用于非易失性存儲器的系統和方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]如今的電子設備通常需要存儲器以便操作。存在兩種類型的存儲器。易失性或動態存儲器和非易失性或靜態存儲器。易失性存儲器需要功率，諸如刷新循環，以保持存儲在其中的數據。易失性存儲器通常比非易失性存儲器更快而且更便宜。使用編程或寫入操作將數據寫入易失性存儲器單元，并使用讀取操作從易失性存儲器單元讀取數據。然而，當失去功率時，數據也會失去。
[0002]非易失性存儲器也使用功率來操作，但能夠在沒有功率時保持數據。通過施加相當大的改變了存儲器的存儲器單元狀態的電壓，數據被寫入非易失性存儲器。該相當大的電壓是破壞性的，并限制了這種存儲器能夠執行的寫入周期的數量。此外，讀取操作往往較慢。
[0003]電子設備使用的存儲器類型通常取決于設備的需要。例如，如果數據需要在沒有功率的情況下被保持，通常使用非易失性存儲器。如果不是這樣，則使用易失性存儲器。
【附圖說明】
[0004]圖1為示出了一種自供電的存儲器系統100的框圖，所述存儲器系統100使用易失性功率之外的非易失性功率，以便保持數據。
[0005]圖2為示出了使用自供電存儲器的系統的框圖。
[0006]圖3為示出了可與自供電存儲器系統一同使用的硅電池的橫截面視圖。
[0007]圖4為示出了一種自供電的實時時鐘系統的框圖。
[0008]圖5為示出了自供電的角度傳感器系統的框圖。
[0009]圖6為具有操作為功率緩沖器的集成電池部件的系統的示意圖。
[0010]圖7為示出了使用集成電池來提供持久性存儲器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]現在將參照各附圖描述本發明，其中通篇使用相同的附圖標記來指代相同的元件，并且其中所圖示的結構和設備不一定按比例繪制。
[0012]所公開的系統和方法有助于使用靜態或非易失性存儲器的系統和方法。提供了一種具有片上電池的自供電的存儲器系統，其允許在使用動態/易失性存儲器時的靜態存儲器行為。
[0013]圖1為示出了一種自供電存儲器系統100的框圖，所述自供電存儲器系統100在易失性功率之外還使用非易失性功率，以便保持數據。該系統100針對當主功率或易失性功率不可用的時候利用非易失性功率。因此，能夠向易失性存儲器提供持久性功率。因此，即使主功率或易失性功率不存在時，存儲器內部的內容或數據得以保持。
[0014]該系統100包括讀寫邏輯102、易失性存儲器104、開關部件106、易失性或主要功率部件108、和電池部件110。作為示例，系統總線122與系統100傳送數據。
[0015]易失性存儲器104是這樣一種類型的存儲器，當不供電時所存儲的數據可能會失去數據完整性。易失性存儲器104可以包括，例如，動態隨機存取存儲器(DRAM)、隨機存取存儲器(RAM)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)等。在一個示例中，易失性存儲器104包括6個基于反饋CMOS反相器結構(2X2晶體管)的晶體管SRAM結構。
[0016]一般來說，相比于易失性存儲器，例如存儲器104，非易失性存儲器具有一些缺點。非易失性存儲器需要特別的相對高的電壓以用于寫入操作。例如，非易失性存儲器通常通過對單元施加相當大的電壓以便編程或寫入。這些大的電壓是破壞性的，并且每次在施加時使單元劣化。若干個周期之后，非易失性單元劣化到無法正確或可靠地工作的程度。例如，非易失性單元可以被限制到小于1000個寫入周期。此外，相比于易失性存儲器，在存取時間、編程/寫入時間和讀取時間方面，非易失性存儲器是相對較慢的。非易失性存儲器需要特殊的電壓以及更復雜的讀取/寫入邏輯來實現。因此，存儲器操作(存取時間、讀取時間、編程時間)通常需要更長的時間來執行。因此，使用它們的系統可能必須等待較慢的存儲器操作。而且，非易失性存儲器需要更大并且更復雜的結構來實現，并因此需要比易失性存儲器更大的晶片。非易失性存儲器需要特殊的技術，諸如隧道氧化物，以最小化編程電壓和電荷泵以允許片上編程。讀取是有難度的，這是因為用于寫入的電平差異和場強。
[0017]易失性存儲器104提供了相對較快的存儲器操作，由于較低的復雜度，需要較少的晶片或面積，并且在寫入周期方面具有較長的使用壽命。易失性存儲器104使用較低的電壓(不是特殊電壓)，這避免了使用高電壓功率電路。此外，存儲器操作，包括讀取和寫入/編程，更快地發生，部分是由于使用較低的電壓。壽命可以超過100，000個寫入周期。
[0018]一般來說，易失性存儲器在沒有功率時不保持數據。易失性存儲器104具有持久性電源116，使得其保持所存儲的數據。
[0019]一種易失性或主要電源部件108產生易失性電源112。易失性電源112是隨時間變化的電源，其可以處于OFF和/或低于針對系統100保持操作的部件的閾值的功率水平。這些閾值包括這樣的值，該值使得易失性存儲器104在沒有附加電源的情況下就無法恰當地保持數據。易失性部件是典型的在電子設備中使用的電源。當更大的系統關斷時，電源部件108是關斷的。例如，在汽車系統中，易失性部件108在汽車停止時將不提供功率。易失性電源部件108向一個或多個部件提供電源，包括電路、邏輯、傳感器、控制器等。為了幫助理解，示出易失性電源112被提供給開關部件106，然而要理解的是，易失性電源112可以被提供給其他部件。
[0020]電池部件110提供了一種非易失性功率114。非易失性功率114通常總是可供使用。電池部件110包括持久性電源，諸如電池、電容器或某些其它能夠存儲功率的物件。電池部件110包括不可充電型(主要)和可充電型(次要)。在一個示例中，電池部件110包括硅基電池。此外，在一個示例中，電池部件110可以包括電壓調節，以提供選定電壓或電壓范圍的功率輸出。電池部件110通常形成在與易失性存儲器104、讀/寫邏輯102等相同的晶片或芯片上。
[0021]開關部件106接收易失性電源112和非易失性電源114，并向易失性存儲器104提供持久性電源116。在一個示例中，開關部件106利用易失性存儲器112，除非它是不可用的。當易失性電源112不可用時，使用非易失性電源114。在另一個示例中，開關部件106在電壓低于閾值的易失性電源112上提供非易失性電源114。
[0022]在一個示例中，開關部件106包括與易失性電源108和電池部件110連接的二極管。該二極管防止電流或功率流向電池部件110。在另一個示例中，開關部件106包括無源或有源半導體元件而不是二極管。該半導體元件，諸如雙極晶體管、結型-FET或MOS-晶體管，提供附加的電流流動的主動控制。主動控制包括例如在系統發生故障使電池部件110過載的情況下的保護性關斷功能，或者用于系統控制和診斷目的。
[0023]可選地，系統100可以包括耦合到易失性電源108和電池110的電池電路124。電池電路124被配置為監控電池部件110，且為其剩余電量下降到閾值或某些其它觸發點以下的電池部件110充電。
[0024]讀/寫邏輯102與易失性存儲器相互作用，以執行存儲器操作118，包括讀取操作和寫入操作。讀/寫邏輯102使用比用于在常規非易失性存儲器系統上執行存儲器操作的邏輯更低的電壓和復雜度。
[0025]系統總線122被配置為與系統100的讀/寫邏輯102和其它部件傳送數據120。因此，數據120可以從總線122提供給邏輯以用于寫入，以及通過讀取操作從邏輯102提供。數據120可以使用系統總線122來與其它部件(未示出)進行傳送。例如，數據120可以用于控制系統、汽車電子系統等。
[0026]要理解的是，也可以考慮系統100的適當變型。
[0027]圖2為示出了使用自供電存儲器的系統200的框圖。該系統200被提供作為示例以說明系統內自供電存儲器的使用。然而，要理解的是，其它系統以及系統200的變型也可以使用自供電存儲器。
[0028]系統200包括自供電存儲器系統100、系統總線122、系統控制器22