TWI643196B - 快閃記憶體裝置及其資料讀取方法 - Google Patents

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Abstract

快閃記憶體裝置及其資料讀取方法。資料讀取方法包括：設定多數個偏移量表，其中，偏移量表分別對應多數個時間參數，且各偏移量表記錄至少一偏移值；當發生讀取失敗時，比對被讀取區域的工作週期與時間參數，藉以選擇偏移量表的其中之一以做為選中偏移量表；依據選中偏移量表的至少一偏移值以調整讀取臨界值，並產生調整後讀取臨界值；以及，依據調整後讀取臨界值對被讀取區域執行再讀取動作。

Description

快閃記憶體裝置及其資料讀取方法
本發明是有關於一種快閃記憶體裝置及其資料讀取方法，且特別是有關於一種可依據工作週期的長短調整讀取臨界值的快閃記憶體及其資料讀取方法。
隨著電子科技的進步，電子裝置也成為人們生活中不可或缺的工具。而為了提供大量的資料儲存能力，在電子裝置中設置一定量的非揮發性記憶體成為必然的趨勢。在今日，快閃記憶體為一種常用的非揮發性記憶體。
在習知技術領域中，當針對快閃記憶體中的記憶胞進行資料的讀取動作時，可提供一讀取臨界值來與記憶胞的臨界電壓來進行比較，並藉以判讀所讀出的資料的邏輯準位。然而，上述的記憶胞的臨界電壓可能因為環境因素及/或記憶胞特性的改變而變化，如此一來，讀取動作所讀出的資料可能發生錯誤，並降低資料的可靠度。
本發明提供一種快閃記憶體裝置及其資料讀取方法，更有效的設定記憶體讀取動作的偏移值。
本發明的快閃記憶體的資料讀取方法，包括：設定多數個偏移量表，其中，偏移量表分別對應多數個時間參數，且各偏移量表記錄至少一偏移值；當發生讀取失敗時，比對被讀取區域的工作週期與時間參數，藉以選擇偏移量表的其中之一以做為選中偏移量表；依據選中偏移量表的至少一偏移值以調整讀取臨界值，並產生調整後讀取臨界值；以及，依據調整後讀取臨界值對被讀取區域執行再讀取動作。
本發明的快閃記憶體包括記憶胞陣列以及控制器。控制器耦接至記憶胞陣列，用以：設定多數個偏移量表，其中，偏移量表分別對應多數個時間參數，且各偏移量表記錄至少一偏移值；當發生讀取失敗時，比對被讀取區域的工作週期與時間參數，藉以選擇偏移量表的其中之一以做為選中偏移量表；依據選中偏移量表的至少一偏移值以調整讀取臨界值，並產生調整後讀取臨界值；以及，依據調整後讀取臨界值對被讀取區域執行再讀取動作。
基於上述，本發明建立分別對應多數個時間參數的多個偏移量表。並依據被讀取區域的工作週期來選擇對應的偏移量表，透過讀取其中的偏移量值來調整讀取臨界值，並完成被讀取區域的資料讀取動作。如此一來，讀取臨界值可以依據被讀取區域的工作週期來進行調整，可更快速且有效的完成讀取臨界值的調整動作，並提升記憶體的資料讀取動作的效率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參照圖1A至圖1C，圖1A至圖1C繪示本發明實施例的快閃記憶體的資料讀取方法的動作示意圖。其中，圖1A至圖1C的圖示的，橫軸表示臨界電壓。在圖1A中，快閃記憶體的部分記憶胞處於被抹除的狀態，另一部分的記憶胞為被程式化的狀態，並分別如圖1A的分佈區線102以及101。其中，被抹除的記憶胞的臨界電壓均小於讀取臨界值R1，而被程式化的記憶胞的臨界電壓均大於讀取臨界值R1。
當快閃記憶體被使用一段時間後，被程式化的記憶胞的臨界電壓可能產生變化，並如圖1B所繪示的，分佈區線101朝分佈區線102的方向產生漂移並產生新的分佈區線103。如此一來，依據讀取臨界值R1針對分佈區線103中的記憶胞進行讀取動作時，就有一定的機率產生讀取失敗的現象。因此，在本發明實施例中，則可依據快閃記憶體的工作週期的長短來對讀取臨界值R1進行調整，並產生調整後讀取臨界值R2。如此，依據讀取臨界值R2進行記憶胞的資料讀取動作的可靠度可以提升。
進一步來說明，在圖1C中，若快閃記憶體的工作週期更長時，被程式化的記憶胞的分佈區線可漂移至分佈區線104，本發明實施例則可針對讀取臨界值R1進行更大偏移值的調整動作以產生調整後讀取臨界值R3。如此，依據讀取臨界值R3進行記憶胞的資料讀取動作的可靠度可以提升。
接著請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的快閃記憶體的資料讀取方法的流程圖。在資料讀取方法的流程上，步驟S210中先設定多個偏移量表，偏移量表分別對應多個時間參數，且各偏移量表中記錄至少一個的偏移植。接著，在步驟S220中，當發生讀取失敗的狀況時，則進行被讀取區域的工作週期來與上述的多個時間參數進行比對，並找出與工作週期最接近的時間參數所對應的一選中偏移量表，並且，在步驟S230中讀取選中偏移量表中的偏移植，來依據所讀出的偏移植對讀取臨界值進行調整，並產生調整後讀取臨界值。最後，步驟S240則依據調整後讀取臨界值來對被讀取區域進行再讀取動作。
關於偏移量表的設置，請參照圖3繪示的本發明一實施例的偏移量表的示意圖。其中，圖3繪示多個偏移量表310-3N0，偏移量表310-3N0分別對應多個不同的時間參數。舉例來說明，偏移量表310對應較短的時間參數，偏移量表320可對應相對長的時間參數，而偏移量表3N0則可對應相對更長的時間參數。這些時間參數用來對應快閃記憶體的被讀取區域的工作週期。在此，工作週期可以為被讀取區域被操作的時間長度，也可以是被讀取區域上所進行的程式/抹除循環的次數，或也可以是依據上述的操作的時間長度以及程式/抹除循環的次數來產生的數值。
在操作的細節方面，當快閃記憶體的被讀取區域的讀取動作失敗時，可使被讀取區域的工作週期來與上述的多個時間參數進行比對，並選出最接近工作週期的選中時間參數，且進一步查找出對應選中時間參數的偏移量表以做為選中偏移量表。在本實施例中，各偏移量表310-3N0可記錄一個或多個的偏移值。以偏移量表320為選中偏移量表為範例，可先讀取偏移量表320中的第一偏移值321來調整讀取臨界值以產生第一調整後讀取臨界值，並依據第一調整後讀取臨界值來執行被讀取區域的再讀取動作。
在本發明實施例中，若上述的再讀取動作仍發生讀取失敗的現象時，可讀取偏移量表320中的第二偏移值322來調整讀取臨界值以產生第二調整後讀取臨界值，並依據第二調整後讀取臨界值來執行被讀取區域的另一次的再讀取動作，其中，第二偏移值322大於第一偏移值321。
附帶一提的，上述的讀取失敗與否，可依據所讀取的資料可否透過糾錯機制來判定資料是否正確，在本實施例中，糾錯機制僅進行錯誤檢查，不需進行資料糾正的動作。當所讀取的資料透過糾錯機制判斷出資料有錯誤時，則判定為讀取失敗。關於糾錯機制，則可應用本領域具通常知識者所熟知的糾錯方式，例如錯誤檢查和糾正（Error Checking and Correcting, ECC）機制。
在另一方面，關於被讀取區域的工作週期的計算，在本發明一實施例中，可依據實時時鐘（real time clock, RTC）信號進行計數動作來獲得。當工作電源被提供至快閃記憶體裝置時，實時時鐘信號的計數動作可以被啟動，或藉由連接至快閃記憶體的裝置去更新實時時鐘資訊（例如:電腦、手機、平板、相機…，包含時間資訊的裝置），並累計出被讀取區域的工作週期。另外，也可透過計數被讀取區域執行程式化/抹除循環的次數，來獲得被讀取區域的工作週期。亦或者，也可使實時時鐘信號的計數結果以及程式化/抹除循環的次數進行算數運算，來產生被讀取區域的工作週期。
請參照圖4A，圖4A繪示本發明另一實施例的偏移量表的示意圖。其中，多個偏移量表402-404可以建構在同一記憶區塊400中。記憶區塊400中，對應連續或不連續的多個位址的欄位可分別形成偏移量表402-404。並且，記憶區塊400中的特定欄位401並可記錄預設的偏移量。在實際的動作中，舉例來說明，當選中偏移量表為偏移量表404時，且當依據偏移值（等於0x04）所產生的調整後讀取臨界值可執行的再讀取動作不會發生讀取失敗的現象時，此時的偏移值可以被儲存至任一儲存裝置中。當然，在本發明實施例中，可以不需針對偏移值（等於0x04）進行儲存，也可以將等於0x04的偏移值所在的偏移量表以及欄位進行儲存，在本實施例中，可以儲存偏移量表404的第一個欄位的位址（實體位址或邏輯位址）。
在本實施例中，記憶區塊400可以設置在快閃記憶中的一設定區域中，也可以設定在快閃記憶體外的任一記憶裝置中，沒有特別的限定。此外，上述的被讀取區域可以是快閃記憶體中的一個記憶頁或一個記憶區塊，沒有特別的限制。
以下請參照圖4B，圖4B繪示本發明再一實施例的偏移量表的示意圖。其中，偏移量表可同時依據被讀取區域上所進行的程式/抹除循環的次數PE以及操作的時間長度T來設置。如表1所示：
表1： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> PE T </td><td> 0 </td><td> 5000 </td><td> 10000 </td></tr><tr><td> 0 </td><td> 0x00 </td><td> 0x01 </td><td> 0x01 </td></tr><tr><td> 2個月 </td><td> 0x01 </td><td> 0x02 </td><td> 0x03 </td></tr><tr><td> 4個月 </td><td> 0x02 </td><td> 0x03 </td><td> 0x04 </td></tr></TBODY></TABLE>
其中，對應操作的時間長度T小於兩個月，可依據表1中的第一橫排的數據來建立對應的偏移量表，此偏移量表另對應程式/抹除循環的次數PE等於0、5000、10000分別記錄不同的偏移值0x00、0x01以及0x01。對應操作的時間長度T介於兩個月與四個月間，可依據表1中的第二橫排的數據來建立對應的偏移量表，此偏移量表另對應程式/抹除循環的次數PE等於0、5000、10000分別記錄不同的偏移值0x01、0x02以及0x03。對應操作的時間長度T大於四個月，可依據表1中的第三橫排的數據來建立對應的偏移量表，此偏移量表另對應程式/抹除循環的次數PE等於0、5000、10000分別記錄不同的偏移值0x02、0x03以及0x04。
依據表1的內容，可依據圖4B繪示的方式建立偏移量表411、412以及413。其中値得注意的，記憶區塊400中，偏移量表411、412部分重疊，偏移量表412、413部分重疊，並藉以減低偏移量表411、412以及413所需要的總記憶空間。
值得一提的，本發明實施例的讀取臨界值的調整機制除可應用在儲存單一位元的記憶胞（single-level cell, SLC）外也可應用在MLC（multi-levels cell）、TLC（Triple-levels cell）、QLC（Quad-levels cell）等各種可存儲存不同位元數量的快閃記憶胞中，沒有特定的限制。其中，以一個記憶胞記憶兩個位元資料為範例，其中，一個記憶胞所儲存的資料有四種可能的邏輯準位，亦即在進行讀取動作時，需要三個讀取臨界值。在這樣的情況下，本發明實施例中的偏移量表所記錄的偏移值可以有三個以分別針對三個讀取臨界值進行調整，或者，偏移量表也可只提供一個偏移值來對三個讀取臨界值進行相同幅度的調整動作。
請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的快閃記憶體的資料讀取方法的流程圖。其中，步驟S510進行讀取動作，並進行讀取驗證，若驗證的結果為驗證通過，則表示讀取的資料正確（步驟S511），相對的，若驗證結果為讀取失敗，則進行步驟S520以依據快閃記憶體的被讀取區域的工作週期來選出選中偏移量表，並讀取選中偏移量表。在步驟S530則讀取選中偏移量表以設定偏移值，並在步驟S540利用依據偏移值進行調整所產生的調整後讀取臨界值以進行再讀取動作。並且，於再讀取動作後執行讀取驗證，若驗證結果為讀取失敗，則計算再讀取動作的被執行讀取次數（計數值），並在步驟S541中判斷計數值是否大於一預設的臨界值。若步驟S541的判斷結果為是，則停止讀取動作（步驟S542），相對的，若步驟S541的判斷結果為否，則重新執行步驟S530以在選中偏移量表中選擇另一偏移值，並執行後續步驟。
若步驟S540的讀取驗證的結果為通過驗證，則執行步驟S550記錄目前的偏移值為下次讀取資料的初始值，並可讀出正確的資料（步驟S551）。
以下並參照圖6，圖6繪示本發明一實施例的快閃記憶體裝置的示意圖。快閃記憶體裝置600包括記憶胞陣列610、控制器620以及多個偏移量表611。記憶胞陣列610與控制器620相耦接，並且，偏移量表611可設置在記憶胞陣列610中或記憶胞陣列610外。控制器620另可接收實時時鐘信號RTC以計算被讀取區域的工作週期。並且，控制器620可用以執行如圖2、5中流程中的各項步驟，以對讀取臨界值進行調整，並執行對記憶胞陣列610的資料讀取動作。
關於控制器620所執行的動作的相關內容，在前述的實施例中皆有詳盡的說明，在此恕不多贅述。
綜上所述，本發明提供對應多數個時間參數的偏移量表，並依據被讀取區域的工作週期來選出多個偏移量表的其中一選中偏移量表。透過讀取選中偏移量表中的偏移值以調整讀取臨界值，並進行再讀取動作。如此一來，執行讀取動作中所依據的讀取臨界值可以依據被讀取區域的工作週期來進行調整，可有效且快速的計算出合適的調整後讀取臨界值，近以提高資料的讀取效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
101、102、103、104‧‧‧分佈區線
S210-S240、S510-S551‧‧‧資料讀取方法的步驟
R1‧‧‧讀取臨界值
R2、R3‧‧‧調整後讀取臨界值
310-3N0、402-404、411-413‧‧‧偏移量表
321‧‧‧第一偏移值
322‧‧‧第二偏移值
400‧‧‧記憶區塊
600‧‧‧快閃記憶體裝置
610‧‧‧記憶胞陣列
620‧‧‧控制器
611‧‧‧偏移量表
圖1A至圖1C繪示本發明實施例的快閃記憶體的資料讀取方法的動作示意圖。 圖2繪示本發明實施例的快閃記憶體的資料讀取方法的流程圖。 圖3繪示的本發明一實施例的偏移量表的示意圖。 圖4A繪示本發明另一實施例的偏移量表的示意圖。 圖4B繪示本發明再一實施例的偏移量表的示意圖。 圖5繪示本發明另一實施例的快閃記憶體的資料讀取方法的流程圖。 圖6繪示本發明一實施例的快閃記憶體裝置的示意圖。

Claims (13)

  1. 一種快閃記憶體的資料讀取方法，包括： 設定多數個偏移量表，該些偏移量表分別對應多數個時間參數，各該偏移量表記錄至少一偏移值； 當發生讀取失敗時，比對一被讀取區域的一工作週期與該些時間參數，以選擇該些偏移量表的其中之一以做為一選中偏移量表； 依據該選中偏移量表的該至少一偏移值以調整一讀取臨界值，並產生一調整後讀取臨界值；以及 依據該調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行一再讀取動作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的快閃記憶體的資料讀取方法，其中依據該選中偏移量表的該至少一偏移值以調整該讀取臨界值，並產生該調整後讀取臨界值，以及依據該調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行該再讀取動作的步驟包括： 讀取該選中偏移量表的一第一偏移值； 依據該第一偏移值以調整該讀取臨界值，並產生一第一調整後讀取臨界值；以及 依據該第一調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行該再讀取動作。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的快閃記憶體的資料讀取方法，其中更包括： 判斷依據該第一調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行的該再讀取動作是否成功； 當依據該第一調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行的該再讀取動作為讀取失敗時，讀取該選中偏移量表的一第二偏移值； 依據該第二偏移值以調整該讀取臨界值，並產生該第二調整後讀取臨界值；以及 依據該第二調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行該再讀取動作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的快閃記憶體的資料讀取方法，其中該第二調整值大於該第一調整值。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的快閃記憶體的資料讀取方法，其中更包括： 計算該再讀取動作的一讀取次數；以及 當該讀取次數大於一預設臨界值時，停止對該被讀取區域進行讀取。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的快閃記憶體的資料讀取方法，其中該些偏移量表對應至該快閃記憶體的一記憶頁或一記憶區塊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的快閃記憶體的資料讀取方法，其中該工作週期為該被讀取區域的工作時間以及被程式化/抹除次數的至少其中之一。
  8. 一種快閃記憶體裝置，包括： 一記憶胞陣列；以及 一控制器，耦接至該記憶胞陣列，用以： 設定多數個偏移量表，該些偏移量表分別對應多數個時間參數，各該偏移量表記錄至少一偏移值； 當發生讀取失敗時，比對該記憶胞陣列中一被讀取區域的一工作週期與該些時間參數，以選擇該些偏移量表的其中之一以做為一選中偏移量表； 依據該選中偏移量表的該至少一偏移值以調整一讀取臨界值，並產生一調整後讀取臨界值；以及 依據該調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行一再讀取動作。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的快閃記憶體裝置，其中該控制器用以： 讀取該選中偏移量表的一第一偏移值； 依據該第一偏移值以調整該讀取臨界值，並產生一第一調整後讀取臨界值；以及 依據該第一調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行該再讀取動作。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的快閃記憶體裝置，其中該控制器更用以： 判斷依據該第一調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行的該再讀取動作是否成功； 當依據該第一調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行的該再讀取動作為讀取失敗時，讀取該選中偏移量表的一第二偏移值； 依據該第二偏移值以調整該讀取臨界值，並產生該第二調整後讀取臨界值；以及 依據該第二調整後讀取臨界值對該被讀取區域執行該再讀取動作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的快閃記憶體裝置，其中該控制器更用以： 計算該再讀取動作的一讀取次數；以及 當該讀取次數大於一預設臨界值時，停止對該被讀取區域進行讀取。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的快閃記憶體裝置，其中該些偏移量表對應至該快閃記憶體的一記憶頁或一記憶區塊。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的快閃記憶體裝置，其中該工作週期為該被讀取區域的工作時間以及被程式化/抹除次數的至少其中之一。
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