專利名稱：利用多值式閃存實施單值式閃存功能的存儲裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種增加閃存壽命的存儲裝置以及方法，更具體來說，是關(guān)于一種
利用多值式閃存實施單值式閃存功能的存儲裝置以及方法。
背景技術(shù)：
閃存(Flash Memory)為一非揮發(fā)性(non-volatile)的內(nèi)存，在電源關(guān)閉時仍可 保存先前寫入的數(shù)據(jù)。與其它存儲媒體(如硬盤、軟盤或磁帶等)比較，閃存有體積小、重 量輕、防震動、存取時無機械動作延遲與低耗電等特性。由于閃存的這些特性，因此近年來 消費性電子產(chǎn)品、嵌入式系統(tǒng)或可攜式計算機等數(shù)據(jù)存儲媒體皆大量采用。
閃存主要可分兩種NOR型閃存與NAND型閃存。NOR型閃存的優(yōu)點為低電壓、存 取快且穩(wěn)定性高，因此已被大量應(yīng)用于可攜式電子裝置及電子通訊裝置，諸如個人計算機 (Personal Computer,PC)、行動電話、個人數(shù)字助理(Personal Digital Assistance,PDA) 以及轉(zhuǎn)頻器(Set-top Box, STB)等。NAND型閃存是專門為數(shù)據(jù)存儲用途而設(shè)計的閃存，通 常應(yīng)用于存儲并保存大量的數(shù)據(jù)的存儲媒介，如可攜式記憶卡(SD Memory Card, Compact Flash Card,Memory Stick等等)。當(dāng)閃存在執(zhí)行寫入(Write)、抹除(Erase)及讀取(Read) 運作時，可透過內(nèi)部的電容耦合(Coupling)有效地控制漂浮柵(Floating Gate)上電荷的 移動，進而使得該漂浮柵可根據(jù)該電荷的移動而決定下層晶體管的閥值電壓。換句話說，當(dāng) 負電子注入該漂浮柵時，該漂浮柵的存儲狀態(tài)便會從1變成0 ;而當(dāng)負電子從該漂浮柵移走 后，該漂浮柵的存儲狀態(tài)便會從0變成1。 NAND閃存內(nèi)部由若干個區(qū)塊(block)所組成。每一區(qū)塊包含若干個頁(page)，每 一頁則可分為數(shù)據(jù)存儲區(qū)(data area)以及備用區(qū)(spare area)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)的數(shù)據(jù)容量 可為512個字節(jié)，用來存儲使用數(shù)據(jù)，備用區(qū)的數(shù)據(jù)容量可為64個字節(jié)，用來存儲錯誤修正 碼(Error Correction Code, ECC)。與NOR型閃存不同，NAND型閃存的讀取與寫入單位皆 為一個頁，數(shù)據(jù)讀寫的動作必須先向芯片發(fā)出讀取或?qū)懭胫负虾蟛趴蛇M行。
NAND閃存有可分為兩種一種是多值式(Multi-level cell，MLC)閃存，另一種則 是單值式(Single-level cell，SLC)閃存。請參閱圖1以及圖2，圖1是NAND閃存的實體 記憶單元的結(jié)構(gòu)圖。圖2是單值式閃存的實體記憶單元的臨界電壓與浮動?xùn)艠O電荷分布的 示意圖。NAND閃存實體記憶單元54包含一浮動?xùn)艠O(Floating Gate) 542、一源極544、一 汲極546以及一柵極548。當(dāng)電荷由源極544流入實體記憶單元54時，浮動?xùn)艠O542存儲 不同電平(Level)的電荷而使得實體記憶單元54的臨界電壓(threshold voltage)Vt變 動，以呈現(xiàn)出不同的存儲狀態(tài)。如圖2所示，舉例來說，單值式閃存的實體記憶單元54的臨 界電壓大致上以4伏特(Volt)為準(zhǔn)，4伏特以上表示該實體記憶單元54即判定為邏輯值 為"0"，4伏特以下即判定為邏輯值為"1"。 請參閱圖3，圖3是多值式閃存的實體記憶單元的臨界電壓Vt與浮動?xùn)艠O電荷 分布的示意圖。多值式閃存的實體記憶單元54的臨界電壓在3. 5伏特以下判定為邏輯值 為"11"、3. 5伏特 4伏特判定為邏輯值為"10"、4伏特 5. 5伏特判定為邏輯值為"01"，5.5伏特以上即判定為邏輯值為"00"。多值式閃存的實體記憶單元數(shù)據(jù)密度比較大，且多 值式NAND閃存連續(xù)存取速度(AccessTime)是要比單值式NAND閃存快。此外，單值式NAND 閃存架構(gòu)可以存取IO萬次，而多值式NAND閃存架構(gòu)只能承受約1萬次的存取，所以多值式 NAND閃存的使用壽命較短。再者，多值式NAND閃存能耗比單值式NAND閃存高約15%左右 的電流消耗。 但是單值式NAND閃存的價格較多值式NAND閃存高，舉例來說，2G容量大小的單值 式NAND閃存比4G容量大小的多值式NAND閃存貴，所以在價格上來說，多值式閃存NAND仍 有其使用上的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用多值式NAND閃存來模擬單值式NAND閃存，以達到成本上的 優(yōu)勢。 本發(fā)明提供一種閃存存儲裝置，其包含一多值式閃存、一讀取控制單元以及一寫 入控制單元。該多值式閃存包含若干個實體記憶單元，該若干個實體記憶單元形成一第一 頁面以及一第二頁面。該寫入控制單元用來于接收一第一請求將一第一數(shù)據(jù)寫入該第一頁 面時，將該第一資料寫入該第一頁面并將該第一數(shù)據(jù)復(fù)制為一第二數(shù)據(jù)，再將該第二資料 寫入該第二頁面。每一實體記憶單元的臨界電壓范圍包含四個電壓區(qū)間，每一電壓區(qū)間用 來表示二比特數(shù)據(jù)，當(dāng)該二比特數(shù)據(jù)存儲于該等實體記憶單元的一第一實體記憶單元，使 得該第一實體記憶單元的臨界電壓介于一第一電壓區(qū)間以及一第二電壓區(qū)之間時，判定該 二比特數(shù)據(jù)符合一第一邏輯值，當(dāng)該二比特數(shù)據(jù)存儲于該等實體記憶單元的一第二實體記 憶單元，使得該第二實體記憶單元的臨界電壓介于一第三電壓區(qū)間以及一第四電壓區(qū)的間 時，判定該二比特數(shù)據(jù)符合一第二邏輯值。 本發(fā)明另提供一種利用多值式閃存實施單值式閃存功能的方法，其包含下列步 驟 (a)提供一多值式閃存，其包含若干個實體記憶單元，所述若干個實體記憶單元形 成一第一頁面以及一第二頁面。 (b)當(dāng)接收一第一請求將一第一數(shù)據(jù)寫入所述第一頁面時，將所述第一資料寫入 所述第一頁面并將所述第一數(shù)據(jù)復(fù)制為一第二數(shù)據(jù)，再將所述第二資料寫入所述第二頁 面。 (c)當(dāng)接收一第二請求以自所述第一頁面讀取所述第一數(shù)據(jù)時，偵測所述第一頁 面所存儲的所述第一數(shù)據(jù)以及所述第二頁面所存儲的所述第二數(shù)據(jù)，以讀取所述第一數(shù) 據(jù)。 依據(jù)本發(fā)明的方法，該第一數(shù)據(jù)包含一第一比特，該第二數(shù)據(jù)包含一第二比特，當(dāng) 該第一比特為一第一邏輯值且該第二比特為一第二邏輯值時，將該第一數(shù)據(jù)判讀為該第一 邏輯值；當(dāng)該第一比特為該第一邏輯值且該第二比特為該第一邏輯值時，將該第一數(shù)據(jù)判 讀為該第一邏輯值；當(dāng)該第一比特為該第二邏輯值且該第二比特為該第一邏輯值時，將該 第一數(shù)據(jù)判讀為該第二邏輯值；當(dāng)該第一比特為該第二邏輯值且該第二比特為該第二邏輯 值時，將該第一數(shù)據(jù)判讀為該第二邏輯值。 為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下


圖1是NAND閃存的實體記憶單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是單值式閃存的實體記憶單元的臨界電壓與浮動?xùn)艠O電荷分布的示意圖。
圖3是多值式閃存的實體記憶單元的臨界電壓與浮動?xùn)艠O電荷分布的示意圖。
圖4是本發(fā)明存儲裝置的功能方塊圖。 圖5是本發(fā)明利用多值式閃存實施單值式閃存功能的方法流程圖。
圖6是圖4的閃存頁面存取資料時的示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖4，圖4是本發(fā)明的存儲裝置10以及主機5的功能方塊圖。存儲裝置10 包含閃存20、存取接口 30以及寫入控制單元40以及讀取控制單元50。閃存20可為多值 式NAND閃存，其包含若干個頁面22，用來存儲數(shù)據(jù)。 請一并參閱圖4、圖5以及圖6，圖5是本發(fā)明利用多值式閃存實施單值式閃存功 能的方法流程圖。圖6是圖4的閃存20頁面存取資料時的示意圖。
本發(fā)明方法步驟如下 步驟500 :提供一多值式閃存，其包含若干個實體記憶單元，該若干個實體記憶單 元形成一第一頁面與一第二頁面，每一實體記憶單元的臨界電壓范圍包含四個電壓區(qū)間， 每一 電壓區(qū)間用來表示二比特數(shù)據(jù)。 步驟502 :當(dāng)接收一第一請求將一第一數(shù)據(jù)寫入該第一頁面時，將該第一資料寫 入該第一頁面并將該第一數(shù)據(jù)復(fù)制為一第二數(shù)據(jù)，再將該第二資料寫入該第二頁面。
步驟504:當(dāng)接收一第二請求以自該第一頁面讀取該第一數(shù)據(jù)時，偵測該第一頁
面所存儲的該第一數(shù)據(jù)以及該第二頁面所存儲的該第二數(shù)據(jù)，以讀取該第一數(shù)據(jù)。 步驟506 :當(dāng)該第一比特為第一邏輯值且該第二比特為第二邏輯值時，將該第一
數(shù)據(jù)判讀為該第一邏輯值。 步驟508 :當(dāng)該第一比特為該第一邏輯值且該第二比特為該第一邏輯值時，將該 第一數(shù)據(jù)判讀為該第一邏輯值。 步驟510 :當(dāng)該第一比特為該第二邏輯值且該第二比特為該第一邏輯值時，將該 第一數(shù)據(jù)判讀為該第二邏輯值。 步驟512 :當(dāng)該第一比特為該第二邏輯值且該第二比特為該第二邏輯值時，將該 第一數(shù)據(jù)判讀為該第二邏輯值。 閃存存儲裝置10內(nèi)的多值式閃存20包含一第一頁面22a以及一第二頁面22b (步 驟500)。實體上，多值式閃存20包含若干個實體記憶單元(cell)C，若干個實體記憶單元C 形成一第一頁面22a和一第二頁面22b。閃存存儲裝置10連結(jié)到主機5時，使用者可以透 過主機5下達指令以存取閃存存儲裝置10。當(dāng)使用者下達寫入指令后，存取接口 30會對閃 存存儲裝置10發(fā)送寫入請求，以將第一數(shù)據(jù)寫入至閃存存儲裝置10內(nèi)(步驟502)。寫入 控制單元40會依據(jù)該寫入請求將該第一數(shù)據(jù)寫入指定的頁面22，例如第一頁面22a。同時 寫入控制單元40會將該第一數(shù)據(jù)復(fù)制為一第二數(shù)據(jù)，再將該第二資料寫入第二頁面22b。
請一并參閱圖3至圖6。當(dāng)使用者下達讀取指令以讀取該第一數(shù)據(jù)時，存取接口 30會對閃存存儲裝置10發(fā)送讀取請求，以自第一頁面22a讀取該第一數(shù)據(jù)，此時讀取控制 單元50會偵測第一頁面22a所存儲的該第一數(shù)據(jù)以及第二頁面22b所存儲的該第二數(shù)據(jù) (步驟504)。依據(jù)圖3以及圖5所示，第一頁面22a第一數(shù)據(jù)的第一比特DA1，與第二頁面 22b第二數(shù)據(jù)的第二比特DB1在實體上皆屬于同一實體記憶單元C1，同理，第一頁面22a的 第一數(shù)據(jù)的第n比特DAn，與第二頁面22b的第二數(shù)據(jù)的第n比特DBn在實體上亦屬于同 一實體記憶單元Cn，為便于說明，本實施例n = 9，但實際應(yīng)用上則不限于此值。讀取控制 單元50在判讀實體記憶單元CI的數(shù)據(jù)內(nèi)容時，是依據(jù)實體記憶單元的臨界電壓值來決定 所存儲數(shù)據(jù)的邏輯值。 一般情形下，實體記憶單元C1的臨界電壓會大于5. 5V(亦即電壓區(qū) 間d)，使其存儲的數(shù)據(jù)可判讀為邏輯值"OO";實體記憶單元C2的臨界電壓會小于2. 5V(亦 即電壓區(qū)間a)，使其存儲的數(shù)據(jù)可判讀為邏輯值"ll"。之后，讀取控制單元50會分別把實 體記憶單元C1、C2的數(shù)據(jù)輸出為邏輯值"O"和"1"(步驟508、512)。但是倘若實體記憶單 元C3的臨界電壓稍微偏高，使得對應(yīng)到邏輯值"00"的臨界電壓略低于5. 5V(參考圖3所 示電壓區(qū)間c)，此時，讀取控制單元50會把其存儲的數(shù)據(jù)判讀為邏輯值"Ol"，但是把實體 記憶單元C3的數(shù)據(jù)輸出為邏輯值"O"(步驟506)。倘若實體記憶單元C5的臨界電壓稍微 偏低，使得對應(yīng)到邏輯值"ll"的臨界電壓略高于2. 5V(參考圖3所示電壓區(qū)間b)，此時，讀 取控制單元50會把其存儲的數(shù)據(jù)判讀為邏輯值"IO"，但是把實體記憶單元C5的數(shù)據(jù)輸出 為邏輯值"1"(步驟510)。換句話說，邏輯值"1"的臨界電壓范圍保持在4伏特以下，而邏 輯值"0"的臨界電壓范圍保持在4伏特以上。除此以外，以圖3為例，原先的第一數(shù)據(jù)的內(nèi) 容為"010010100"，即使實體記憶單元(例如C3、 C5)的臨界電壓出現(xiàn)些微的增加或減少， 第一數(shù)據(jù)的輸出還是保持"010010100"，而不會出現(xiàn)錯誤的輸出。 綜上所述，在每一次數(shù)據(jù)寫入過程中，一筆數(shù)據(jù)除了寫入至第一頁面外，還會再將 同一筆資料再寫入第二頁面。而在讀取這筆數(shù)據(jù)時，則會依據(jù)分別存儲在第一以及第二頁 面的這兩筆數(shù)據(jù)來決定該數(shù)據(jù)值。所以本發(fā)明是利用多值式閃存來模擬實施單值式閃存功 能。這樣一來，可以降低生產(chǎn)閃存存儲裝置的成本。 綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，但該較佳實施例并非用以限制 本發(fā)明，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與潤 飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種閃存存儲裝置，其包含一多值式閃存，其包含若干個實體記憶單元，所述若干個實體記憶單元形成一第一頁面以及一第二頁面；以及一寫入控制單元，用來于接收一第一請求將一第一數(shù)據(jù)寫入所述第一頁面時，將所述第一資料寫入所述第一頁面并將所述第一數(shù)據(jù)復(fù)制為一第二數(shù)據(jù)，再將所述第二資料寫入所述第二頁面，其特征在于每一實體記憶單元的臨界電壓范圍包含四個電壓區(qū)間，每一電壓區(qū)間用來表示二比特數(shù)據(jù)，當(dāng)所述二比特數(shù)據(jù)存儲于所述等實體記憶單元的一第一實體記憶單元，使得所述第一實體記憶單元的臨界電壓介于一第一電壓區(qū)間以及一第二電壓區(qū)間時，判定所述二比特數(shù)據(jù)符合一第一邏輯值，當(dāng)所述二比特數(shù)據(jù)存儲于所述實體記憶單元的一第二實體記憶單元，使得所述第二實體記憶單元的臨界電壓介于一第三電壓區(qū)間以及一第四電壓區(qū)間時，判定所述二比特數(shù)據(jù)符合一第二邏輯值。
2. 如權(quán)利要求第1項所述的閃存存儲裝置，其特征在于所述閃存存儲裝置另包含一 讀取控制單元，用來于接收一第二請求以自所述第一頁面讀取所述第一數(shù)據(jù)時，偵測所述第一頁面所存儲的所述第一數(shù)據(jù)以及所述第二頁面所存儲的所述第二數(shù)據(jù)，以讀取所述第 一數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求第2項所述的閃存存儲裝置，其特征在于所述第一數(shù)據(jù)包含一第一比 特，所述第二數(shù)據(jù)包含一第二比特，所述第一比特以及所述第二比特分別紀(jì)錄于若干實體 記憶單元其中一實體記憶單元，所述讀取控制單元用來于所述第一比特為所述第一邏輯值 且所述第二比特為所述第二邏輯值時，將所述第一數(shù)據(jù)判讀為所述第一邏輯值，或是用來 于所述第一比特為所述第一邏輯值且所述第二比特為所述第一邏輯值時，將所述第一數(shù)據(jù) 判讀為所述第一邏輯值，或是用來于所述第一比特為所述第二邏輯值且所述第二比特為所 述第一邏輯值時，將所述第一數(shù)據(jù)判讀為所述第二邏輯值，或是用來于所述第一比特為所 述第二邏輯值且所述第二比特為所述第二邏輯值時，將所述第一數(shù)據(jù)判讀為所述第二邏輯 值。
4. 如權(quán)利要求第3項所述的閃存存儲裝置，其特征在于所述第一邏輯值為O，所述第 二邏輯值為1。
5. —種利用多值式閃存實施單值式閃存功能的方法，其包含(a) 提供一多值式閃存，其包含若干個實體記憶單元，所述若干個實體記憶單元形成一 第一頁面以及一第二頁面；其特征在于所述方法包含(b) 當(dāng)接收一第一請求將一第一數(shù)據(jù)寫入所述第一頁面時，將所述第一資料寫入所述 第一頁面并將所述第一數(shù)據(jù)復(fù)制為一第二數(shù)據(jù)，再將所述第二資料寫入所述第二頁面。
6. 如權(quán)利要求第5項所述的方法，其特征在于所述方法另包含(C)當(dāng)接收一第二請求以自所述第一頁面讀取所述第一數(shù)據(jù)時，偵測所述第一頁面所 存儲的所述第一數(shù)據(jù)以及所述第二頁面所存儲的所述第二數(shù)據(jù)，以讀取所述第一數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求第6項所述的方法，其特征在于所述第一數(shù)據(jù)包含一第一比特，所述 第二數(shù)據(jù)包含一第二比特，所述第一比特以及所述第二比特分別紀(jì)錄于其中一實體記憶單 元，所述方法另包含當(dāng)該第一比特為一第一邏輯值且該第二比特為一第二邏輯值時，將該第一數(shù)據(jù)判讀為 該第一邏輯值；當(dāng)該第一比特為該第一邏輯值且該第二比特為該第一邏輯值時，將該第一數(shù)據(jù)判讀為 該第一邏輯值；當(dāng)該第一比特為該第二邏輯值且該第二比特為該第一邏輯值時，將該第一數(shù)據(jù)判讀為 該第二邏輯值；以及當(dāng)該第一比特為該第二邏輯值且該第二比特為該第二邏輯值時，將該第一數(shù)據(jù)判讀為 該第二邏輯值。
8.如權(quán)利要求第7項所述的方法，其特征在于所述第一邏輯值為O，所述第二邏輯值 為1。
全文摘要
一種閃存存儲裝置，其包含多值式閃存以及寫入控制單元。多值式閃存包含若干個實體記憶單元，以形成第一頁面和第二頁面。寫入控制單元用來于接收第一請求將第一數(shù)據(jù)寫入第一頁面時，將第一資料寫入第一頁面并將第一數(shù)據(jù)復(fù)制為第二數(shù)據(jù)，再將第二數(shù)據(jù)寫入第二頁面。每一實體記憶單元的臨界電壓范圍包含四個電壓區(qū)間，用來表示二比特數(shù)據(jù)。當(dāng)二比特數(shù)據(jù)存儲第一實體記憶單元，使得第一實體記憶單元的臨界電壓介于第一電壓區(qū)間以及第二電壓區(qū)間時，判定該二比特數(shù)據(jù)符合第一邏輯值，當(dāng)二比特數(shù)據(jù)存儲于第二實體記憶單元，使得第二實體記憶單元的臨界電壓介于第三電壓區(qū)間以及第四電壓區(qū)間時，判定該二比特數(shù)據(jù)符合第二邏輯值。
文檔編號G11C16/06GK101727985SQ20081017593
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者陳如芃 申請人:創(chuàng)惟科技股份有限公司