专利名称：用于存储设备的可配置功率控制的系统、方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于数据完整性发生问题的存储器应用的功率控制部件的系统和方 法。以多个所示的实现和应用例示了本发明的这些和其他方面，在附图中示出这些实现 和应用中的一些，且以所附权利要求部分为特征。根据本发明的一个实施例，将一种数据存储设备配置成利用来自分别工作于不 同电压的两个或多个不同电源的功率来工作。基于可用的电源，该设备消耗功率以对多 个存储器电路和它们相关的功能供电。在某些应用中，该方法涉及检测可用电源及它们 相应的电压，且响应于该检测将功率从可用电源发送至一个或多个电路。该方法进一步 涉及修改特定电源的电压，诸如通过将该电压降低或升高至适合于特定存储器电路使用 的电平。另一示例实施例涉及一种数据存储设备，该数据存储设备被配置成使用工作于 不同电压的不同电源在存储器控制电路的控制下存储和存取数据。该数据存储设备包括 固态主存储器、固态高速缓存存储器、储能电路以及功率控制电路。主存储器在无工作 电源时保持数据完整性(例如非易失性存储器)，且该高速缓存存储器被映射至该主存储 器，并为存储器控制电路提供对表示被映射至主存储器电路的存储器的高速缓存部分的 数据集的存取。储能电路包括电容器电路，其保持电荷以提供功率而在外部电源中断时 对诸如高速缓存存储器之类的内部电路供电。该功率控制电路识别工作于不同电压的可 用电源，并基于这些电源的电压识别存储器设备中的至少一个电路，以用分别识别的电 源中的每一个来供电。该功率控制电路进一步(直接或间接)将功率从已识别的电源发 送至至少一个已识别电路。多个其他实施例涉及有关以上电路和功能及其组合的方法及其变体，如可以相 关于如下各项中的一项或多项控制功率的真、调节用于特定电路部件的功率、对特定 功耗特性进行仿真、或者另一方面控制操作功率的使用和发送。上述发明内容不旨在描述本发明的每个所示实施例或每个实现。以下附图和详 细说明，包括权利要求中描述的内容，更具体地例证了这些实施例。
考虑以下联系如下附图的本发明的多个实施例的详细描述，能更完整地理解本 发明图1示出根据本发明的示例实施例被配置用于利用不同电源来操作一个或多个 固态数据存储设备的数据存储系统；图2示出根据本发明的另一示例实施例的具有动态可配置电源选择和操作的固 态数据存储设备；以及图3示出根据本发明的另一示例实施例的具有动态可配置电源选择和操作的固 态数据存储设备。虽然本发明可适合于多种修改和替代形式，但已经作为示例在附图中示出，且 将详细描述其特例。然而，应当理解，意图不在于将本发明限于所描述的特定实施例。 反之，意图是覆盖落在本发明的精神和范围内的所有修改、等价物以及替代方案。
具体实施例方式相信本发明的诸方面可用于控制存储器设备的电路、储能部件、电路及其系统 的功率。本发明的一个具体应用涉及提供非易失性数据存储功能的固态驱动器(SSD)。 虽然本发明不一定限于此类应用，但可利用该情境通过对多个示例的讨论而理解本发明 的多个方面。根据本发明的示例实施例，一种SSD型数据存储设备包括功率控制器，将该功 率控制器配置成基于电源的可用性和输入功率的内部电路各自的需求将功率从工作于不 同电压的两个或多个电源发送至内部电路。例如，将一种此类设备配置成利用约5V的电 源、利用工作于约12V的单个电源、以及同时利用分别工作于5V和12V的两个电源来工 作。当以5V和12V电源二者作为电源来工作时，该设备能从两个电源消耗平衡功率， 和/或推迟工作直到来自两个电源的功率均可用，这可用于仿真诸如旋转磁盘驱动器之 类的另一电路的功耗。在某些应用中，SSD型设备使用预定义用于利用不同类型的电源 (分别工作于不同电压)来工作的一种或多种算法型配置，以发送功率，并在适当时调节 或配置由内部电路使用的发送功率。在多个实施例中，将SSD设备配置成用于与诸如服务器或工作站之类的具有不 同类型电源的数据存储设备一起工作。在一个实现中，将该SSD设备配置成用于在设计 用于诸如HDD(硬盘驱动器)之类的其他类型的电路的、具有电源的数据存储设备中实 现，诸如用于与HDD交换以提供相对存储特性。将该SSD型设备配置成用于代替多种类 型的HDD，这些HDD分别在利用提供不同电压的电源的不同系统中工作。一旦激活， 该SSD设备检测可用电源和它们各自的电压，并基于检测到的这些特性和内部编程的功 率配置来控制其功率使用。在另一实现中，将该SSD型数据存储设备配置成用于实现于诸如新数据服务器 产品之类的不同类型的新数据存储设备中，并基于其实现的数据存储设备的类型来消耗 功率。该方法可按照与以上讨论的方法相似的方式来实现，其中该SSD数据存储设备发 现(或被告知)其实现的系统中的可用功率类型，并相应地执行适当的功率配置。例如， 该方法适用于涉及多产品线的大型服务器或工作站的制造，这些大型服务器或工作站中 的每一个的电源特性可能不同，和/或可能采用不可预测的电源。在某些应用中，该SSD数据存储设备基于诸如所检测到的电源之类的一个或多 个因素选择并实现一种影响电流消耗的功率配置，这种电流消耗对所替换的或另一方面 用于具体电路的特定类型的HDD所耗的电流(或因此基于同样因素限制所耗的电流)进 行仿真。因此该方法可涉及使用比其他可用电源更低效的电源，但该电源对于适合特定 电路设计的仿真行为是有用的。在该方面中，单种类型(或有限数量类型)的SSD设备可用于多种不同类型的 系统。通过支持多种配置，一旦发现或另一方面传送了该SSD型设备工作的系统类型， 就可配置该SSD型设备(例如，经由固件)。对附图以及其中示出的实施例的以下讨论表示多个实施例的示例性实现，这多 个实施例可联系如上所述的一种或多种方法、联系其他附图和/或下面所附权利要求部 分来实现。根据本发明的多个方面，可使用存储器电路、电源、控制电路以及其他设备/ 系统电路的许多不同组合，且可涉及如附图所示的一个或多个系统和/或方法。此外，多个讨论提及“存储器”和/或“数据存储”，如相关领域所理解地，其中这一个或两 个术语可指代相似或相同类型的设备和系统。 图1示出根据本发明的示例实施例的数据存储系统100，将数据存储系统100配 置成利用不同电源操作一个或多个固态或硬盘驱动器。系统100包括被配置成控制供给 存储驱动器120-N的功率的功率电子电路110，其中存储驱动器120-N可包括HDD和 SSD中的一个或两个。服务器控制电子电路140通过利用诸如作为示例示出的属于存储器 和通信的各种电路来控制涉及系统中存在的一个或多个不同类型的电路的服务器功能， 而执行诸如数据存取控制的存储管理功能、系统环境监测以及驱动器故障管理。动态功率控制器130工作而根据可用电源(例如不同的源或供电线)的类型和电 压来控制功率从一个或多个电源经由功率电子电路110到存储驱动器120-N的功率发送。 虽然独立地示出，但功率控制器130可联系如图所示的一个或多个电路一起实现，诸如 在120处的SSD中实现。功率电子电路110包括提供系统100所使用的功率的多个电路和电源中的一个或 多个。作为示例，图1示出作为该功率电子电路一部分的交流/直流转换器112、开关 114和116以及直流一直流转换器118。同样作为示例，示出开关114和116中的每一个 为+5V或+12V的开关电源，但它们也可工作于代替的和/或除作为示例示出的电压电平 之外的其他电压电平。一般，动态功率控制器130工作而基于SSD的可用功率和需求和 如可进一步应用于被输入功率的特定驱动器的功率需求，直接或经由系统100中的一个 或多个部件的控制，从功率电子电路发送功率。如上所讨论，动态功率控制器130可基 于特定配置发送功率以对特定电路的功耗进行仿真。可联系图2中所示的器件200、器件200的诸方面或以下描述的其他相关方法来 实现动态功率控制器130的一个或多个方面或系统100的其他部件。图2示出根据本发明的另一示例实施例的具有动态可配置电源选择和工作的固 态数据存储设备200。设备200包括功率控制电路210，该功率控制电路210工作而从包 括例如+12V和+5V电源220和230的不同的电源电路将功率发送至SSD型设备中的一 个或多个电路。功率控制电路210可与SSD设备分离或相互联系地操作，该SSD设备也 包括存储器控制器240和SSD非易失性存储器250。该SSD设备还可包括SSD高速缓 存260和储能电路270，后者储能以响应于电力中断而使设备(或设备的一部分)工作， 例如通过在加电时对电容器或可充电池充电，然后在断电时利用所存储的能量。功率控制电路210包括供电电压监控器212、仿真器214、调节器控制器216 (以 及相应的电源调节器电路280)以及发送开关218。虽然示为与功率控制电路210成整体， 但可以按照另一种设置来实现这些部件中的一个或多个，诸如与输入供电线一致、与输 出电源电路一致或作为如所示另一部件的一部分或以其他方式实现。例如，可利用具有 集成设备启用控制功能的直流_直流调节器来执行开关。一种此类替代设置涉及将功率 控制电路210与SSD型设备组合，用于替代现有存储驱动器或作为在制造期间安装的初 始驱动器。另一此类装置可联系图3中所示以及以下讨论的设备200来实现。供电电压监控器212监测可用供电电压以检测可用功率。功率控制电路210使 用来自供电电压监控器212的信息来识别可用电源以及它们各自的电压，并操作发送开 关218以向设备中诸如电路240-270的一个或多个电路发送功率。
在某些应用中，供电电压监控器212还检测可用电源的电压变化。例如，一个 实现涉及检测电源的存在，以及在初始检测之后等待延迟时间，随后检测电源的电压电 平。该方法是有用的，例如，可使电源电压在诸如电压电平可能波动的启动之类的条件 下稳定下来。在其他应用中，电源电压监控器212动态地监测电源的可用性，以检测新电源 变得可用和/或现有电源变得不可用。例如，当电源出故障时，电源监控器212检测并 报告故障。作为响应，功率控制电路210操作发送开关218，以从另一电源将功率发送至 之前由出故障的电源供电的电路。还可利用属于不涉及出故障的电源的新配置的配置数 据或仿真数据来实现该故障响应发送。在某些实施例中，功率控制电路210从SSD非易失性存储器250读取功率控制配 置数据(例如，算法型信息)，并基于该配置数据执行功率发送功能。例如，在该配置数 据指定从电源电路220和230中的一个或两个中获取功率并提供给系统中的某个部件时， 功率控制电路210相应地控制发送开关218以发送功率。从而可基于可用电源的数量和类 型(例如电压)和/或要供电的电路部件的数量和类型来选择配置数据。功率控制电路 210可基于每个相应电路在一个或多个不同电压下工作的能力和相对于配置数据的已识别 电源的各自的电压电平，相应地识别系统200中的部件以利用由供电电压监控器212识别 的各个电源来供电。根据一个或多个示例实施例，(选择性地)操作仿真器214以对具体类型的耗电 行为进行仿真。例如，此类仿真可涉及消耗一定功率电平和/或在一定时间消耗一定功 率电平，以及进一步在不同电压下消耗这些功率。例如，在插入设备200作为诸如HDD 驱动器之类的另一类型驱动器的替代设备时，仿真器214可操作而以类似于被替换的驱 动器的耗电方式对各个电源电路220和230的耗电进行仿真。在某些实例中，仿真器214 使用从SSD非易失性存储器250读取的配置数据，根据特定仿真配置来控制各个电源电 路220和230的耗电。在某些实施例中，功率控制电路210限制一个或多个电源的电流消耗，这也可 利用从SSD非易失性存储器250读取的配置数据来设定。例如，在电源电路220要求将 其供给的电流限制为特定门限值的情况下，功率控制电路210可相应地操作发送开关218 以限制该电流。在某些应用中，以相似的方式限制电流消耗以利用仿真器对特定负载进 行仿真。在电流受限但需要额外功率的情况下，功率控制电路210从另一电源发送额外 功率。例如，在5V电源电路230达到其电流门限值但部件需要5V功率的情况下，功率 控制电路210通过从12V电源电路220消耗功率，并如果合适的话，利用调节器控制器 216和电源调节器电路280将该功率适当地调低至5V。在涉及储能电路270的某些实施例中，进一步将功率控制电路210配置成响应于 功率损失将储能电路中存储的功率发送至一个或多个电路。例如，在12V和5V电源电 路220和230中的一个或两个因为停电而损失时，功率控制电路可操作发送开关218以从 储能电路270发送功率。如果电源电路220和230中的一个或两个回到线路上，则供电 电压监控器212检测该事件，从而功率控制电路210相应地发送可用功率。调节器控制器216利用电源调节器电路280控制所提供功率的调节，其中特定部件需要此调节，和/或相对于，例如，配置数据或特定类型的仿真实现特定类型的操作需要此调节。例如，在设备200中的一个或多个部件需要的电压约为5V，但从12V电源 电路220消耗的功率符合所需功率的情况下，调节器控制器216操作电源调节器以将12V 供电调低至约5V(例如4.75V)，将该5V供电通过发送开关218发送至适当的部件。如上所述，可利用用于不同应用的不同类型的电路来实现联系本文中的多个示 例实施例描述的多个功率控制部件。图3示出根据本发明的另一示例实施例的、涉及具 有动态可配置电源选择和操作的固态数据存储设备的一种此类电路。一般而言，从5V和 12V供电线中的一个或两个提供功率。在数据存储设备300制造期间，将其功率操作模式编程到332处的闪存中。存 在可被编程的许多可能的功率操作模式。例如，该设备可被编程为仅在+5V和+12V供 电存在时运行，它可被编程为当任一电源存在时运行，且它可被编程为仅当特定电源存 在时才运行。FET开关314和316利用集成二极管耦合各个电源，以使如果外部电源施加于任 一电源，则如果FET截止，这些二极管将被正向偏置并导通。这允许足够能量到达312 处的开关调节器，以引导接口和功率控制器330。该设备以较低功耗状态引导，在其工作 模式之后向存储介质提供主机命令，并确定可用电源。一旦引导了功率控制器330，它利用从320处的电压监控器传递的信息以及闪存 332中存储的算法和数据来确定该设备的工作模式，以及是否允许它开始服务命令(从而 消耗较高功率)。功率控制器330利用该信息来确定是否使FET 314和/或316导通，以 减少主体二极管的正向压降的损失，并发送系统中的功率。例如，如果存在+5V和+12V 电源两者，则可使FET 314导通，从而+5V电源将对调节器312供电，而+12V电源将对 调节器313供电。如果仅存在+5V，则两个FET均导通，从而+5V对两个调节器312和 313供电，且使降压调节器310断开以防止+5V能量在+12V线上从该设备泄漏出来。如 果存在+12V而不存在+5V，则开关316导通而开关314截止，从而+12V对开关调节器 312和313 二者供电。如果断电，则功率控制器330使FET开关314和降压调节器310截止，并利用 315处的超级电容器中的能量来供电，以完成数据存储操作，并使高速缓存的数据从易失 性存储器向非易失性存储器灌注。还可利用诸如仿真器214之类的仿真器来构造图300中的设备，通过选择调节器 312和313的卸荷以使+5V线路和+12V线路上消耗的电流在硬盘驱动器的功耗内，从而 实现磁盘驱动器仿真。根据系统中的部件的功耗，替代设计可不同地布置负载设备。本文所描述和示出的多个实施例仅作为说明而提供，且不应当解释为限制本发 明。基于以上讨论和说明，本领域技术人员将容易认识到，可对本发明作出多种修改和 改变，而无需严格遵守本文中所描述的示例实施例和应用。例如，此类改变可包括组合 多个检测、发送以及功率相关电路、对不同类型的电路供电、利用间接控制直接供电、 利用直接控制间接供电、以及有关用于操作数据存储电路的备份功能的数据存储电路和 储能电路的操作的其他改变。此类修改和改变并未背离包括所附权利要求中陈述的内容 的本发明的真实精神和范围。
权利要求
1.一种响应外部控制以存储和检索数据的可移动数据存储设备包括数据存储器；用于所述数据存储器的控制电路；至少一个电连接器，其被配置成连接至少一个电源以对所述设备供电；以及功率控制电路，其被配置和安排成识别工作于不同电压的可用电源，基于识别出的电源控制所述设备操作，并从所识别的电源将功率发送至所述设备中的电路。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储器是固态存储器。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储器是旋转磁介质。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括附加的固态存储器，其被配置和安 排成为所述存储器控制电路提供对表示被映射至所述数据存储器的存储器的高速缓存部 分的数据集的存取。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储器是非易失性存储器，进一 步包括易失性固态存储器，其被配置和安排成为所述存储器控制电路提供对表示被映射至 所述数据存储器的存储器的高速缓存部分的数据集的存取，以及储能电路，其被配置和安排成在断电的情况下向所述设备供电，以保持所述易失性 存储器中的数据。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述数据存储器的一部分存储多个算 法，在执行所述算法时，基于所识别的电源和所述存储器设备中要供电的电路来控制所 述功率控制电路的功率发送功能，以及所述功率控制电路被配置和安排成基于所识别的电源和电路来读取、选择以及执行 所述算法之一，以从所识别的电源将功率发送至所识别的电路。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成基 于每个电路在一个或多个不同电压下工作的能力和所识别电源各自的电压电平，选择所 述设备中的电路之一利用每一个识别的电源来供电。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，通过一算法对所述功率控制电路进行编 程，所述算法用于识别可用电源和它们相应的电压、识别所述存储器设备中可在所识别 电压之一下工作的至少一个电路、并从工作于所识别电压之一的所识别电源将功率发送 至所识别的电路。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成通 过在初始识别可用电源的电压之后延迟一个延迟时间段，并在所述延迟之后检测所述可 用电源的电压，来识别工作于不同电压的可用电源。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置成从所述数据 存储器读取功率配置数据，并基于所述配置数据和所识别的各个电源电压从所识别的电 源将功率发送至所述存储器设备中的电路。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括电源调节器电路，其被配置成改变所述电源的电压，以及其中所述功率控制电路被配置和安排成从所识别的电源之一通过所述电源调节器选 择性地发送功率，所述电源调节器将来自所述电源的所述电压调节至一电压电平，所述 电压电平基于在要向其发送所述功率的所述设备中的至少一个电路的操作特性而设定。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成响 应于来自所述电源之一的断电，从所述电源中的另一个将功率发送至之前由所述断电的 电源供电的电路。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成通 过将从所识别电源之一消耗的电流限制为阈值电流，从所识别电源之一将功率发送至所 述设备中的电路之一。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成通过 以下方法从两个不同电源将功率发送至所述设备中的电路之一调节两个不同电源中的至少一个的电压以匹配所述电压，以及将从所述两个电源中的至少一个消耗的电流限制为阈值电流。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成通 过从所识别的电源之一选择性地发送功率，以将从所识别的电源中的另一个消耗的电流 限制为阈值电流来发送功率。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成从 所识别的电源将功率选择性地发送至所述电路，以按照与所述存储器设备中的电路的自 然耗电不同的预定方式对耗电进行仿真。
17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储器是固态存储器，且其中 所述功率控制电路被配置和安排成从所识别电源将功率选择性地发送至所述电路，以对 旋转磁介质硬盘驱动器的耗电进行仿真。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率控制电路被配置和安排成基 于相对于数据的时序特性从所识别电源将功率选择性地发送至所述电路，以按照预定方 式对耗电进行仿真。
19.一种用于在存储器控制电路的控制之下响应于数据存取以存储数据的固态存储器 设备的功率控制器电路，所述功率控制器电路包括电源感测电路，其被配置成感测可用电源的存在和电压电平；配置电路，其存储指定用于电源的多个不同组合的耗电和开关操作的配置数据，且 被编程为基于所述电源和由所述感测电路感测到的它们相应的电压电平取回检索配置数 据；以及功率发送器，其被配置和安排成根据所检索的配置数据切换来自至少两个不同电源 的功率，以对所述固态存储器设备中的不同电路供电。
20.如权利要求19所述的电路，其特征在于，所述配置电路被编程为将所述配置数据的集合储存于非易失性存储器电路中，每个集合属于可用电源的特 定组合，基于所述电源和由所述感测电路感测到的它们各自的电压电平选择所述配置数据的 一个集合，以及利用算法执行所述配置数据以控制所述功率发送器来切换功率。
21.如权利要求20所述的电路，其特征在于，所述配置电路被编程为基于每个电 路在一个或多个不同电压下工作的能力和所感测到的电源各自感测到的电压电平，选择 用每个感测到的电源供电的一个或多个电路。
22.—种用于控制在存储器控制电路的控制之下响应于数据存取以存储数据的固态存 储器设备中的功率分布的方法，所述方法包括感测可用电源的存在及其电压电平；存储规定用于电源的多个不同组合的耗电和开关操作的配置数据；基于所述电源和由所述感测电路感测到的它们各自的电压电平检索配置数据；以及根据所检索的配置数据切换来自至少两个不同电源的功率，以对所述固态存储器设 备中的不同电路供电。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括将所述配置数据的集合储存于非易失性存储器电路中，每个集合属于可用电源的特 定组合，基于所述电源和由所述感测电路感测到的它们各自的电压电平，选择所述配置数据 的一个集合，以及利用算法执行所述配置数据以控制所述功率发送器来切换功率。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，切换功率包括基于每个相应电路在 一个或多个不同电压下工作的能力和所感测到的电源各自感测到的电压电平来选择用每 个感测到的电源供电的一个或多个电路，并用选中了所述电路的所感测到的电源对所选 择的每个电路供电。
全文摘要
从一个或多个电源发送功率。根据一个或多个示例实施例，一种数据存储设备感测和/或被告知一个或多个电源的可用性和电压电平。基于电源的可用性和电压电平，存储器设备中的电路利用感测到的电源中的一个或多个来供电。在某些应用中，以仿真各自被供电的一个或多个电路的行为的方式来耗电。
文档编号G11C16/06GK102013272SQ20101021983
公开日2011年4月13日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年6月26日
发明者C·T·科尔, J·D·特兰萨姆 申请人:希捷科技有限公司