用于q電平存儲器單元的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及對存儲器單元的電平閾值的估計。提供了用于確定在讀出q電 平存儲器單元時連續(xù)單元電平之間的閾值的方法和設(shè)備，以及合并了該設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在固態(tài)存儲器中，例如閃存和相變存儲器，基本存儲器單位（"單元（cell) "）可 以被設(shè)置為q個不同狀態(tài)或"電平"，允許對信息進(jìn)行存儲。每個單元可以被用來存儲q進(jìn) 制（qmy)符號，q個可能的符號值中每個符號值由不同的單元電平來表示。在所謂的"單電 平單元"(SLC)裝置中，存儲器單元可以被設(shè)置為僅兩個電平（q= 2)，因此可以僅記錄二進(jìn) 制值。其他裝置使用所謂的"多電平單元"，所述多電平單元可以被設(shè)置為q>2個不同的單 元電平，從而允許每個單元存儲多于一個比特。
[0003] 對存儲在q電平存儲器單元中的數(shù)據(jù)的檢測依賴于在回讀（readback)時識別不 同的單元電平。在閃存和相變存儲器（PCM)中，例如，不同的單元電平分別表現(xiàn)出不同的 電荷和電阻特性，可以通過單元上的電流或電壓測量來檢測所述電荷和電阻特性。在對單 元進(jìn)行讀出操作時，可以將讀取信號電平與一組表示q個單元電平的參考信號電平進(jìn)行比 較，從而確定每個單元被設(shè)置成哪個電平，并從而檢測存儲的符號值。這里的基本問題是在 單元讀出期間測量的物理量會遇到變異性（variability)，例如由于隨著時間或單元使用 的測量值中的噪聲和/或偏移。所以，對于任何給定的存儲的符號值和進(jìn)而對于單元電平， 在單元讀出時獲得的實際讀取信號電平是可變的。因此，對被設(shè)定為任何給定單元電平的 單元的多個讀取操作將產(chǎn)生讀取信號電平的分布。
[0004] 用于數(shù)據(jù)檢測的參考信號電平的準(zhǔn)確對回讀性能至關(guān)重要。參考信號電平可以表 示為針對q個單元電平的"電平閾值"。對于每對連續(xù)存儲器單元電平，電平閾值表示定義 對應(yīng)于兩個單元電平的讀取信號電平分布之間的閾值或邊界的讀取信號電平。所以，用于 檢測q電平單元的參考信號電平可以被表示為q_l個電平閾值。
[0005] 估計參考信號電平的傳統(tǒng)技術(shù)使用從參考存儲器單元池獲得的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。每次向 存儲器寫入用戶數(shù)據(jù)塊時，將已知信息寫入?yún)⒖紗卧?。然后每?dāng)讀取用戶文件時讀取參考 單元，并且參考單元讀取被用來得到對用于檢測的改變的參考信號電平的估計。參考單元 的方法有各種缺點，包括由于為參考目使用存儲器區(qū)域而造成的開銷、增加的控制器復(fù)雜 性和延遲、以及參考單元可能不能真實表示的由于存儲器陣列裝置中單元之間的固有變異 性造成的有效性改變。
[0006] 用于參考電平的估計的更復(fù)雜的技術(shù)是自適應(yīng)性的，其使用來自存儲真實用戶數(shù) 據(jù)的單元的回讀信號來估計用于檢測所述單元中的數(shù)據(jù)的參考電平。用于參考電平估計的 自適應(yīng)技術(shù)例如我們的美國專利申請公開號US2013/0227380A1中所述的技術(shù)。該申請描 述了一種用于讀取檢測MLC存儲器中的長度為N的q進(jìn)制符號代碼的系統(tǒng)。從而，這些代 碼的碼字每個具有N個符號，其中每個符號可以取q個符號值中的一個符號值。通過基于 q進(jìn)制符號值將單元設(shè)置成某電平來將每個符號記錄在各個q電平單元中。存儲器單元被 分批讀取以獲得對應(yīng)于碼字組的讀取信號。每個讀取信號具有對應(yīng)于碼字的各個符號的N 個信號組分（component)。根據(jù)信號值對整組讀取信號的讀取信號組分進(jìn)行排序。然后將 得到的經(jīng)排序的組分序列進(jìn)行劃分以獲得多個段，每段對應(yīng)于不同的存儲器單元電平。這 些段的每段的大?。矗M分的數(shù)量）基于預(yù)定的頻率數(shù)據(jù)被確定，所述預(yù)定的頻率數(shù)據(jù)表 示使用代碼時出現(xiàn)相應(yīng)電平的預(yù)期頻率。從而相鄰段之間的邊界對應(yīng)于前面所述的電平閾 值。在該系統(tǒng)中，進(jìn)一步處理生成的對應(yīng)于各個存儲器單元電平的讀取信號電平分布，以獲 得統(tǒng)計數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)用于隨后的檢測過程，該檢測過程包括一個或多個檢測階段，從而檢測 對應(yīng)于當(dāng)前這批讀取信號的碼字。在US2013/0227380A1中，檢測使用基于向量的匹配技 術(shù)，該匹配技術(shù)有效地將整個讀取信號與碼字進(jìn)行匹配。
[0007] 上述自適應(yīng)技術(shù)在參考單元方式上是大的進(jìn)步，即使用小的數(shù)據(jù)記錄（即，在回 讀時小的批大?。┮材芴峁┟黠@改進(jìn)的性能。然而，發(fā)生用戶數(shù)據(jù)的不對稱仍然可能出現(xiàn) 問題。在回讀數(shù)據(jù)記錄中的數(shù)據(jù)不對稱意味著被設(shè)置成q個不同的單元電平的單元的數(shù)量 存在顯著的差異。特別是短的數(shù)據(jù)記錄，其在存儲器應(yīng)用中比較典型，甚至可能在主機上有 擾碼器的情況下有一定的概率出現(xiàn)數(shù)據(jù)不對稱。用戶數(shù)據(jù)的不對稱表現(xiàn)出明顯影響檢測性 能。如圖所示，附圖中的圖1顯示了在對來自多電平PCM單元中的四千個數(shù)據(jù)記錄的多個 連續(xù)回讀操作中發(fā)生了檢測錯誤。檢測系統(tǒng)基于上述US2013/0227380A1的檢測系統(tǒng)，以 及用戶數(shù)據(jù)在用長度N= 8的4進(jìn)制符號代碼編碼后被存儲在具有（q= 4)電平單元的相 變存儲器中。在這些結(jié)果中，在三批上有82%的錯誤。如圖所示，這在所有模擬時間步長中 持續(xù)顯示錯誤。這些批中的電平分布（即，設(shè)置成四個連續(xù)單元電平的單元的數(shù)目）為[89 61 41 65]、[77 85 53 41]和[79 84 47 46]，呈現(xiàn)了在每種情況下有清楚的數(shù)據(jù)不對稱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個方面的一個實施例提供了用于q電平存儲器單元的電平閾值確定 方法。該方法包括：
[0009] 讀取多個存儲器單元，以獲得各個讀取信號組分；
[0010] 根據(jù)信號電平處理所述讀取信號組分，以生成信號電平向量，所述信號電平向量 包括一系列元素，所述一系列元素表示讀取信號組分按信號電平順序的分布；
[0011] 用長度大于掃描中連續(xù)窗口位置的間隔的滑動窗口來掃描信號電平向量；
[0012] 在每個窗口位置處，根據(jù)窗口中信號電平向量的元素來計算度量；以及
[0013] 根據(jù)掃描中所述度量的變化來確定針對連續(xù)存儲器單元電平的電平閾值。
[0014] 從而，實現(xiàn)本發(fā)明的方法可以提供對讀出q電平存儲器單元時的電平閾值的自適 應(yīng)確定。根據(jù)一批單元的讀取信號組分生成信號電平向量，所述信號電平向量表示這些組 分按信號電平順序的分布，用滑動窗口掃描該信號電平向量?；瑒哟翱诘母拍畋娝苤?念"窗口"是被掃描序列中的連續(xù)元素組，在掃描中在窗口的任何給定位置"觀察"該連續(xù) 元素組。窗口的長度對應(yīng)于組中被觀察的元素的數(shù)量。窗口以預(yù)定的間隔從序列的一端向 另一端移動，通過連續(xù)的窗口位置。在實現(xiàn)本發(fā)明的方法中，窗口的長度大于掃描期間連續(xù) 窗口位置的間隔。所以，在相鄰的窗口位置處窗口中的元素組之間存在重疊。在每個窗口 位置計算的度量取決于在該位置處窗口中的元素。然后基于掃描過程中該度量的變化，確 定針對連續(xù)的存儲器單元電平的電平閾值。本發(fā)明的實施例即使是在存在數(shù)據(jù)不對稱的情 況下也可以實現(xiàn)對電平閾值的更準(zhǔn)確的識別，從而實現(xiàn)降低檢測中的誤碼率和讀回性能的 顯著改善。
[0015] 在可以考慮應(yīng)用到SLC存儲器的情況下，實現(xiàn)本發(fā)明的方法對于多電平存儲器 (即，q>2)特別有利。在這種情況下，可以根據(jù)度量的變化確定針對q_l對連續(xù)存儲器單元 電平中的每對的電平閾值。
[0016] 信號電平向量表不按信號電平順序的讀取信號組分的分布。在一些實施例中，可 以通過根據(jù)信號電平對讀取信號組分排序來生成信號電平向量。從而，在還可以考慮另外 的處理步驟的情況下，信號電平向量可以僅僅是通過將一批讀取信號組分排列成信號電平 順序（即，以信號電平增加或減少的順序）來生成的向量。在其他實施例中，可以通過根 據(jù)信號電平使讀取信號組分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，來生成信號電平向量。這避免了將讀取信號組 分本身進(jìn)行排序所需要的排列操作，提供了特別簡單的實施方式。還可以考慮另外的處理 步驟，信號電平向量可以簡單地包括對按信號電平順序的二進(jìn)制數(shù)生成的二進(jìn)制計數(shù)的向 量。
[0017] 在實現(xiàn)本發(fā)明的方法中可以采用各種度量。然而，在優(yōu)選方法中，在每個窗口位 置為所述窗口中的元素確定參考值，以及度量取決于窗口中每個元素與參考值之間的絕對 差。參考值優(yōu)選包括窗口中元素的平均，方便地可以包括窗口中元素的均值。在這些優(yōu)選 方法中，度量包括窗口中各個元素與參考值之間的差的L1范數(shù)。在這些方法中，掃描中的 度量的變化方便地在對應(yīng)于電平閾值的位置處呈現(xiàn)了局部最大值。從而，可以根據(jù)對應(yīng)于 掃描中度量變化中的閾值的局部最大值的位置來確定每個電平閾值。如果q= 2,則單個最 大值表示兩個電平之間的閾值。如果q>2,則局部最大值按電平閾值的順序在度量變化中出 現(xiàn)。由于可能在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)假的局部最大值，至少在最初可以根據(jù)度量變化中第q_l大的 局部最大值的位置來確定q_l對連續(xù)存儲器單元電平的電平閾值。然而，優(yōu)選實施例基于 對隨后的檢測過程中使用初始電平閾值的錯誤率的估計來采用校正系統(tǒng)?？梢圆捎眠@些實 施例，其中多電平存儲