 ongestoorde (kode)bits tussen liggen. De beperkingslengte betreft het ongunstigste geval. In bepaalde foutkonfiguraties mag de afstand minder dan 17 bits zijn. Door een niet-systematische kode te gebruiken, kan veelal de beperkingslengte verder 10 worden verminderd.

Figuur 4 geeft een met figuur 3 overeenkomstig diagram voor een efficiency van 7/8. De beperkingslengte is 51 bits, zodat per hoogstens 52 bits steeds 1 bit korrigeerbaar is. Op de bitlijn 100 verschijnt een pariteitsbit, op de lijnen 102-114 telkens een databit.

15 Door de EXCLUSIEF-OF-poorten 116, 120, 122, 126, 132, 134, 136 wordt een voorsyndroombit gevormd. Verder worden nog de volgende bijsyndroombits gevormd voor gebruik in andere patroonperioden: - door de EXCLUSIEF-OF-poorten 118, 124, 128 de bit b(m+1) voor de rechtsnaastvolgende patroonperiode; 20 - door de EXCLUSIEF-OF-poorten 120, 126, 130 de bit c(m+2) voor de rechts op één na naastvolgende patroonperiode; - door de EXCLUSIEF-OF-poorten 122, 126, 130 de bit d(m+3) voor de rechts op twee na naastvolgende patroonperiode.

In de tweede trap worden de daarmee korresponderende 25 bijsyndroombits bm, cm, dm verwerkt om uit het lokale voorsyndroombit am het lokale syndroombit sm te vormen en wel in de volgende EXCLUSIEF-OF-poorten: bm: 142, 138, 140 cm: 142, 138, 140 30 dm: 140

De derde trap bestaat uit zeven EN-poorten met deels geïnverteerde ingangen 144-156, één voor elke af te geven informatiebit. In deze kombinatiepoorten wordt de syndroombit van de aktuele patroonperiode gekombineerd met de syndroombit van de eerste, 35 tweede, en derde rechts meest naburige perioden en met de syndroombits van de eerste en tweede links meest naburige patroonperiode.

In een vierde trap worden met behulp van de in de poorten 8701996 PHN 12.232 10 144-156 gevormde modifikatiebits de respektievelijke uitgelezen bits bijgewerkt middels de EXCLUSIEF-OF-poorten 158-170.

DE VOORZIENINGEN AAN DE EINDEN

5 De figuren 2-4 geven de situatie voor een kwasi-oneindige rij van patroonperioden. In figuur 2 zijn dan aan elke kant minstens één verdere patroonperiode voorzien, in figuur 3 aan beide zijden minstens twee en in figuur 4 aan beide zijden minstens drie. Aan het begin van de reeks patroonperidoen is aan deze voorwaarde niet voldaan. 10 In figuur 2 heeft dan de bijsyndroombit bm standaard de waarde nul, of hij wordt niet voorzien, de uitvoer van de syndroombit sm naar links kan vervallen. In figuur 3 hebben dan de bijsyndroombits bm, cm, cm+1 standaard de waarde nul, dan wel ze worden niet voorzien en de daardoor gevoede EXCLUSIEF-OF-poorten kunnen desgewenst vervallen. De 15 uitvoer van de syndroombits sm, s(m+1) naar links kan vervallen. De toegevoerde syndroombit s(m-1) heeft standaard de waarde 0, dan wel de desbetreffende ingang van poort 80 is niet voorzien. In figuur 4 hebben dan de bijsyndroombits bm, cm, c(m+1), dm, d(m+1), d(m+2) standaard de waarde nul, dan wel ze worden niet voorzien en de daardoor gevoede 20 EXCLUSIEF-OF-poorten kunnen desgewenst vervallen. De uitvoer van de syndroombits sm, s(m+1), s(m+2) naar links kan vervallen. De toegevoerde syndroombits s(m-2), s(m-1) hebben standaard de waarde 0, dan wel de desbetreffende ingangen van de poorten 144, 146, 148 zijn niet voorzien (al deze poorten ontvangen de geïnverteerde waarden van deze 25 signalen!). Het op deze manier beëindigen van de reeks patroonperiodes naar links heeft geen negatieve invloed op de korrektiekapaciteit van de spatiéle konvolutiekode.

Ook aan het rechtereinde van de reeks patroonperiodes moeten in het algemeen specifieke maatregelen voor het korrekt afsluiten 30 van de reeks woorden getroffen. Een eerste mogelijkheid is het aan de rechterzijde voorzien van partiële patroonperiodes. In figuur 2 betreft de bitlijn 40 alleen de aktuele patroonperiode en in de enige partiële patroonperiode aan de rechterkant dient deze bitlijn voorzien de zijn. De bitlijn 42 zou dan mede een niet-bestaande patroonperiode 35 betreffen, en deze hoeft dan niet voorzien te zijn. De volgorde van de bitlijnen aan het rechtereinde is dan ...40,42 - 40,42 - 40.

In de konfiguratie van figuur 3 is de bitlijn 60 (kode 870 1 99 6 PHN 12.232 11 fe 100) alleen voor de desbetreffende patroonperiode relevant. Aan het einde van een reeks patroonperiodes moet deze lijn (in een partiële periode) nog ais laatste voorzien zijn. De overige drie lijnen van die periode zouden niet-bestaande patroonperioden mede betreffen en dus 5 zinloos zijn. De op een na laatste periode mag dan hoogstens de bitlijnen 60, 62 bevatten (de lijnen 64, 66 set kode ..,..,1 zouden dan een niet-bestaande patroonperiode betreffen en daarmee zinloos zijn). De op twee na laatste patroonperiode mag volledig zijn. De volgorde van de bitlijnen op het eind van de rij kan dus zijn: 10 60,62,64,66 - 60,62 - 60.

Op dezelfde manier kunnen in figuur 4 aan het eind van de rij patroonperiodes de volgende bitlijnen voorzien zijn: 100,102,104,106,108,110,112,114 - 100,102,104,106 - 100,102 - 100.

Het bovenstaande kan nog gewijzigd worden, door bepaalde 15 bitlijnen (niet de pariteitsbitlijnen 40, 60, 100) weg te laten als ze voor het gebruik van het geheugen overbodig zouden zijn. Voorbeeld: 512:7=73+1. In het geval van figuur 4 zouden dan verschillende kombinaties van de lijnen 102-106 uit de laatste drie partiële perioden kunnen worden weggelaten. In het algemeen mogen steeds niet-20 redundante kolommen geheugencellen willekeurig weggelaten worden (althans in het geval van een systematische kode). Zo kan bijvoorbeeld een (8, 7) kode omgezet worden in een (7, 6) kode als dat voor de kapaciteit van het geheugen voordelig zou zijn.

Het tegengestelde kan ook worden gedaan, zodat alleen 25 volledige patroonperiodes worden voorzien, maar de niet van toepassing zijnde kolomlijnen verder niet in aanmerking worden genomen. Dit zou in het geval van een CAD-systeem voordeel kunnen bieden, wegens de vergrote gelijkheid tussen opvolgende patroonperioden.

Een derde mogelijkheid, waarbij tevens het oppervlak 30 wordt verkleind, is dat de patroonperiodes cyklisch worden rondgekoppeld. Daarbij is wèl een voorwaarde dat de totale breedte van het geheugen groter is dan de beperkingslengte omdat anders de kode onwerkzaam zou worden. In figuur 4 worden dan aan de rechterzijde de volgende signalen uitgevoerd: b(m+1), c(m+2), c(m+1), d(m+3), d(m+2), 35 d(m+1), s(n-1), sm. Bovendien worden aan deze zijde de volgende signalen ingevoerd: s(m+1), s(m+2), s(m+3). Deze elf signalen kunnen dan in de rijrichting van de ene kant van de reeks patroonperiodes naar de andere 870 1986 PHN 12.232 12 kan worden rondgekoppeld om aldaar in de relevante patroonperioden te worden gebruikt. Bij figuur 4 moet met de nadelen afwegen van deze elf signaalbanen tegen drie redundante geheugenkolommen. Al naar gelang de afmetingen van het geheugen zal de ene of de andere oplossing 5 voordeliger zijn. In de oplossing van figuur 3 zou de afweging betreffen vier extra signaallijnen tegenover twee extra kolommen geheugencellen. Het is ook mogelijk om tussenoplossingen te realiseren: als in figuur 4 de reeks patroonperiodes de volgende aantallen bitlijnen bevatten. ..8,4,2,1 kan uitsluitend de laatste kolom redundante geheugencellen in 10 de eerste volledige patroonperiode worden opgenomen, daarvoor moet toch een groot aantal signalen worden rondgekoppeld.

VERDERE UITBREIDINGEN EN AANVULLINGEN VAN DE UITVINDING

De uitvinding kan op verschillende manieren worden 15 aangevuld en uitgebreid. In de eerste plaats kan de afmeting van een patroonperiode worden veranderd. Deze kan bijvoorbeeld worden uitgebreid tot 16, 32 kolommen. Aan de ene kant wordt zo de redundantie kleiner.

Aan de andere kan wordt de beperkingslengte ook snel groter, zodat de totale korrektiekapaciteit afneemt. Het bepalen van het optimum, dat wil 20 zeggen de optimale opbrengst van het fabrikageproces, wordt dan mede bepaald door het verwachte aantal fouten, bijvoorbeeld door zogenaamde -pinholes-.

Een verder nadeel van een grotere patroonperiode is dat de logische diepte van de foutkorrektieschakeling toeneemt, waardoor de 25 schakeling langzamer wordt. Het uitschakelen van de foutkorrektieschakeling ten behoeve van een test of om onder normale gebruiksomstandigheden de verwerkingssnelheid te vergroten, geschiedt als volgt. Alle EN-poorten (in figuur 4 dus 144..156) worden van een extra ingang voorzien. In de normale gebruikstoestand worden alle extra 30 ingangen bekrachtigd met een logische T, waardoor de foutkorrektie-inrichting op de beschreven manier werkt. In het testbedrijf worden alle extra ingangen bekrachtigd met een logische "O*. Daardoor geven al deze EN-poorten een logische "0" af en werken de EXCLUSIEF-OF-poorten 158-170 als rechtop-doorlaatelementen. Daardoor kan een externe test op het 35 afgegeven informatiepatroon worden uitgevoerd. Op zichzelf is daarmee de redundante kolom geheugencellen niet testbaar. Indien strikt noodzakelijk kan daarvan de informatie middels een eenvoudshalve niet 8701996 PHN 12.232 13 aangegeven multiplexer op een van de externe uitgangen worden aangesloten.

Figuur 5 geeft nog een uitbreiding van figuur 2 als lees-schrijfgeheugen uitgevoerd. De elementen 40, 42, 44, 46, 48, 50 5 zijn reeds bij figuur 2 gereleveerd. De volgende additionele onderdelen zijn voorzien. In de eerste plaats zijn er nu bidirektioneel werkende aansluittrappen 200/202 voor elke kolom geheugencellen, met eventueel een extra besturingslijn om slechts één van de twee mogelijke richtingen te aktiveren. Voorts is er een enkodeer/dekodeer-10 besturingsingang 204. Deze bestuurt in de eerste plaats de schakeling 206. In een eenvoudige realisatie is verder element 214 niet aanwezig, maar is de data-uitgang van kolom 42 direkt verbonden met ingangen van EXCtOSIEF-OF-elementen 44 van de eerste trap, respektievelijk 50 van de modifikatietrap. In een verbeterde oplossing is daartussen een 15 multiplexer 214 geschakeld die bij dekoderen doorlaatbaar is voor zijn bovenste ingang. Bij een dekodeeroperatie is schakeling 206 doorlaatbaar voor het signaal op kolom 40, zodat de signalen am, sm, en de eventueel gekorrigeerde databit op uitgang 208 op dezelfde manier als eerder beschreven worden gevormd. Voorts wordt bij het dekoderen de 20 seriekombinatie van multiplexer 212 en trekkerschakeling 210 zo bedreven dat de aldus gevormde gekorrigeerde informatie geen aanleiding zou zijn tot het inschrijven van een veranderde informatie: multiplexer 212 wordt in het algemeen op de linkerstand gehouden, en door het dekodeersignaal is de trekker (latch) 210 geblokkeerd en geeft geen 25 signaal af. De multiplexer 212 wordt alleen door het schrijfadres (WA) voor de kolommen waarvoor nieuwe informatie moet worden ingeschreven in de rechterstand gesteld. Een andere oplossing voor element 206 is een logische EN-poort die door het enkodeersignaal wordt geblokkeerd. Bij het schrijven wordt het signaal op lijn 204 in eerste instantie voor 30 alle kolommen op dezelfde manier aktief als voor een leesoperatie.

Echter wordt het signaal voor de multiplexer 212 alleen voor de te selekteren kolommen (middels de eerste kolomselektiemiddelen) in de rechterstand gesteld. Bij het schrijven moet ook de in te schrijven redundantie bepaald worden die afhangt zowel van de nieuw in te 35 schrijven databits, als van de reeds aanwezige databits. In principe wordt daarom de gehele redundantie opnieuw bepaald. Het zou mogelijk zijn om "ver weg" gelegen redundantiebits onbelnvloed te laten, maar 8701996 t PHN 12.232 14 de daartoe noodzakelijke, relatief gekompliceerde besturing wordt niet voorzien. In een eerste fase wordt nu de nieuw in te schrijven infornatie via multiplexer 212 onder besturing van het enkodeersignaal in trekkerschakeling 210 opgeslagen (212 staat in de rechterstand).

5 Voor de te handhaven databits staat multiplexer 212 in de linkerstand zodat deze bits in de desbetreffende trekkerschakelingen 210 worden opgeslagen. Indien aanwezig, staat multiplexer 214 in de onderste stand zodat deze nieuwe informatiebit in de plaats treedt van de tot dan in de geheugencel aanwezige. Als multiplexer 214 niet is voorzien, wordt 10 verondersteld dat het stationaire uitgangssignaal van trekkerschakeling 210 een dynamisch uitgangssignaal van element 202 overheerst. De multiplexer 206 geeft nu een logische -0- af. Daardoor wordt, zonder invloed van de tot dusver opgeslagen redundantie, middels elementen 44, 46 de nieuwe redundantie berekend. In een daaropvolgende schrijffase 15 worden de redundantiebits (die dezelfde is als de syndroombit in geval de lokale redundantiebit de waarde nul heeft bij het dekoderen) en de databit via de elementen 200/202 ingeschreven.

Voor de uitvoeringen volgens figuren 3, 4 en in het algeneem voor (n, n-1) spatiële konvolutiekodes zijn overeenkomstige 20 oplossingen te gebruiken: deze vergen in de eerste plaats een blokkeringselement tussen de uitgang van de redundantie kolommen en de bijbehorende ingang van de korrektie-inrichting. In de tweede plaats een houdelement voor alle informatiebits en een stuurbaar selektie-element, zodat naar keuze de nieuw ontvangen informatiebits, alswel de te 25 behouden informatiebits daarin kunnen worden opgeslagen. Tenslotte een terugkoppeling om de syndroombits toe te voeren aan de desbetreffende kolommen redundante geheugencellen. Er wordt nog op gewezen, dat in de beschreven realisatie het syndroombit mede bepaald wordt door reeds opgeslagen informatiebits van andere delen van het geheugen (hier 30 gepresenteerd door de bit bm, in figuren 3,4 door alle beschreven signalen bm (..) c, (..), d (..). Doordat de modifikaties bij korrektie pas in de modifikatietrap plaats vinden (die bij enkodering werkloos is) zal de juiste redundante informatie worden opgeslagen. Op zichzelf zijn andere oplossingen mogelijk, bijvoorbeeld zulke waar de te behouden 35 databits wel worden uitgelezen, maar niet meer worden ingeschreven. Daartoe wordt het lees-schrijfbesturingssignaal voor element 201 mede door het schrijfadres WA bepaald. Gewoonlijk zal dit een minder gunstige 8701996 * PHN 12.232 15 oplossing zijn.

Bij een lees/schrijfgeheugen in dynamische MOS-technologie moeten voorts hèropfriscykli worden uitgevoerd. In een eenvoudige uitvoering kan de informatie onveranderd blijven. Dit kan 5 geêffektueerd worden doordat de lees-schrijfelementen 200, 202 voldoende nodekapaciteit hebben om na een voorlaad(precharge)fase in de aftastfase de celnode tot een voldoende spanningsniveau te kunnen opladen. Een verder verfijnde oplossing is dat met een schakeling volgens figuur 5 tevens een zekere mate van korrektie kan worden 10 aangebracht. In dat geval is echter de besturing anders dan in het geval van een schrijfoperatie. In de eerste plaats staan nu alle multiplexers 212 in de linkerstand. Bovendien worden bij het lezen alle elementen 206 doorlaatbaar aangestuurd voor de redundantiebits. Daardoor worden korrekties aangebracht zowel op de redundantiebit (via elementen 44, 15 46) als op de databit (via elementen 44, 46, 48, 50), uiteraard binnen de aktuele beperkingslengte slechts hoogstens één maal.

De kode kan eventueel worden uitgebreid tot een (n, n-j) kode met j=2,3... In het algemeen wordt daardoor de dekodering gekompliceerder. De oplossing volgens figuur 4 kan uitgebreid worden tot 20 n=16,32,... hier wordt een hogere efficiency bereikt.

8701996

Claims (16)

1. Halfgeleidergeheugen, bevattende een geheugennatrix eet volgens rijen en kolommen opgestelde geheugencellen, inklusief redundante geheugencellen, en voorzien van rijselektiemiddelen, en voorts bevattende een medegelntegreerde foutkorrektie-inrichting die 5 door kolomuitgangen van de geheugennatrix wordt gevoed en daarop aangesloten eerste kolonselektiemiddelen on uitgangssignalen ter verder gebruik te presenteren, net het kennerk, dat de redundante geheugencellen telkens binnen een patroon van n kolommen een vast aantal van ten minste één kolom geheugencellen geheel vullen, welk patroon 10 zich in de rijrichting ten minste tweemaal achtereenvolgens herhaalt, dat de foutkorrektie-inrichting volgens een analoog repeterend patroon op de kolomuitgangen is aangesloten en werkt volgens een (n, k) spatiêle konvolutiekode en per volledig patroon de volgende vier funktionele trappen bezit: 15 a. een ingangstrap om van de van de geheugencellen ontvangen informaties een voorsyndroom (am) en ten minste één bijsyndroombit te vormen; b. een tweede trap om ten minste één bijsyndroombit (bm) te ontvangen van een in een eerste richting naburig patroon indien aanwezig, en met behulp van het lokaal voorsyndroom een lokaal 20 syndroom te vormen; c. een kombinatietrap om uit het lokaal syndroom en tenminste het syndroombit van een in een tweede richting naburig patroon, indien aanwezig, een modifikatiesignaal te vormen per aan de eerste kolom-selektiemiddelen af te geven informatiesignaal; 25 d. een modifikatietrap om onder besturing van een respektievelijk modifikatiebitsignaal een informatiesignaal te modificeren.

2. Halfgeleidergeheugen, bevattende een geheugenmatrix met volgens rijen en kolommen opgestelde geheugencellen, inklusief redundante geheugencellen, en voorzien van rijselektiemiddelen, en 30 voorts bevattende een medegelntegreerde foutkorrektie-inrichting die door kolomuitgangen van de geheugenmatrix wordt gevoed en daarop aangesloten eerste kolomselektiemiddelen om uitgangssignalen ter verder gebruik te presenteren, met het kenmerk, dat de redundante geheugencellen telkens binnen een patroon van n kolommen een vast aantal 35 van ten minste één kolom geheugencellen geheel vullen, welk patroon zich in de rijrichting ten minste tweemaal achtereenvolgens herhaalt, * dat de foutkorrektie-inrichting volgens een analoog repeterend patroon 8701996 » PHN 12.232 17 op de kolomuitgangen is aangesloten en werkt volgens een (n, k) spatiêle konvolutiekode o· per beperkingslengte, als uitgedrukt in het aantal kolommen, van de kode telkens een databit van de konvolutiekode koxrigeerbaar te aaken, onder het uitwisselen van syndrooabits en 5 bijsyndrooabits tussen naburige patroonperioden.

3. Halfgeleidergeheugen volgens conclusie 1 of 2, set het kenaerk, dat de konvolutiekode een op bitniveau systeaatische kode is.

4. Halfgeleidergeheugen volgens conclusie 1 of 2, aet het kenaerk, dat de konvolutiekode een op bitniveau niet-systeaatische kode 10 is, en dat de eerste koloaselektieaiddelen geassocieerd zijn aet aatrixinversieaiddelen.

5. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en aet 4, aet het kenaerk, dat de konvolutiekode een (n-1) kode is.

6. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot 15 en aet 5, aet het kenaerk, dat tussen de geheugenaatrix en de foutkorrektie-inrichting tweede koloaselektieaiddelen zijn geschakeld.

7. Halfgeleidergeheugen volgens conclusie 6, aet het kenaerk, dat de selektiefaktor van de tweede koloaselektieaiddelen kleiner is dan die van de eerste koloaselektieaiddelen.

8. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en aet 7, aet het kenaerk, dat genoead patroon ten minste n=4 kolommen bevat oa per volledig patroon (n-1) bits aan de eerste koloaselektieaiddelen, dat de tweede trap bijsyndrooabits ontvangt die elk gevormd zijn uit ten minste één inforaatiebit van een in een 25 eerste richting direkt naburig patroon, indien aanwezig, en dat de koabinatietrap van een patroon syndrooabits ontvangt van het in een eerste richting direkt naburige patroon en van twee opvolgende in de tweede richting direkt naburige patronen, indien aanwezig.

9. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot 30 en aet 8, aet het kenaerk, dat n=23 aet j23.

10. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusie 1 tot en aet 9, aet het kenaerk, dat voor n=23 aan ten ainste één einde van de reeks patronen ten ainste één onvolledig eindpatroon is voorzien, waarbij alle onvolledige eindpatronen ten ainste de per 35 volledig patroon voorziene redundantiekoloaaen bevatten oa op grond daarvan in de foutkorrektie-inrichting syndrooabits en/of bijsyndrooabits te vormen. 8701996 PHN 12.232 18 t 1

11. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en net 10, met het kennerk, dat aan de einden van een reeks patronen verbindingen zijn aangebracht voor het rondkoppelen naar het andere respektievelijke einde van de reeks, van noodzakelijke syndroom- en 5 bijsyndroombits.

12. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en net 11, met het kenmerk, dat genoemde eerste kolomselektiemiddelen bidirektioneel werkzaam zijn, dat voor elke redundante kolom syndroombit-vornende middelen aanwezig zijn waarvan een uitgang op een kolomingang 10 van de redundante kolom aansluitbaar is om middels een van buiten ontvangen informatie en de in de geheugenmatrix beklijvende informaties een hervormde redundantiebit op te slaan.

13. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en met 12, met het kenmerk, dat een opgenoende eerste 15 kolomselektiemiddelen aangesloten modifikatietrap onder besturing van een korrektie-negeersignaal een eventuele korrektie negeert.

14. Halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en met 13, met het kenmerk, dat een vervangingsmechanisme aanwezig is om in plaats van een defekte rij geheugencellen voortdurend een 20 plaatsvervangende rij geheugencellen te adresseren.

15. Halfgeleidergeheugen volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat een hèropfrismechanisme is voorzien, dat onder besturing van een terugkerend heropfrissignaal de korrektie-inrichting aktiveerbaar is om een korrigeerbare fout te herstellen.

16. Geïntegreerde schakeling bevattende een halfgeleidergeheugen volgens één der conclusies 1 tot en met 15. 87 0 1 9 9 6