TW201009843A - Methods and apparatus for intercell interference mitigation using modulation coding - Google Patents
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Description
201009843 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於快閃記憶體器件且更特定言之,係 關於在此等快閃記憶體器件中用於抑制單元間干擾之效應 的改良技術。 本申請案主張2008年7月1曰申請之美國臨時專利申請案 第61/133,675號、2008年7月3曰申請之美國臨時專利申請 案第61/133,921'號、2008年7月10日申請之美國臨時專利申 請案第61/13 4,688號、2008年7月22日申請之美國臨時專利 申請案第61/135,732號及2008年9月30日申請之美國臨時專 利申請案第61/194,751號之優先權,該等申請案中之每一 者以引用的方式併入本文中。 本申請案涉及2009年3月11曰申請之名為「Methods and Apparatus for Storing Data in a Multi-Level Cell Flash Memory Device with Cross-Page Sectors, Multi-Page Coding and Per-Page Coding」之國際專利申請案第 PCT/US09/36810 號及名為「Methods and Apparatus for Read-Side Intercell Interference Mitigation in Flash Memories」之國際專利申請案、名為「Methods and Apparatus for Write-Side Intercell Interference Mitigation in Flash Memories」之國際專利申請案、名為「Methods and Apparatus for Interfacing Between a Flash Memory Controller and a Flash Memory Array」之國際專利申請案 及名為「Methods and Apparatus for Soft Demapping and 14I37I.doc 201009843
Intercell lnterferenee Mitigati〇n in Flash Mem〇Hes」之國 際專利巾請案,該等巾請案巾之每-者在同—天中請且以 引用的方式併入本文中。 【先前技術】 5午多s己憶體器件(諸如,快閃記憶體器件)使用類比記憶 體單元儲存資料。每一記憶體單元儲存一類比值,其亦被 稱為儲存值(諸如,電荷或電壓)。該儲存值表示儲存於該 單元中之資訊。舉例而言,在快閃記憶體器件中,每一類 比S己憶體單元通常儲存某一電壓。每一單元之可能類比值 之範圍通常被分成多個臨限區域,其中每一區域對應於一 或多個資料位元值。藉由寫入對應於所要一或多個位元之 標稱類比值將資料寫入至類比記憶體單元。 舉例而言’單位準單元(Singie_ievei cell,SLC)快閃記憶 體器件每記憶體單元儲存一個位元(或兩個可能之記憶體 狀態)。另一方面,多位準單元(Multi-level cell,MLC)快 閃s己憶體器件每記憶體單元儲存兩個或兩個以上位元(亦 即’每一單元具有四個或四個以上可程式化狀態)^對於 MLC快閃記憶體器件之更詳細論述’見(例如)2〇〇9年3月11 日申0月之名為「Methods and Apparatus for Storing Data in a Multi-Level Cell Flash Memory Device with Cross-Page Sectors, Multi-Page Coding And Per-Page Coding」之國際 專利申請案第PCT/US09/36810號,其以引用的方式併入本 文中。 在多位準NAND快閃記憶體器件中,例如,浮動閘極器 141371.doc 201009843 件以處於一範圍中之可程式化臨限電壓來使用,該範圍被 分成多個區間,其中每一區間對應於不同多位元值。為了 將給定多位元值程式化至一記憶體單元中,該記憶體單元 中之浮動閘極器件之臨限電壓經程式化至對應於該值之臨 限電壓區間中。 儲存於記憶體單元中之類比值常常失真。失真通常歸因 於(例如)向後樣式相依性(back pattern .dependency,BPD)、 雜訊及單元間干擾(ICI)。對於快閃記憶體器件中之失真之 更詳細論述,見(例如)IEEE電子器件快報第264-266頁 (2002 年5月)J.D. Lee等人之「Effects of Floating-Gate Interference on NAND Flash Memory Cell Operation」或 IEEE固態電路期刊第43卷第4期第919-928頁(2008年4月) Ki-Tae Park等人之「A Zeroing Cell-to-Cell Interference Page Architecture With Temporary LSB Storing and Parallel MSB Program Scheme for MLC NAND Flash Memories」, 其中之每一者以引用的方式併入本文中。 ICI為在單元之間的寄生電容之後果且通常被認為係失 真之最突出來源。舉例而言’已知ICI隨技術微縮(scaling) 而增加且隨電晶體尺寸變得更小而變為臨限電壓分布之失 真之顯著來源。因此,為了得到可靠MLC記憶體,尤為需 要關注ICI,此係由於ICI限制可以可靠方式儲存於MLC記 憶體令之電壓位準之數目。 已提議或建議用於藉由減小單元之間的電容耦合來抑制 ICI之效應的許多技術。舉例而言,Ki-Tae Park等人描述 I41371.doc 201009843 抑制ICI之現有程式化技術,諸如,偶數/奇數程式化、自 下而上程式化及多階段程式化。雖然此等現有方法已促進 減小ICI之效應,但其隨電晶體尺寸減小(例如,低於65 nm之技術,其中寄生電容歸因於快閃單元之緊密接近性而 大出》午夕)而變得較不有效。因此存在對用於抑制效應 之改良號處理及編碼技術的需要。 【發明内容】
大體而言,提供用於使用調變編碼之單元間干擾抑制的 方法及裝置。根據本發明之-態樣,在快閃記憶體之程式 化期間,執行一調變編碼,其選擇用於程式化快問記憶體 之-或多個位準以使得快閃記憶體中 違反-或多個預定準則之值程式化。在許多例二: 中’-或多個預定判係基㈣τ各射之—或多者:由 經程式化單元所引起之擾動量;經程式化單元之電整偏 移;由經程式化單元所儲存之電壓;通過經程式化單元之 電流中的改變量;及通過經程式化單元之電流的量。 本發明之另'態樣重映射一或多個程式狀態以破保一或 多個程式狀態具有敎二進位值。前置物⑽de)可視情 :兄在同位編碼之後應用以減小調變解碼器之輸出處之誤差 傳播。 、 本發明認識到第—褚宕-4 h 4 弟預疋一進位值可比第二預定二進位崔 引起更多擾動且因此調變編碼選擇用於程式化快閃記憶截 之-或多個位準以使得快閃記憶體中之減少數目之單元以 第一預定二進位值程式化。在—說明性實施例中,若存在 14I371.doc 201009843 多於灸/2個的第一預定二進位值,則調變編碼翻轉到固使用 者位元中之所有&個位元。 根據本發明之另一態樣,在快閃記憶體之讀取期間,執 行一調變解碼,其將一或多個位準指派至快閃記憶體中之 諸單元以使得快閃記憶體中之減少數目之單元以違反—或 多個預定準則之值讀取。 5 本發明之更完整理解以及本發明之另外特徵及優點將藉 由參考以下[實施方式]及圖式來獲得。 【實施方式】 本發明之各種態樣係針對在諸如單位準單元或多位準單 元(MLC)NAND快閃記憶體器件之記憶體器件中用於抑制 ICI的信號處理技術。如本文中所使用,多位準單元快閃 記憶體包含一記憶體’纟中每一記憶體單元儲存兩個或兩 個以上位元。通常,儲存於一個快閃單元中之多個位元屬 於不同頁。雖然在本文中使用儲存類比值作為電壓之記憶 體單元來說明本發明,但如—般熟習此項技術者將顯而易 見,本發明可與用則夬閃記憶體之任何儲存機制一起使 用,諸如使用電壓或電流表示所儲存資料。 圖1為習知快閃記憶體系統100之示意性方塊圖。如圖! 中所展示’例示性快閃記憶體系統1〇〇包含快閃控制系統 110及快閃記憶體區塊16〇。例示性快閃控制系統110包含 快閃控制器120、編碼器/解碼器區塊14〇及一或多個緩衝 器145。在一替代實施例中,編碼器/解碼器區塊“ο及— 些緩衝器145可在㈣控制器12_部實施。編碼器/解碼 I41371.doc 201009843 器區塊140及緩衝器丨45可(例如)使用熟知市售技術及/或產 品來實施。 例示11快閃a己憶體區塊160包含一記憶體陣列^ 7〇及一或 多個緩衝器180(每一者可使用熟知市售技術及/或產品來實 施)。記憶體陣列可體現為單位準或多位準單元快閃記 憶體,諸如NAND快閃記憶體、相變記憶體(pCM)、 MRAM記憶體、NC)1^閃記憶體或另—非揮發性快閃記憶 體。雖然主要在多位準單元NAND快閃記憶體之情況下說 明本發明,但如一般熟習此項技術者將顯而易見,本發明亦 可應用於單位準單元快閃記憶體及其他非揮發性記憶體。 多位準單元快閃記憶體 在多位準單元NAND快閃記憶體中,臨限值偵測器通常 用於將與特定單元相關聯的電壓值轉譯為預定記憶體狀 態。圖2說明圖1之例示性多位準單元快閃記憶體17〇之例 示性臨限電壓分布,其基於以引用的方式併入本文中之美 國專利案第6,522,580號的教示。大體而言,一單元之臨限 電壓係需要施加至該單元以使得該單元傳導某一量之電流 的電壓。臨限電壓為對儲存於該單元中之資料的量測。 在圖2所展示之例示性實施例中,每一儲存元件使用四 個可能之資料狀態將兩個資料位元儲存於每一記憶體單元 中。圖2說明四個尖峰210_213,其中每一尖峰對應於一個 狀態。在多位準單元快閃器件中,臨限電壓分布圖2〇〇之 不同尖峰210-213用於將兩個位元儲存於該單元中。 臨限電壓分布圖200之尖峰210-213以相應二進位值標 H1371.doc 201009843 記。因此,當一單元處於第-狀態2U)時,其表示低位(亦 被稱為最低有效位元LSB)之…及高位(亦被稱為最高有效 位兀MSB)之「1 ^狀‘4 21 Gif常為單元之初始未被程式化狀 態或抹除狀態。同樣地,當一單元處於第二狀態2ιι時,其 表示低位之「0」及高位之「!」。當一單元處於第三狀態m 時,其表示低位之「0」及高位之「〇」。最後,當一單元處 於第四狀態213時,其表示低位之「丨」及高位之「〇」。 臨限電壓分布210表示陣列内處於抹除狀態(「u」資料 狀態)之單元之臨限電壓Vt的分布,其中負臨限電壓位準 低於0伏特。分別儲存「1〇」及「〇〇」使用者資料之記憶 體單元之臨限電壓分布211及212經展示分別在〇伏特與1伏 特之間及1伏特與2伏特之間。臨限電壓分布213展示已程 式化至〇1」資料狀態之單元之分布,其中臨限電壓位準 設定在2伏特與讀通電壓(read pass v〇ltage) 4 5伏特之間。 因此,在圖2之例示性實施例中,〇伏特、〗伏特及2伏特 可用作每一位準或狀態之間的電壓位準臨限值。電壓位準 臨限值由快閃記憶體〗60(例如,快閃記憶體丨6〇中之感測 電路)用於判定給定單元之電壓位準或狀態。快閃記憶體 160將基於經量測電壓與電壓位準臨限值.之比較來將一或 多個位7G指派至每一單元,該一或多個位元接著作為硬式 決束傳輸至快閃控制系統η 〇。另外或其他,在使用軟資 訊之實施例中,快閃記憶體160可將經量測電壓或經量測 電壓之量化版本作為軟資訊傳輸至快閃控制系統丨1〇,其 中使用比儲存於記憶體單元中之位元數目大的位元數目來 141371.doc • 10· 201009843 表示經量測電壓。
應進一步注意,單元诵I ' 通常使用熟知程式化/驗證技術程 式化。大體而言,在兹4儿/ s人 程式化/驗證週期期間,快閃記憶體 16 0施加逐漸增加的雷朦收兩 的電廢Μ電荷料料&電晶體中直 至超過最小目標臨限電屋。舉例而言,當在圖2之實例中 程式化「1〇」資料狀態時,快閃記憶體⑽可施加逐漸增 加的電壓以將電荷儲存於單 廿、早几電晶體中直至超過0.4 V之 最小目標臨限電壓。
如下文進-步論述,儲存於單—記憶體單元中之兩個位 疋中之每一者來自不同頁。換言之,儲存於每一記憶禮單 元中之兩個位元中的每一位开 可证70戟運不同的頁位址。當輪入 下頁位址時存取圖 圆Τ所展不之右側位元。當輸入上頁位 址時存取左側位元。 圖3說明多位準單元(MLC)快閃記憶體器件160中之例示 !生决閃單陣列3〇()之架構,其中每—例示性單元通常對 應於儲存兩個位元之浮動閘極電晶體。在圖3中,每一單 元與兩個位元所屬之兩頁之兩個編號相關聯。例示性單元 陣列區段300展示字線„至„+2及四個位元線。例示性快閃 早元陣列300被劃分成偶數頁及奇數頁,其中(例如)具有偶 編號之單元(諸如,具有編號〇及2之單元)對應於偶數 頁且具有奇數編號之單元(諸如,具有編號1及3之單元) 對應於奇數頁。字線《(例如)將偶數頁0及2儲存於偶數位元 線中,且將奇數頁1及3儲存於奇數位元線中。 另外,圖3指示例示性程式序列,其中偶數或奇數位元 14137l.d〇( 201009843 線單元經選擇且以所指示次序依序(自下而上)程式化,編 號指示程式化頁之次序。舉例而言,頁〇在頁1之前被程式 化。對於偶數頁及奇數頁之程式化之進一步論述,見(例 如)IEEE固態電路期刊第43卷第4期第919-928頁(2008年4 月)之 K.-T. Park 等人的「A Zeroing Cell-to-Cell Interference Page Architecture with Temporary LSB Storing and Parallel MSB Program Scheme for MLC NAND Flash Memories」,其以引用的方式併入本文中。 圖4說明用於圖2之電壓指派方案之例示性二階段mLc程 式化方案400。如圖4中所展示,在LSB程式化階段期間, 若LSB為零’則處於抹除狀態41〇之選定單元之狀態移動 至最低程式化狀態411 *因此,在LSB程式化階段,記憶體 單元自抹除狀態「11」經程式化至「丨〇」。接下來,在 MSB程式化階段期間’視先前LSB資料而定,兩個狀態(狀 態「00」(412)及狀態「01」(413))依序形成。大體而言, 在MSB程式化階段期間’「1〇」狀態經程式化至「〇〇」,且 狀態「11」經程式化至「〇1」。 應注意,圖4之程式化方案400說明與自狀態41〇至狀態 413之狀態改變相關聯的最大電壓偏移。已提議或建議許 多程式化方案以減小與狀態改變相關聯的最大電壓偏移, 且藉此減小由電壓偏移引起之ICI。 圖5A及圖5B共同說明減小鄰近單元遭受之jci之替代 MLC程式化方案500。如圖5八中所展示,在LSB程式化階 段期間,記憶體單元以類似於SLC程式化之方式自狀熊 141371.doc 201009843 「11」經程式化至作為臨時(或中間)狀態的狀態「χ0 _ι。在 相同字線中之鄰近單元亦經LSB程式化之後,分布歸因於 ICI而可能如由圖5 Α中之尖峰5 10所展示經加寬。此後,在 圖5B中所展示之MSB程式化階段,「x〇」狀態經程式化至 . 作為對應於輸入資料之最終狀態的「〇〇」及「10」,否則 「11」狀態經程式化至最終「01」狀態。大體而言,除 「11」單元以外的所有記憶體單元在MSB程式化階段自 LSB資料之臨時程式化狀態再程式化至其最終狀態,以使 知由鄰近單元引起之ICI可在很大程度上得以減小。處於 最終狀態之單元將不經受在其處於中間狀態時所經歷之 ICI,此係因為其已再程式化至最終狀態。處於最終狀態 之單元將僅經受其自處於最終狀態以來所經歷之ICI。如 上所註釋’使用中間程式化狀態之圖5A及圖5B之多步程 式化序列減小最大電壓改變及因此由此等電壓改變引起之 ICI。圖5B中可見(例如)在MSB程式化階段期間最大電壓偏 φ 矛多分別與自狀態「11」至狀態「01」及自狀態「X0」至狀 態「10」之轉變相關聯。此等電壓偏移顯著小於圖4中自 狀態「11」至狀態「01」之最大電壓偏移。 圖6進一步詳細說明多位準單元(MLC)快閃記憶體器件 - 130中之例示性快閃單元陣列_。如圖6中所展示,快閃 單元陣,600每快閃單元⑽存三個位元。圖6說明一區塊 之决閃單兀陣列架構’其中每一例示性單元通常對應於儲 存三個位元之浮動間極電晶體。例示性單元陣列_由,個 字線及《個位元線組成。通常,在當前多頁單元快閃記憶 141371.doc •13· 201009843 於不同頁。在圖6之實例中, 二個不同頁,且每一字線儲存 、1及2被稱為字線内之下頁層 體中’單一單元内之位元屬 每一早元之三個位元對應於 二頁。在以下論述中,頁〇 級、中頁層級及上頁層級。 如上所指不’快閃單疋陣列可進一步被劃分成偶數頁及 奇數頁,其中(例如)具有偶數編號之單元(諸如,圖6中之 單元2及4)對應於偶數頁,且㈣奇數職之單元(諸如, 圖6中之單元!及3)對應於奇數頁。在此種狀況下,一頁(諸 如,頁〇)將含有偶數單元中之偶數頁(偶數頁〇)及奇數單元 中之奇數頁(奇數頁〇)。 單元間干擾 如先前所指示,ICI為單元之間的寄生電容之後果且通 常被 < 為係失真之最突出來源中之一者。圖7說明目標單 TC710歸因於來自許多例示性干擾單元(aggress〇r “⑴ 之寄生電容而存在的ICI。以下記號用於圖7中: WL :字線; BL :位元線; BLo :奇數位元線; BLe :偶數位元線;及 C :電容。 本發明認識到ICI由在已程式化目標單元71 〇之後經程式 化之干擾單元720引起。ICI改變目標單元710之電壓F,。在 例示性實施例中,假定「自下而上」程式化方案且字線i 及1+1中之鄰近干擾單元對目標單元71〇引起ICI。在區塊之 141371.doc -14· 201009843 此自下而上程式化的情況下,移除來自下字線“丨之^卜 且多達五個的鄰近單元作為干擾單元720影響ICI,如圖7 中所展示。然而,應注意本文中所揭示之技術可一般化為 來自其他字線(諸如’字線i-Ι)之干擾單元亦影響ICi之狀 - 況’如一般熟習此項技術者將顯而易見的。若來自字線i_ 1、i+1之干擾單元影響ICI,則需要考慮多達八個的最 近鄰近單元◊若較遠離目標單元之其他單元對ICI之影響 可忽略,則其可被忽略。大體上,干擾單元720藉由分析 程式化序列方案(諸如,自下而上或偶數/奇數技術)以識別 在給定目標單元71〇之後經程式化之干擾單元72〇來識別。 由干擾單元720對目標單元710引起之ICI可在例示性實 施例中模型化如下: AV\a)=kx^hj~X)^ ^j^)+k AV(^U) + Λ i y f VF//+1,y'1)+vf+1,y+I) (1) • 其中Δί^)為干擾單元(W,b)之匕電壓中之改變,Δ吃/)為歸 因於ICI之目標單元⑽之匕電塵中的改變,且及、 . 為電容福合係數。 大體而言’ K為表示储存於單元上且在讀取操作期間獲
付之資料的電壓。L 6了為(例如)比每單元所儲存之位元數 目更具精確度之軟電塵信 +电魘值,或量化至具有與每單元所鍺存 之位7〇數目(例如,3相· a / 〇〇 —丨上 位70 /早70快閃之3個位元)相同解析度 之硬電壓位準之值。 141371.doc -15· 201009843 使用調變編碼之ICI抑制 根據本發明之一態樣,ICI抑制藉由根據減小任何給定 目標單元710上來自鄰近單元72〇之ICI的給定調變碼選擇 信號位準來達成。如下文進一步論述,約束式調變編碼技 術用於減少引起顯著ICI之資料樣式。大體而言,調變碼 可藉由減少以最大電壓偏移程式化之單元的數目來減小# 何給定單元710上來自一或多個鄰近單元72〇之1(:1。換言 之,本發明藉由減小在與最高電塵偏移相關聯的程式化期 間使用電壓單元之機率來減小ICI。 大體而5,本發明之所揭示調變編碼技術在快閃記憶體 之程式化期間應用。根據本發明之-態樣,以下結合圖8 進一步論述之調變編碼器81〇選擇用於程式化快閃記憶體 之一或多個位準以使得快閃記憶體中之減少數目之單元以 違反一或多個預定準則之值程式化。在例示性實施例中, 預定準則係基於以下各項中之一或多者:⑴由經程式化單 元所引起之擾動量;(ii)經程式化單元之電壓偏移;(in)由 虚程式化單元所儲存之電壓;(iv)通過經程式化單元之電 ❿ 流中的改變量;及(v)通過經程式化單元之電流的量。 同樣地’本發明之所揭示調變解碼技術在快閃記憶體之 讀取期間應用。根據本發明之一態樣,以下結合圖8進一 步論述之:變解碼器890將一或多個位準指派至快閃記憶 體中之諸單元以使得快閃記憶體中之減少數目之單元以違 反上述例示性預定準則中之—或多者之值讀取。 本發明認識到給定目標單元7U)上之ICI為對-或多個干 141371.doc • 16 - 201009843 擾單元720程式化之電壓的函數。另外,如由等式(1)所展 示,目標單元710上由給定干擾單元72〇所引起之合成ICI 在給定干擾單元720上之電壓偏移(Δν)較大時將較大,例 示性二階段MLC程式化方案400、500之最大電壓偏移(av) 在上文結合圖4、圖5A及圖5B得以論述。舉例而言,若假 定二進位「〇」之程式化具有比二進位「〗」之程式化大的 電壓偏移(Δν),貝彳ICI減小藉由減小二進位「〇」在任何編 碼位元中之機率來達成。
Α.逆ECC紐態 圖8為根據本發明之併有使用調變編碼之Ι(:ι抑制技術之 例不性快閃記憶體系統8〇〇的示意性方塊圖。如圖8尹所 示,例示性快閃記憶體系統800包含寫入路徑8〇5及讀取路 徑895。例示性寫入路徑8〇5包含調變編碼器81〇、調變重 映射器820及可選同位編碼器請。記憶體㈣係在階段84〇 期間使用已知技術加以程式化。 在本發明之另一實施例中,調變編碼器810減小每使用 =位70之平均電荷(亦即’儲存於浮動閘極電晶體中之電 荷)。藉由減小每使用者位元之平均電荷,亦減小寫入功 率及消耗。 調變編碼器810可獨立地編碼字線中之一或多個頁(諸 如’僅MSB頁)或共同地編碼字線中之所有頁。若調變編 碼:應用於(例如)MSB頁而其他下頁未經調變編碼,則減 因於調變編碼之編碼負擔。當如(例如)圖5A及圖5B中 所展不使用多步程式化序列時,最終程式化狀態僅經受歸 141371.doc 17· 201009843 因於MSB頁之程式化之Ic卜因此,調變編碼可僅應用於 MSB頁以減小總的編碼負擔且達成最高的可能儲存容量。 由例示性調變編碼器81〇所使用之碼之碼字長度”可為任 何整數,且使用者位元之數目々為A等於卜丨。由例示性調 變編碼器810實把之約束碼(c〇nstraint⑶心)如下最小化每 一碼字中之0之數目。無論何時灸個使用者位元中存在多於 是/2個的〇,例示性調變編碼器81〇便翻轉所有々個位元且將 同位位元没定為〇。否則,例示性調變編碼器81〇不翻轉使 用者位元且將同位位元設定為1。 在一例示性實施例中,調變編碼器810針對例示性頁層 級存取技術最初判定一頁(或針對例示性字線層級存取技 術判疋子線)中之—進位「〇」的數目。對於頁層級及字 線層級存取技術之更詳細論述,見(例如)2〇〇9年3月u日 申凊之名為「Methods and Apparatus for Storing Data in a
Multi-Level Cell Flash Memory Device with Cross-Page Sectors, Multi-Page Coding And Per-page Coding」之國際 專利申請案第PCT/US09/36810號,其以引用的方式併入本 文中。 在此例示性實施例中,若一頁中之二進位「〇」之數目 大於該頁中之位元之總數的一半,則例示性調變編碼器 810對該頁中之所有位元求反(亦即,翻轉)且將額外二進位 1」作為旗標附加至談頁以指示已對該頁求反。若一頁 中之二進位「0」之數目不大於頁中之位元之總數的一 半,則調變編碼器810維持相同頁資料且將額外二進位 141371.doc •18· 201009843 〇」作為旗標附加至該頁以指示未對該頁求反。因此, 例示性調變編碼器810之複雜性為低的,從而僅需要計數 器及位元翻轉邏輯。 應注意,調變編碼器810之所揭示實施例為例示性的, 且如一般熟習此項技術者將顯而易見,可使用其他調變編 碼技術。 為了最大化圖5Α及圖5Β中所展示之例示性多步程式化 序列之例示性實施例中的增益(其中假定二進位「〇」之程 式化具有比二進位「丨」之程式化大的電壓偏移(Δν)),在 敢後程式化階段期間之最高電塵跳變需要具有Msg 0」。此要求對於圖5B中所展示之例示性程式化方案5〇〇 未得到滿足。因此,程式化方案可需要在調變編碼器81〇 之後重映射該等狀態。查看與圖5B_所展示之電壓狀態相 關聯的位元標記’ MSB不滿足該要求。舉例而言,自中間 狀態「X0」之最高電壓跳變導致具有MSB r 1」的最終 狀態「10」。為了確保在最終程式化階段期間之最高電壓 改變與調變編碼器輸出處之MSB r 〇」相關聯,例示性調 變重映射器820在調變編碼之後將與一些狀態相關聯的位 疋標記重映射成所要最終位元標記,如圖9中所展示。舉 例而§,對於狀態91 〇,最終位元標記「丨〇」之二進位 MSB「1」在MSB程式化期間具有最大電壓偏移,因此此 狀態之位兀標記自調變編碼器輸出處之原始「〇〇」重映射 至重映射器輸出處之最終位元標記「10」。此最終位元標 A「10」經程式化至快閃記憶體中。因此,調變重映射器 141371.doc -19· 201009843 820判定給定狀態是否需要重映射,且在必要時實施重映 射。舉例而言,若在MSB程式化期間判定當前中間狀態為 「x0」且若此狀態之MSB位元在調變編碼之後為0,則將 此MSB位元重映射至「1」且具有位元標記「10」之最終 狀態L3經寫入至快閃記憶體中。 由於調變重映射器820在調變編碼器810之後且同位編碼 器830在調變重映射器820之後,因此快閃記憶體系統800 被稱為逆ECC組態,在該組態中調變編碼器810位於同位 編碼8 3 0之前。 可選同位編碼器830可實施熟知誤差校正編碼技術,諸 如,低密度同位檢查(LPDC)、雷德-所羅門或BCH編碼技 術。在一較佳實施例中,同位編碼器830實施為系統編碼 器,以使得原始位元由同位編碼器830保持且同位編碼器 83 0將同位位元添加至原始位元。 若同位解碼器870使用軟資訊,則可引入外圈全域反覆 迴圈,如圖8中所展示。全域反覆迴圈如下在諸如LPDC解 碼器之同位解碼器870與調變解碼器890之間執行外圈反 覆。若LDPC解碼器870不收斂(在預定最大數目之内圈反 覆之後),則LDPC解碼器870將整個LDPC碼字發送至調變 解碼器890。應注意,一 LDPC碼字由許多較短調變碼字組 成。舉例而言,LDPC碼字可包含33000個位元,且調變碼 字可包含100個位元(亦即,碼率對於約束碼為0.99)。接 著,每一LDPC碼字由330個調變碼字組成。 記憶體850係在階段860期間使用已知技術加以讀取。例 141371.doc -20- 201009843 示性讀取路徑895包含同位解碼器87〇、調 議及調變解碼器_,其中之每—者執行寫入路㈣5中 之相應區塊的逆功能。調變解碼器89〇評话旗標位元以判 定是否需要翻轉頁上之位元。在例示性實施例中,若同位 位元設定為〇’則由調變解碼器請翻轉所有_使用者位 元0 間經調變位 經調變位元
如上所指示’圖9說明在MSB程式化階段期 元重映射至程式化狀態。如圖9中所展示, 「〇」總是對應於最大電壓偏移。 直接ECC組態 圖10為根據本發明之併有使用調變編碼之ICI抑制技術 之例示性快閃記憶體系統1000的示意性方塊圖。如圖丨0中 所展示,例示性快閃記憶體系統1000包含寫入路徑1〇05及 讀取路徑1095。例示性寫入路徑1005以類似於圖8之方式 包含可選同位編碼器1010、調變編碼器1030及調變重映射 器1040。記憶體1055係在階段1050期間使用已知技術加以 程式化。 記憶體1055係在位準段1〇60期間使用已知技術加以讀 取。例示性讀取路徑1095包含調變逆映射器1070、調變解 喝器1080及可選同位解碼器1〇9〇,其中之每一者執行寫入 路徑1005中之相應區塊的逆功能。調變解碼器1〇8〇評估旗 標位元以判定是否需要翻轉頁上之位元。在例示性實施例 中’若同位位元設定為〇,則由調變解碼器1〇80翻轉所有 個使用者位元。 141371.<|〇ς -21 - 201009843 由於同位編碼器1〇10後接著為調變編碼器1〇3〇,因此快 閃記憶體系統1000被稱為直接ECC組態。在直接ECC組態 中’同位位元與資訊位元一起調變。然而,在接收器處, 調變解碼器1080可以極性翻轉之形式將誤差傳播至誤差叢 發°因此’例示性快閃記憶體系統1〇〇〇包括預編碼器 1020。例示性預編碼器1〇2〇可應用(例如)熟知㈧㊉功預編 碼器’其中㊉指示模2加法。因此,接收路徑丨〇95中之解除 預編碼器(Unprec〇der)1085將每一誤差叢發減小至僅兩個 誤差。可使用替代已知預編碼技術,諸如,或 外®”預編碼方案,如一般熟習此項技術者將顯而易見 的。 調變解碼器1080接著計算每一碼字中之〇之數目。無論 何時每一碼字中之〇之數目大於免/2,則解碼器1〇8〇已識別 無效碼字。接著,解碼器1080可翻轉對應於無效碼字之 LLR值之符號位元(模式1),或其可抹除碼字之所有位元之 LLR值(藉由簡單地將此等LLR值設定為〇)(模式2),且將結 果發送回至LDPC解碼器1090。 LDPC解碼器1090自調變解碼器1080接收經修改之^^尺 值且試圖藉由再次執行多個内圈反覆解碼經修改之llr 值。由調變碼所提供之額外冗餘用於改良誤差校正效能。 如圖10中所展示,可使用可選全域反覆迴圈。全域反覆 迴圈在諸如LPDC解碼器之同位解碼器1〇9〇與調變解碼器 1080之間執行外圈迴圈。圖10中之同位解碼器列將軟資 訊(LLR)提供至調變逆映射器1〇7〇,且接著執行全域反覆 141371.doc -22- 201009843 直至資料經解碼而無誤差。 過程、系統及製品細節
雖然本文中之許多流程圖描述例示性步驟序列,但可以 改變的序列亦為本發明的實施例。預期演算法之各種排列 為本發明之替代實施例。雖然已關於軟體程式中之處理步 驟描述本發明之例示性實施例,但如熟習此項技術者將顯 而易見,各種功能可在數位領域中實施為軟體程式中之處 理步驟,ϋ由電路元件或狀態機以硬體㈣或以軟體與硬 體兩者之組合實施,此軟體可用於(例如)數位信號處理 器、特殊應用積體電路、微控制器或通用電腦中。此硬體 及軟體可體現於在積體電路内實施之電路内。 因此,本發明之功能可以方法及用於實踐彼等方法之裝 置的形式體現。本發明之一或多個態樣可以程式碼(例 如’儲存於儲存媒體中,載入至機器中及/或由機器執行 或經由某傳輸媒體傳輸)之形式體現,其中當程式碼載入 至機諸如’電腦)中且由機器(諸如’電腦)執行時,機 器變成用於實踐本發明之裝置。當在通用處理器上實施 時,程式碼片段與處理器結合以提供類似於特定邏輯電路 細作之器件。本發明亦可在積體電路、數位信號處理器、 微處理器及微控制器中之一或多者令實施。 為:ΓΓΓ的,本文中所論述之方法及裝置可《作 可㈣二雷本身包含上面體現有電腦可讀碼構件之雹腦 電腦可讀程式碼構件可結合電腦系統操作以實 仃所有或-些步驟,以執行本文中所論述之方法或形成本 I4l371.doc •23- 201009843 文中所論述之裝置。電腦可讀媒體可為可記錄媒體(例 如,軟碟、硬碟機、緊密光碟、記憶卡、半導體器件、晶 片、特殊應用積體電路(ASIC))或可為傳輪媒體(例如,包 含光纖之網路、全球資訊網、錢,或使用分時多重存 取刀碼夕重存取之無線頻道,或其他射頻頻道)。可使 用任何已知或經開發媒體,其可儲存適合於供電腦系統使 用之資訊。電腦可讀碼構件係用於允許電腦讀取指令及資 料(諸如,磁性媒體上之磁性變化或緊密光碟表面上之高 度變化)之任何機構。 本文中所描述之電腦系統及伺服器中之每一者含有一記 憶體,該記憶體將組態相關聯處理器以實施本文中所揭示 之方法、步驟及功能。記憶體可為分散式或本端記憶體且 處理器可為分散式或單一處理器。記憶體可經實施為電、 磁〖生或光學§己憶體,或此等或其他類型之儲存器件之任何 組合。此外,術語「記憶體」應被足夠廣泛地解釋以包含 能夠自藉由相關聯處理器存取之可定址空間中之一位址讀 取或寫入至該位址的任何資訊。藉由此定義,關於網路之 -貝汛仍在s己憶體内,此係因為相關聯處理器可自網路擷取 資訊。 應理解,本文中所展示並描述之實施例及變型僅說明本 發明之原理且各種修改可在不脫離本發明之範疇及精神的 情況下由熟習此項技術者實施。 【圖式簡單說明】 圖1為習知快閃記憶體系統之示意性方塊圖; 14B71.doc •24· 201009843 圖2說明圖1之例示性多位準單元快閃記憶體之例示性臨 限電壓分布; 圖3說明多位準單元(MLC)快閃記憶體器件中之例示性 快閃單元陣列之架構; 圖4說明用於圖2之電壓指派方案之例示性二階段mlc程 式化方案; 圖5 A及圖5B共同說明減小鄰近單元遭受之ICI之替代 MLC程式化方案; 圖6進一步詳細說明多位準單元(MLC)快閃記憶體器件 中之例示性快閃單元陣列; 圖7說明目標單元歸因於來自許多例示性干擾單元之寄 生電容而存在的ICI ; 圖8為根據本發明之併有使用調變編碼之ICI抑制技術之 例示性快閃記憶體系統的示意性方塊圖; 圖9說明在調變編碼之後藉由圖8之調變重映射器重映射 與一些狀態相關聯的位元標記;及 圖10為根據本發明之併有使用調變編碼之ICI抑制技術 之例示性快閃記憶體系統的示意性方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 快閃記憶體系統 110 快閃控制系統 120 快閃控制器 140 編碼器/解碼器區塊 145 緩衝器 141371.doc •25· 快閃記憶體區塊 記憶體陣列 緩衝器 臨限電壓分布圖 尖峰 尖峰 尖峰 尖峰 快閃單元陣列 二階段MLC程式化方案 狀態 狀態 狀態 狀態 MLC程式化方案 尖峰 快閃單元陣列 目標單元 干擾單元 快閃記憶體系統 寫入路徑 調變編碼器 調變重映射器 同位編碼|§ -26- 201009843
840 階段 850 記憶體 860 階段 870 同位解碼器 880 調變逆重映射器 890 調變解碼器 895 讀取路徑 910 狀態 1000 快閃記憶體系統 1005 寫入路徑 1010 同位編碼器 1020 預編碼|§ 1030 調變編碼器 1040 調變重映射器 1050 階段 1055 記憶體 1060 階段 1070 調變逆映射器 1080 調變解碼器 1085 解除預編碼器 1090 同位解碼器 1095 讀取路徑 141371.doc -27-
Claims (1)
- 201009843 七、申請專利範圍: 1. 一種用於程式化一快閃記憶體之方法,其包含: 執行-調變編碼,其選擇用於程式化該快閃記憶體之 一或多個位準,使得該快閃記憶體中之一減少數目之單 兀以違反一或多個預定準則之一值程式化。 2·如μ求項i之方法’其中該—或多個預定準則係基於以 下各項中之-或多者:由該經程式化單元所引起之優動 =一量;-經程式化單元之-電壓偏移;由—經程式化 單元所儲存之一電壓;通過一經程式化單元之一電流中 之一改變量;及通過一經程式化單元之一電流量。 3.如明求項1之方法’進一步包含重映射一或多個程式狀 態以確保一或多個程式狀態具有一預定二進位值的步 驟。 4.如請求項1之方法 月’J置竭以減小一 步驟。 ,進一步包含在一同位編碼之後應用 調變解碼器之一輪出處之誤差傳播的5. —種用於讀取一快閃記憶體之方法,其包含: 執行一調變解碼,其將一或多個位準指派至該快网記 $體中之諸單元,使得以違反一或多個預定準則之—值 讀取該快閃記憶體中之一減少數目之單元β 6. 如請求項5之方法’其中該—或多個職準則係基於以 下亡:中之一或多者:由該經程式化單元所引起之優動 二=量;一經程式化單元之一電壓偏移;由一經程式化 單元所儲存之一電壓·,通過一經程式化單元之一電澈中 141371.doc 201009843 之一改變I . n、 7. 如請求項5之方通過一經程式化單元之一電流量。 满,w ^ 法,其令在一同位編碼之後應用一前置 ^ X減小該調變M ^ 8. 如請求項5之方$碼m出處之誤差傳播。 覆之步驟。’進—步包含使用軟資訊執行多個反 9. 種用於程式化-快閃記憶體之系統,其包含: :調變編碼器,其選擇用於程式化 .或多個位準,使得該快閃記憶體中之一隐體之-以違反-或多個預定準則之一值程式化。心數目之單元 10. -種用於讀取一快閃記憶體之系統,其包含: -調變解碼器,其將一或多個位準指派:該 體中之諸單元,使得以違反-或多個預定準則之己憶 取該快閃記憶體中之一減少數目之單元。 值讀 141371.doc -2-
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