差分電流感測(cè)放大器和非易失性存儲(chǔ)器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]此申請(qǐng)的主題是用于感測(cè)對(duì)應(yīng)于非易失性存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器狀態(tài)的傳導(dǎo)電流的感測(cè)電路和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用閃存的可再編程非易失性大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用廣泛用于存儲(chǔ)如下數(shù)據(jù):計(jì)算機(jī)文件、相機(jī)照片、和其他類型的主機(jī)生成和/或使用的數(shù)據(jù)。一種受歡迎的形式的閃存是可移除地通過連接器連接到主機(jī)的卡片。有許多不同的商用閃存卡，例子是商標(biāo)壓縮閃存(CF)、MultiMediaCard(MMC)、安全數(shù)字(SD)、miniSD，microSD、記憶棒、記憶棒微(Memory Stick Micro)、xD-圖片卡、SmartMedia 和 TransFlash 下銷售的那些。這些卡片根據(jù)它們的規(guī)格具有獨(dú)特的機(jī)械插頭和/或電氣接口，且插入被提供作為與主機(jī)連接的一部分的匹配插座。
[0003]另一種形式的廣泛使用的閃存系統(tǒng)是閃存盤，這是在小的長(zhǎng)形封裝中的一種手持式存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其具有通過插入主機(jī)的USB插座來與主機(jī)連接的通用串行總線(USB)插頭。
SanDisk公司--其受讓人--在其Cruzer、Ultra and Extreme Contour商標(biāo)下售賣閃存盤。在另一種形式的閃存系統(tǒng)中，大量的存儲(chǔ)器被永久安裝在主機(jī)系統(tǒng)中，如在筆記本電腦中、代替通常的磁盤驅(qū)動(dòng)器大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。這三種形式的大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)一般包括相同類型的閃存陣列。它們每個(gè)也通常包含自己的存儲(chǔ)器控制器和驅(qū)動(dòng)器，但也有一些只存儲(chǔ)器的系統(tǒng)，而至少部分由由存儲(chǔ)器連接到的主機(jī)執(zhí)行的軟件來控制。閃存通常被形成在一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片上，且控制器在另一個(gè)電路芯片上。但在包括控制器的某些存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，特別是嵌入在主機(jī)內(nèi)的那些，存儲(chǔ)器、控制器和驅(qū)動(dòng)器通常被形成在單個(gè)集成電路芯片上。
[0004]有在主機(jī)和閃存系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)的兩個(gè)主要技術(shù)。在其中一個(gè)中，系統(tǒng)生成或接收的數(shù)據(jù)文件的地址被映射到為系統(tǒng)建立的連續(xù)邏輯地址空間的不同的范圍中。地址空間的程度通常足以覆蓋系統(tǒng)能夠處理的整個(gè)范圍的地址。作為一個(gè)例子，磁盤存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器通過這樣的邏輯地址空間與計(jì)算機(jī)或其他主機(jī)系統(tǒng)通信。主機(jī)系統(tǒng)保持跟蹤由文件分配表(FAT)分配給其文件的邏輯地址，且存儲(chǔ)器系統(tǒng)維護(hù)那些邏輯地址到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所在的物理存儲(chǔ)器地址的映射。大多數(shù)商用的存儲(chǔ)卡和閃存利用這種類型的接口，因?yàn)樗M主機(jī)已經(jīng)共同對(duì)接的磁盤驅(qū)動(dòng)器的接口。
[0005]在兩種技術(shù)的第二個(gè)中，電子系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)文件被唯一地標(biāo)識(shí)，且其數(shù)據(jù)被文件中的偏移來邏輯地尋址。然后，這些文件標(biāo)識(shí)符在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中直接被映射到物理存儲(chǔ)器位置。在其他地方，例如在專利申請(qǐng)公開號(hào)US2006/0184720A1中，描述和對(duì)比這兩種類型的主機(jī)I存儲(chǔ)器系統(tǒng)接口。
[0006]閃存系統(tǒng)通常使用具有存儲(chǔ)器單元的陣列的集成電路，存儲(chǔ)器單元的陣列分別存儲(chǔ)電荷，該電荷根據(jù)被存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)來控制存儲(chǔ)器單元的閾值水平。導(dǎo)電浮置柵極通常被提供作為存儲(chǔ)器單元的一部分，以存儲(chǔ)電荷，但是替換地使用介電電荷捕獲材料。NAND架構(gòu)通常是用于大容量規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器單元陣列首選的。相反，其他架構(gòu)、諸如NOR通常用于小容量的存儲(chǔ)器?？梢酝ㄟ^參照美國專利號(hào)5570315、5774397、6046935、6373746、6456528、6522580、6643188、6771536、6781877 和 7342279 來包含作為閃存系統(tǒng)的部分的NAND閃存陣列及其操作的例子。
[0007]在存儲(chǔ)器單元陣列中存儲(chǔ)的每一位的數(shù)據(jù)所需的集成電路的面積量這些年來已經(jīng)顯著減少，且目標(biāo)仍然是進(jìn)一步減少。因此降低閃存系統(tǒng)的成本和大小。NAND閃存陣列結(jié)構(gòu)的使用有助于此，但也使用其他方法來減少存儲(chǔ)器單元陣列的大小。這些其他的方法之一是在半導(dǎo)體基板上、在不同平面上一個(gè)壓一個(gè)地、形成多個(gè)二維存儲(chǔ)器單元陣列，而不是更典型的單個(gè)陣列。在美國專利號(hào)7023739和7177191中給出具有多個(gè)堆疊的NAND閃存單元陣列的集成電路的例子。
[0008]另一種類型的可再編程的非易失性存儲(chǔ)器單元使用可變電阻存儲(chǔ)器元件，該可變電阻存儲(chǔ)器元件可以被設(shè)置為導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)(或，分別地低或高阻狀態(tài))，和一些另外地以部分地導(dǎo)電狀態(tài)并保持在該狀態(tài)中，直到后來重新設(shè)置初始條件。可變電阻元件分別被連接兩個(gè)正交延伸的導(dǎo)體(通常是位線和字線)之間，在二維陣列中在它們互相交叉處。這種元件的狀態(tài)通常由置于插置的導(dǎo)體上的適當(dāng)電壓來改變。因?yàn)檫@些電壓必需被施加到大量其他未選擇的電阻性元件，因?yàn)樗麄冄赝粚?dǎo)體相連作為所選的元件被編程或讀取的狀態(tài)，因此漏電流可能流過它們。當(dāng)存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器狀態(tài)通過測(cè)量其導(dǎo)電電流來讀取時(shí)，讀取可能由于噪聲的存在、諸如額外的泄漏電流而是錯(cuò)誤的。
[0009]期望通過大量存儲(chǔ)器單元并行執(zhí)行數(shù)據(jù)讀取和編程操作導(dǎo)致:讀取電壓被施加于非常大量的其他存儲(chǔ)器單元，并導(dǎo)致如下問題:管理泄漏電流以在讀取操作期間最小化錯(cuò)誤和余量損失問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]差分電流感測(cè)
[0011]可由一對(duì)選擇的字線和位線來訪問存儲(chǔ)器陣列中的存儲(chǔ)器單元。當(dāng)適當(dāng)?shù)钠秒妷罕皇┘佑谠搶?duì)選擇的字線和位線時(shí)，存儲(chǔ)器單元將具有取決于它的存儲(chǔ)器狀態(tài)的單元導(dǎo)電電流。
[0012]攜帶單元導(dǎo)電電流的選擇的位線也可能具有泄漏電流或由于與鄰近陣列結(jié)構(gòu)的弱耦合而造成的噪聲分量。在兩個(gè)感測(cè)階段上從選擇的位線進(jìn)行感測(cè)的感測(cè)放大器能夠區(qū)分存儲(chǔ)器導(dǎo)電電流和漏電流。在第一階段中，感測(cè)放大器通過在預(yù)定的時(shí)間中用組合電流(單元導(dǎo)電電流加泄漏電流)放電電容來感測(cè)位線電流。在第二階段中，單元導(dǎo)電電流被最小化，且明顯地使用在選擇的位線中的泄漏電流來在與預(yù)定的時(shí)間相同的時(shí)間中協(xié)力地充電電容器，有效地減去在第一感測(cè)階段中包括的泄漏電流分量。電容器在兩個(gè)感測(cè)階段中的結(jié)果電壓降提供單獨(dú)的單元導(dǎo)電電流的測(cè)量，從而避免由于在選擇的位線中的泄漏電流而導(dǎo)致的讀取誤差。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種感測(cè)存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流的方法包括提供用于訪問存儲(chǔ)器單元的位線，所述位線具有從存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流和由于噪聲而導(dǎo)致的電流中構(gòu)成的第一位線電流；預(yù)充電電容器到高于參考電壓的第一預(yù)定電壓；在第一感測(cè)階段中，用第一位線電流來放電所述電容器達(dá)預(yù)定時(shí)間段，其中，所述第一預(yù)定電壓下降到第二電壓；在第二感測(cè)階段中，最小化所述存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流，使得所述位線具有明顯從由于噪聲而導(dǎo)致的電流構(gòu)成的第二位線電流，并用所述第二位線電流充電所述電容器達(dá)與預(yù)定時(shí)間段相同的時(shí)間，其中，所述第二電壓增加到第三電壓；以及比較所述第三電壓與所述參考電壓以給出所述存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流的測(cè)量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括在第一感測(cè)階段期間由預(yù)定升壓電壓來臨時(shí)地升壓電容器處的電壓以提供更多凈高空間(headroom)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種感測(cè)非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流的感測(cè)放大器包括位線，用于訪問存儲(chǔ)器單元，所述位線具有從存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流和由于噪聲而導(dǎo)致的電流中構(gòu)成的第一位線電流；位線電壓電路，用于保持所述位線在預(yù)定的電壓處；電容器；預(yù)充電電路，耦合于所述電容器，以預(yù)充電所述電容器到高于參考電壓的第一預(yù)定電壓；在第一感測(cè)階段中，第一組信號(hào)使得所述電容器能夠被耦合以用第一位線電流來放電達(dá)預(yù)定時(shí)間段，其中，所述第一預(yù)定電壓下降到第二電壓；在第二感測(cè)階段中，所述存儲(chǔ)器單元使得導(dǎo)電電流被最小化，使得所述位線具有明顯從由于噪聲而導(dǎo)致的電流構(gòu)成的第二位線電流，并且第二組信號(hào)使得所述電容器被耦合以用所述第二位線電流充電達(dá)與所述預(yù)定時(shí)間段相同的時(shí)間，其中第二電壓增加到第三電壓；以及比較器，用于比較所述第三電壓與所述參考電壓以給出所述存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流的測(cè)量。
[0016]在以下的示例例子的描述中包括非創(chuàng)新的三維可變電阻元件的各種方面、優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)，其描述應(yīng)該結(jié)合附圖。
[0017]在此通過為了所有目的來整體引用來合并在此參考的所有專利、專利申請(qǐng)、文章、其他出版物、文件和事物。在任何合并的出版物、文件或事物和本申請(qǐng)之間的在術(shù)語的定義或使用方面中的任何不一致或沖突的情況下，以本申請(qǐng)為準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0018]圖1示意性地示出以這種存儲(chǔ)器的一部分的等同電路的形式的三維存儲(chǔ)器的架構(gòu)。
[0019]圖2是可以使用圖1的三維存儲(chǔ)器的示例性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方框圖。
[0020]圖3圖示用于感測(cè)存儲(chǔ)器單元的差分電流的感測(cè)放大器。
[0021]圖4(A)_4(N)是示意性地示出圖3所示的感測(cè)放大器的操作的時(shí)序圖。
[0022]圖5是示出感測(cè)存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流的方法的流程圖。
[0023]圖6是示出操作圖3所示的感測(cè)放大器的低電壓的優(yōu)選實(shí)施例的時(shí)序圖。
[0024]圖7是圖示在低電壓條件下感測(cè)存儲(chǔ)器