用于q电平存储器单元的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及对存储器单元的电平阈值的估计。提供了用于确定在读出q电 平存储器单元时连续单元电平之间的阈值的方法和设备，以及合并了该设备的数据存储装 置。
【背景技术】
[0002] 在固态存储器中，例如闪存和相变存储器，基本存储器单位（"单元（cell) "）可 以被设置为q个不同状态或"电平"，允许对信息进行存储。每个单元可以被用来存储q进 制（qmy)符号，q个可能的符号值中每个符号值由不同的单元电平来表示。在所谓的"单电 平单元"(SLC)装置中，存储器单元可以被设置为仅两个电平（q= 2)，因此可以仅记录二进 制值。其他装置使用所谓的"多电平单元"，所述多电平单元可以被设置为q>2个不同的单 元电平，从而允许每个单元存储多于一个比特。
[0003] 对存储在q电平存储器单元中的数据的检测依赖于在回读（readback)时识别不 同的单元电平。在闪存和相变存储器（PCM)中，例如，不同的单元电平分别表现出不同的 电荷和电阻特性，可以通过单元上的电流或电压测量来检测所述电荷和电阻特性。在对单 元进行读出操作时，可以将读取信号电平与一组表示q个单元电平的参考信号电平进行比 较，从而确定每个单元被设置成哪个电平，并从而检测存储的符号值。这里的基本问题是在 单元读出期间测量的物理量会遇到变异性（variability)，例如由于随着时间或单元使用 的测量值中的噪声和/或偏移。所以，对于任何给定的存储的符号值和进而对于单元电平， 在单元读出时获得的实际读取信号电平是可变的。因此，对被设定为任何给定单元电平的 单元的多个读取操作将产生读取信号电平的分布。
[0004] 用于数据检测的参考信号电平的准确对回读性能至关重要。参考信号电平可以表 示为针对q个单元电平的"电平阈值"。对于每对连续存储器单元电平，电平阈值表示定义 对应于两个单元电平的读取信号电平分布之间的阈值或边界的读取信号电平。所以，用于 检测q电平单元的参考信号电平可以被表示为q_l个电平阈值。
[0005] 估计参考信号电平的传统技术使用从参考存储器单元池获得的训练数据。每次向 存储器写入用户数据块时，将已知信息写入参考单元。然后每当读取用户文件时读取参考 单元，并且参考单元读取被用来得到对用于检测的改变的参考信号电平的估计。参考单元 的方法有各种缺点，包括由于为参考目使用存储器区域而造成的开销、增加的控制器复杂 性和延迟、以及参考单元可能不能真实表示的由于存储器阵列装置中单元之间的固有变异 性造成的有效性改变。
[0006] 用于参考电平的估计的更复杂的技术是自适应性的，其使用来自存储真实用户数 据的单元的回读信号来估计用于检测所述单元中的数据的参考电平。用于参考电平估计的 自适应技术例如我们的美国专利申请公开号US2013/0227380A1中所述的技术。该申请描 述了一种用于读取检测MLC存储器中的长度为N的q进制符号代码的系统。从而，这些代 码的码字每个具有N个符号，其中每个符号可以取q个符号值中的一个符号值。通过基于 q进制符号值将单元设置成某电平来将每个符号记录在各个q电平单元中。存储器单元被 分批读取以获得对应于码字组的读取信号。每个读取信号具有对应于码字的各个符号的N 个信号组分（component)。根据信号值对整组读取信号的读取信号组分进行排序。然后将 得到的经排序的组分序列进行划分以获得多个段，每段对应于不同的存储器单元电平。这 些段的每段的大小（即，组分的数量）基于预定的频率数据被确定，所述预定的频率数据表 示使用代码时出现相应电平的预期频率。从而相邻段之间的边界对应于前面所述的电平阈 值。在该系统中，进一步处理生成的对应于各个存储器单元电平的读取信号电平分布，以获 得统计数据。该数据用于随后的检测过程，该检测过程包括一个或多个检测阶段，从而检测 对应于当前这批读取信号的码字。在US2013/0227380A1中，检测使用基于向量的匹配技 术，该匹配技术有效地将整个读取信号与码字进行匹配。
[0007] 上述自适应技术在参考单元方式上是大的进步，即使用小的数据记录（即，在回 读时小的批大小）也能提供明显改进的性能。然而，发生用户数据的不对称仍然可能出现 问题。在回读数据记录中的数据不对称意味着被设置成q个不同的单元电平的单元的数量 存在显著的差异。特别是短的数据记录，其在存储器应用中比较典型，甚至可能在主机上有 扰码器的情况下有一定的概率出现数据不对称。用户数据的不对称表现出明显影响检测性 能。如图所示，附图中的图1显示了在对来自多电平PCM单元中的四千个数据记录的多个 连续回读操作中发生了检测错误。检测系统基于上述US2013/0227380A1的检测系统，以 及用户数据在用长度N= 8的4进制符号代码编码后被存储在具有（q= 4)电平单元的相 变存储器中。在这些结果中，在三批上有82%的错误。如图所示，这在所有模拟时间步长中 持续显示错误。这些批中的电平分布（即，设置成四个连续单元电平的单元的数目）为[89 61 41 65]、[77 85 53 41]和[79 84 47 46]，呈现了在每种情况下有清楚的数据不对称。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个方面的一个实施例提供了用于q电平存储器单元的电平阈值确定 方法。该方法包括：
[0009] 读取多个存储器单元，以获得各个读取信号组分；
[0010] 根据信号电平处理所述读取信号组分，以生成信号电平向量，所述信号电平向量 包括一系列元素，所述一系列元素表示读取信号组分按信号电平顺序的分布；
[0011] 用长度大于扫描中连续窗口位置的间隔的滑动窗口来扫描信号电平向量；
[0012] 在每个窗口位置处，根据窗口中信号电平向量的元素来计算度量；以及
[0013] 根据扫描中所述度量的变化来确定针对连续存储器单元电平的电平阈值。
[0014] 从而，实现本发明的方法可以提供对读出q电平存储器单元时的电平阈值的自适 应确定。根据一批单元的读取信号组分生成信号电平向量，所述信号电平向量表示这些组 分按信号电平顺序的分布，用滑动窗口扫描该信号电平向量。滑动窗口的概念众所周知，概 念"窗口"是被扫描序列中的连续元素组，在扫描中在窗口的任何给定位置"观察"该连续 元素组。窗口的长度对应于组中被观察的元素的数量。窗口以预定的间隔从序列的一端向 另一端移动，通过连续的窗口位置。在实现本发明的方法中，窗口的长度大于扫描期间连续 窗口位置的间隔。所以，在相邻的窗口位置处窗口中的元素组之间存在重叠。在每个窗口 位置计算的度量取决于在该位置处窗口中的元素。然后基于扫描过程中该度量的变化，确 定针对连续的存储器单元电平的电平阈值。本发明的实施例即使是在存在数据不对称的情 况下也可以实现对电平阈值的更准确的识别，从而实现降低检测中的误码率和读回性能的 显著改善。
[0015] 在可以考虑应用到SLC存储器的情况下，实现本发明的方法对于多电平存储器 (即，q>2)特别有利。在这种情况下，可以根据度量的变化确定针对q_l对连续存储器单元 电平中的每对的电平阈值。
[0016] 信号电平向量表不按信号电平顺序的读取信号组分的分布。在一些实施例中，可 以通过根据信号电平对读取信号组分排序来生成信号电平向量。从而，在还可以考虑另外 的处理步骤的情况下，信号电平向量可以仅仅是通过将一批读取信号组分排列成信号电平 顺序（即，以信号电平增加或减少的顺序）来生成的向量。在其他实施例中，可以通过根 据信号电平使读取信号组分转换成二进制，来生成信号电平向量。这避免了将读取信号组 分本身进行排序所需要的排列操作，提供了特别简单的实施方式。还可以考虑另外的处理 步骤，信号电平向量可以简单地包括对按信号电平顺序的二进制数生成的二进制计数的向 量。
[0017] 在实现本发明的方法中可以采用各种度量。然而，在优选方法中，在每个窗口位 置为所述窗口中的元素确定参考值，以及度量取决于窗口中每个元素与参考值之间的绝对 差。参考值优选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。在这些优选 方法中，度量包括窗口中各个元素与参考值之间的差的L1范数。在这些方法中，扫描中的 度量的变化方便地在对应于电平阈值的位置处呈现了局部最大值。从而，可以根据对应于 扫描中度量变化中的阈值的局部最大值的位置来确定每个电平阈值。如果q= 2,则单个最 大值表示两个电平之间的阈值。如果q>2,则局部最大值按电平阈值的顺序在度量变化中出 现。由于可能在数据中出现假的局部最大值，至少在最初可以根据度量变化中第q_l大的 局部最大值的位置来确定q_l对连续存储器单元电平的电平阈值。然而，优选实施例基于 对随后的检测过程中使用初始电平阈值的错误率的估计来采用校正系统。可以采用这些实 施例，其中多电平存储