固态存储设备中的读数电压计算的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容设及数据存储系统。更具体地，本公开内容设及用于计算固态数据存 储设备中的读数电压电平的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 某些固态存储器设备（诸如闪存驱动器）在利用浮置栅极晶体管构成的存储器单 元的阵列中存储信息。在单级单元（SLC)闪存设备中，每一个单元存储单个比特的信息。 在多级单元（MLC)设备中，每一个单元存储两个或更多个比特的信息。当执行读取操作时， 将单元的电荷电平与一个或多个电压基准值（也被称为"读数电压电平"或"电压阔值"） 比较W确定单个单元的状态。在SLC设备中，可W使用单个电压基准值来对单元进行读取。 在MLC设备中，使用多个基准电压值来对单元进行读取。某些固态存储设备允许存储器控 制器设置读数电压电平。
[0003] 各种因素可能导致固态存储器设备中的数据读取错误。运些因素包括随着时间的 过去的电荷损失或泄露，W及由使用导致的设备磨损。当关于读取操作的比特错误的数量 超出存储子系统的ECC(错误校正码）校正能力时，该读取操作失败。读数电压电平可W有 助于设备对数据进行解码的能力。
【附图说明】
[0004] 在附图中描绘的各个实施例是出于说明的目的，并不应当被解释为限制本发明的 范围。此外，可W将不同的所公开的实施例的各种特征进行组合W构成另外的实施例，而运 些实施例也是本公开内容的一部分。遍及附图，可W重复使用参考标记W指示参考元素之 间的对应关系。 阳〇化]图1是示出了包括错误管理模块的固态存储设备的实施例的框图。
[0006] 图2是示出了根据实施例的在非易失性固态存储器阵列中的单元的概率分布的 图。
[0007] 图3是示出了根据实施例的概率分布的状态交叉点偏移的图。
[0008] 图4是示出了在示例性固态存储设备中的比特错误率相对于时间的关系数据的 图。
[0009] 图5是示出了根据实施例的用于计算读数电压电平值的过程的流程图。
[0010] 图6A是示出了用于生成数据保留索引的过程的实施例的流程图。
[0011] 图6B是示出了用于利用数据保留索引的过程的实施例的流程图。
[0012] 图7是示出了在实施例中的读数电压电平偏移相对于比特错误计数的关系数据 的图。
[0013] 图8是示出了在实施例中的读数电压电平偏移数据的图。
[0014] 图9至图10示出了在一个或多个实施例中的图形比特错误计数数据。
[0015] 图11是示出了在实施例中的比特错误计数数据的图。
[0016] 图12A是包括根据实施例的比特错误计数数据的表。
[0017] 图12B是示出了在实施例中的比特错误计数数据的图。
[0018] 图13是示出了用于使用多项式拟合来计算读数电压电平的过程的实施例的流程 图。
[0019] 图14是示出了在实施例中的累积状态分布信息的图。
[0020] 图15是示出了在实施例中的累积状态分布信息的图。
[0021] 图16是示出了用于使用多项式拟合来计算读数电压电平的过程的实施例的流程 图。
【具体实施方式】
[0022] 虽然描述了某些实施例，但是仅是W示例的方式给出运些实施例，并不旨在对保 护范围有所限制。事实上，可WW多种多样的其它形式实现本文描述的新颖的方法和系统。 此外，可W在不偏离保护范围的情况下对本文所描述的方法和系统的形式做出各种省略、 替代W及改变。
[0023]歷
[0024] 固态存储器中的数据存储单元（诸如每单元多级（MLC)闪速存储器）可W具有与 不同的存储器状态对应的不同的阔值电压分布（Vt)电平。例如，在MLC实现方式中，固态 存储器中的不同的存储器状态可W对应于范围在读数电压（VR)电平之间的电压电平的分 布；当存储器单元的电荷落入特定的范围内时，对页的一个或多个读取可W掲示对应的该 单元的存储器状态。在本文中，术语"读取"根据其广泛的和普通的意义，是相对于对固态 存储器的电压读取来被使用的，并且其可W指代对包括多个单元（例如，上千个单元）的页 的读取操作，或者可W是相对于单个存储器单元的电压电荷电平来被使用的。
[00巧]读数电压电平可W被有利地设置为在存储器状态之间的裕量（margin)中的值。 根据其电荷电平，存储器单元存储表征用户数据的不同的二进制数据。例如，基于其电荷电 平，每一个单元通常落入由相关联的数据比特表征的存储器状态中的一个存储器状态。 [00%] 随着时间的过去，并且由于各种物理状况和来自于重复的编程/擦除（P/巧循环 的磨损，在各个分布电平之间的裕量可能被减小，使得电压分布在一定程度上重叠。读取裕 量的运样的减小可能是由多个因素导致的，诸如由于闪存单元氧化物降解导致的电荷的损 失、由于不正确的程序步骤导致的过度编程、由于在单元的所在位置的大量的读取或写入 导致的对相邻的已擦除的单元的编程（或写入干扰）和/或其它因素，其中的所有因素都 可能导致固态存储设备中的读取失败。
[0027] 除数据损坏之外，读取失败可能是由于使用未适应于设备内部的存储器单元的电 压分布偏移的固定的读数电压电平导致的。虽然设备可W被编程为具有固定的由制造商确 定的读数电压电平，但是某些实施例可W提供对运样的默认的制造商读取电平的重写。本 文公开的某些实施例提供用于W经调整的/最优化的读数电压电平来读取存储器单元的 系统和方法，其可W提供经改善的数据恢复。特别地，下文描述了用于确定经调整的/最优 的读取电压电平的=种技术，其可W适用于一般的或经预校准的固态存储器。
[0028] 术语
[0029] 如本文使用的"页"或"E-页"可W指代本文所公开的实施例的数据校正的单位。 例如，可W逐页地执行错误校正/校准操作。数据的页可W是任意适当的大小。例如，页 可W包括化、2k、4k或更多个字节的数据。此外，术语"位置"或"存储器位置"在本文中是 根据其广泛的和普通的意义来被使用的，并且可W指代在一个或多个数据存储设备内的存 储器单元的任何适当的分区。存储器位置可W包括存储器单元或地址的连续阵列（例如， 页）。
[0030] 如在本申请中使用的，"非易失性固态存储器"可W指代诸如NAND闪存的固态存 储器。然而，在更加常规的硬盘驱动器和包括固态和硬盘驱动部件二者的混合驱动器中，本 公开内容的系统和方法也可W是有用的。固态存储器可W包括广泛的多种多样的技术，诸 如闪存集成电路、相变存储器（PC-RAM或PRAM)、可编程金属化单元RAM(PMC-RAM或PMCm)、 双向统一存储器（OUM)、电阻式RAM(RRAM)、NAND存储器、NOR存储器、EEPR0M、铁电式存储 器（FeRAM)、MRAM或其它分立NVM(非易失性固态存储器）忍片。如本领域已知的，可W将 非易失性固态存储器阵列或存储设备物理地划分为面、块、页W及扇区。可W额外地或替代 地使用其它形式的存储装置（例如，电池备用易失性DRAM或SRAM设备、磁盘驱动器等）。
[0031] 撒据存储系统
[0032] 图1是示出了并入了错误管理功能的固态存储设备120的实施例的框图。如图所 示，固态存储设备120(例如，混合硬盘驱动器、固态驱动器W及利用固态存储器的任何存 储设备等）包括控制器130,该控制器130继而包括错误管理模块140。在某些实施例中， 错误管理模块140被配置为检测和校正一个或多个非易失性固态存储器阵列150的某些种 类的内部数据损坏，所述非易失性固态存储器阵列150可W包括一个或多个存储块，每一 个块包括多个闪存页。控制器130还可W包括内部存储器（未示出），该内部存储器可W具 有一种或多种适当的存储器类型。如下文进一步描述的，在一些实施例中，控制器130被配 置为执行读数电压电平调整功能。
[0033] 错误管理模块140包括用于对转移至/自非易失性存储器阵列150的数据进行编 码和解码的错误校正模块144。此外，错误管理模块140包括用于计算经调整的/最优的读 数电压电平的最优VR计算模块142,W便根据本文公开的一个或多个实施例来向错误校正 模块144提供最优数据，W增加错误校正模块对存储在存储器阵列中的数据进行解码的能 力。
[0034] 在某些实施例中，控制器130被配置为接收来自驻存在主机系统110上的存储接 口（例如，设备驱动程序）112的存储器访问命令。控制器130被配置为响应于运样的由主 机发布的存储器命令来执行在非易失性固态存储器阵列150中的命令。由存储接口 112传 送的存储装置访问命令可W包括由主机系统110发布的写入和读取命令。运些命令可W指 定在固态存储设备120中的块地址，并且控制器130可W执行在非易失性固态存储器阵列 150中的所接收的命令。可W基于运样的命令来访问/转移数据。在实施例中，固态存储 设备120可W是额外地包括磁存储器存储装置（未示出）的混合盘驱动器。在运样的情况 下，一个或多个控制器130可W控制磁存储器存储装置和非易失性固态存储器阵列150。
[0035]固态存储设备120可W存储从主机系统110接收的数据，W使得固态存储设备120 可W作为用于主机设备110的存储器存储装置。为了促进该功能，控制器130可W采用逻 辑接口。逻辑接口可W向主机系统110将存储系统存储器表征为其上可W存储数据的一组 逻辑地址（例如，连续的地址）。在内部，控制器130可W将逻辑地址映射到在非易失性固 态存储器阵列150和/或其它存储器模块中的各种物理存储器地址。 阳的6] 固杰存储器中的存储器单元分巧
[0037] 图2是示出了根据实施例的在非易失性固态存储