為數據存儲設備中的輔助電源充電的方法及相關設備的製作方法

2023-07-12 15:11:26 1

專利名稱：為數據存儲設備中的輔助電源充電的方法及相關設備的製作方法
技術領域：
示例性實施例涉及電子領域，更具體地說，涉及半導體數據存儲設備。
背景技術：
諸如固態盤(solid state disk, SSD)的數據存儲設備已被用來取代硬碟驅動器 (hard disk drive, HDD)。與HDD不同，SSD可以包括較少的機械組件，特別是較少的活動組件。與HDD相比，SSD能夠具有較短的時延，從而可以以較高的速度執行讀寫操作。

發明內容
根據本發明構思的實施例能夠提供為數據存儲設備中的輔助電源充電的方法以及相關設備。根據這些實施例，能夠提供一種操作數據存儲設備的方法，該方法可以包括對包括半導體存儲器以作為主存儲單元的數據存儲設備加電或熱插拔。可以向數據存儲設備供電，並且數據存儲設備的輔助電源的充電操作可以延遲，從而能夠在產生湧入電流 (inrush current)之後對輔助電源充電。在根據本發明構思的一些實施例中，可以在向數據存儲設備的內部元件供電結束後對輔助電源充電。在根據本發明構思的一些實施例中，能夠提供一種操作數據存儲設備的方法，該方法可以包括對包括半導體存儲器以作為主存儲單元的數據存儲設備加電或熱插拔。可以向數據存儲設備供應第一電力和第二電力，並且可以向數據存儲設備的內部元件供應第一電力。在第二電力被施加到數據存儲設備並且經過了預定時間之後，可以用第二電力對輔助電源充電，並且當數據存儲設備突然失去供電時，可以從輔助電源向數據存儲設備的內部元件供電。在根據本發明構思的一些實施例中，在產生湧入電流之後執行對輔助電源的充電。在根據本發明構思的一些實施例中，在向數據存儲設備的內部元件供電結束之後執行對輔助電源的充電。在根據本發明構思的一些實施例中，第一電力和第二電力是不同的電壓電平。在根據本發明構思的一些實施例中，第一電力和第二電力是相等的電壓電平。在根據本發明構思的一些實施例中，數據存儲設備可以包括至少一個非易失性存儲器，該非易失性存儲器包括在主存儲單元中。存儲設備控制器可以控制至少一個非易失性存儲器的操作。輔助電源可以被配置成在突然斷電時向至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器提供輔助電力。輔助電源可以被配置成在加電或熱插拔操作時，在產生湧入電流之後開始充電操作。在根據本發明構思的一些實施例中，可以在向至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器供電結束之後開始輔助電力的充電操作。在根據本發明構思的一些實施例中，可以從外部設備供應提供給至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器的電力和用於對輔助電源充電的電力。在根據本發明構思的一些實施例中，所述設備還可以包括電源，該電源可以被配置成供應提供給至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器的電力和用於對輔助電源充電的電力。在根據本發明構思的一些實施例中，可以提供一種操作數據存儲設備的方法，該方法可以包括在對包括半導體存儲器的數據存儲設備加電或對該數據存儲設備熱插拔時在該數據存儲設備接收第一電力和第二電力。可以將第一電力施加到數據存儲設備，並且可以基於出現因施加第一電力而產生的湧入電流的時間，在延遲之後將第二電力施加到該數據存儲設備中包括的輔助電源。在根據本發明構思的一些實施例中，可以基於出現湧入電流的時間，將向輔助電源施加第二電力延遲預定時間，從而在出現湧入電流之後允許開始對輔助電源充電。在根據本發明構思的一些實施例中，可以響應於檢測到湧入電流的出現而延遲向輔助電源施加第二電力。在根據本發明構思的一些實施例中，可以響應於檢測到湧入電流的出現已經過去，在延遲後向輔助電源施加第二電力。在根據本發明構思的一些實施例中， 所述方法還可以包括在出現湧入電流之後允許開始對輔助電源充電。


圖1是示出根據本發明構思的示例性實施例的數據存儲設備和包括該數據存儲設備的用戶設備的框圖。圖2是根據本發明構思的示例性實施例的在圖1中圖示的存儲設備控制器的框圖。圖3是根據本發明構思的另一個示例性實施例的在圖1中圖示的存儲設備控制器的框圖。圖4是示出根據本發明構思的示例性實施例的輔助電源的框圖。圖5是示出圖4中圖示的延遲單元的框圖。圖6是描述根據本發明構思的示例性實施例的數據存儲設備的驅動方法的流程圖。圖7是示出在驅動常規數據存儲設備時產生的電流的變化的示圖。圖8是示出在驅動數據存儲設備時產生的湧入電流的示圖。圖9是示出在根據本發明構思的一些實施例中、在利用了湧入電流減小方法的情況下在驅動數據存儲設備時產生的電流的變化的示圖。圖10是示出根據本發明構思的另一示例性實施例的數據存儲設備的框圖。圖11是示出根據本發明構思的示例性實施例的計算系統的框圖。圖12是示出根據本發明構思的示例性實施例的數據處理系統的框圖。圖13是示出圖12中圖示的海量存儲設備的框圖。
具體實施例方式下面參照附圖更全面地描述本發明構思，附圖中示出了本發明構思的實施例。然而，本發明構思可以以許多不同的形式具體實現，不應被理解為局限於此處闡述的實施例。 相反，提供這些實施例是為了使本公開充分和全面，並向本領域技術人員充分傳達本發明構思的範圍。在附圖中，為清楚起見，可能誇大層和區域的大小和相對大小。相同的參考標記始終指代相同的元件。將會理解，雖然此處可能使用詞語「第一」、「第二」、「第三」等來描述不同的元件、 組件、區域、層和/或扇區，但這些元件、組件、區域、層和/或扇區不受這些詞語的限制。這些詞語僅僅用於將一個元件、組件、區域、層或扇區與另一個元件、組件、區域、層或扇區區分開來。因而，下面討論的第一元件、組件、區域、層或扇區也可被稱為第二元件、組件、區域、層或扇區，而不會偏離本發明構思的教導。此處使用的術語僅僅出於描述具體實施例的目的，並非意圖限制本發明構思。此處使用的單數形式「一」、「該」意圖也包括複數形式，除非上下文明確給出相反指示。還將理解，當本說明書中使用詞語「包括」和/或「包含」時，表明存在所描述的特徵、整體、步驟、 操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、 組件和/或它們的組合。此出使用的術語「和/或」包括關聯的列出項目中的任何一個或一個或多個的所有組合。將會理解，當一元件或層被稱為在另一元件或層「上」或「連接到」、「耦接到」或「鄰近」另一元件或層時，其可以直接在所述另一元件或層上或直接連接到、耦接到或鄰近該另一元件或層，或者也可以存在居間的元件或層。相反，當一元件或層被稱為「直接」在另一元件或層「上」或「直接連接到」、「直接耦接到」或「緊鄰」另一元件或層時，不存在居間的元件或層。除非另外定義，否則此處使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)所具有的含義均與本發明構思所屬領域普通技術人員通常理解的含義相同。還將理解，術語，如通常使用的詞典中定義的那些術語，應被解釋為其含義與它們在相關領域和/或本說明書的上下文中的含義一致，不應以理想化或過分形式化的方式來解釋，除非本文明確地那樣定義。舉例來說，將利用固態驅動器(solid state drive, SSD)作為存儲設備來描述本發明構思，所述SSD採用半導體存儲器中的快閃記憶體作為主存儲器。但是，根據本發明構思的示例性實施例的存儲設備和數據存儲方法不僅可以應用於SSD，還可以應用於其他類型的存儲設備(如存儲卡等)。在根據本發明構思的一些實施例中，在出現湧入電流時，如在加電後不久或在熱插拔(hot-plug)數據存儲設備後不久，第一電力PWRl是施加到數據存儲設備的唯一電力。 直到已經出現過湧入電流之後(即，在湧入電流已經過去之後)，第二電力PWR2 (例如12V) 才被提供到電力存儲電路，從而與對超級電容器(super capacitor)(用作輔助電源)充電相關的電流不會與湧入電流同時出現。這意味著，可以避免在產生湧入電流時數據存儲設備產生較大的功耗。結果，可以避免意外的系統故障並提供對數據存儲設備的安全穩定的操作。圖1是示出根據本發明構思的示例性實施例的數據存儲設備和包括該數據存儲設備的用戶設備的框圖。參照圖1，根據本發明構思的示例性實施例的用戶設備1000包括主機1100和數據存儲設備1200。數據存儲設備1200包括存儲設備控制器220、一個或多個非易失性存儲器201到20η (η是2或大於2的整數)以及輔助電源230。以下在數據存儲設備1200是固態盤或驅動器(SSD)的情況下描述根據本發明構思的實施例。但是，數據存儲設備1200不局限於SSD。舉例來說，數據存儲設備1200 可以被集成到一個半導體器件中，成為個人計算機存儲卡國際協會(personal computer memory card international association,PCMCIA) +、CF、SM、SMC、i己十乙_、MMC、RS—MMC、 MMC-micro, SD 卡(SD、miniSD、microSD、SDHC)、UFS 等等。主機1100可以被配置成控制數據存儲設備1200。舉例來說，主機1100可以包括諸如個人計算機/可攜式計算機、PDA、PMP、MP3播放器等等的可攜式電子設備。主機1100 和數據存儲設備1200可以通過標準化的接口互連，所述標準化接口諸如USB、SCSI、ESDI、 SATA、SAS、PCI-express (快速PCI)或IDE接口。但是，主機1100和數據存儲設備1200的互連方式可以以各種方式實現，不局限於本公開內容。如圖1中所示，如果數據存儲設備1200形成SSD，則存儲設備控制器220可以形成 SSD控制器。數據存儲設備1200經由信號連接器221向主機1100發送信號和從主機1100接收信號，並且經由電力連接器231接收電力。數據存儲設備1200中的非易失性存儲器201到20η可以用作數據存儲設備1200 的主存儲器或存儲介質。存儲設備控制器220響應於來自主機1100的請求控制非易失性存儲器201到20η的讀取、寫入和擦除操作。非易失性存儲器201到20η可以是具有海量存儲容量的非易失性存儲器件NVM。在這種情況下，即使在去除電力後數據存儲設備1200 仍可以保留其中存儲的數據。在非易失性存儲器中，可以使用快閃記憶體來實現非易失性存儲器201到20η。此夕卜，也可以使用PRAM、MRAM、ReRAM、FRAM等等來實現非易失性存儲器201到20η。在一些實施例中，可以使用諸如DRAM或SRAM的易失性存儲器或由兩種類型存儲器形成的混合存儲器來實現非易失性存儲器201到20η。形成非易失性存儲器201到20η的快閃記憶體晶片可由NAND (與非)快快閃記憶體儲單元(flash memory cell)或NOR(或非)快快閃記憶體儲單元形成。可替換地，形成非易失性存儲器201到20η的快閃記憶體晶片可由NAND和NOR快快閃記憶體儲單元形成。存儲單元的群組稱為存儲單元陣列。在非易失性存儲器201到20η中的每一個非易失性存儲器中的存儲單元陣列可以由多個塊形成，每個塊具有多個頁。每個頁包括共用一條字線的多個存儲單元。使用一條字線中的存儲單元來存儲一頁或多頁。換句話說，每個存儲單元可以存儲1比特數據或M比特數據(Μ是2或大於2的整數)。可以以各種類型來形成存儲單元的電荷存儲層。舉例來說，存儲單元的電荷存儲層由諸如Si3N4、A1203、HfA10、HfSi0等等的多晶矽或絕緣膜形成。利用諸如Si3N4、A1203、 HfAlO, HfSiO等等的絕緣膜作為電荷存儲層的快閃記憶體被稱為電荷捕獲快閃(charge trap flash, CTF)存儲器。非易失性存儲器201到20η可以經由多個通道CHl到CHn與存儲設備控制器220 連接。一個通道與一個或多個存儲器件連接，所述一個或多個存儲器件與相同的數據總線連接。存儲設備控制器220經由信號連接器221向主機1100發送和從主機1100接收信號SGL。這裡，信號SGL可以包括命令、地址和數據。存儲設備控制器220可以根據主機 1100的命令向存儲器件寫入數據或從存儲器件讀取數據。從內部或外部電源(power supply)向數據存儲設備1200提供電力PWRi以用於各種操作。可以經由多條電力線PWLl到PWLk將從外部設備供應給數據存儲設備1200的電力PWRi提供到數據存儲設備1200的內部元件。可以將數據存儲設備1200的內部元件劃分為多個電力域(power domain)。但是，電力可能由於用戶疏忽或設備故障而突然中斷。 本文中有時將這種情況稱為「突然斷電」。當突然斷電時，數據存儲設備1200可能停止工作。此外，數據存儲設備1200可能因突然斷電而受到損害。舉例來說，可能丟失將從數據存儲設備1200讀取或向數據存儲設備1200寫入的數據。為了應對突然斷電，數據存儲設備1200包括輔助電源230。輔助電源230放置在數據存儲設備1200內部或外部。舉例來說，輔助電源230位於主板上，以向數據存儲設備 1200供應輔助電力。輔助電源230可以包括能夠存儲輔助電力的電力存儲電路。可以將充電和放電電荷的電容器用作電力存儲電路。以下將描述用電容器(有時在本文中稱為「超級電容器」)(參照圖4中的235)作為能夠存儲電荷的電力存儲電路的例子。輔助電源230 可以經由電力連接器231與主機1100連接。輔助電源230使用來自主機1100的電力PWRi 對諸如超級電容器的電力存儲電路充電。輔助電源230可以用作輔助電力以供數據存儲設備1200執行操作，從而避免在突然斷電之後發生數據或計算丟失。可以經由多個電力線PWLl到PWLk將來自輔助電源230 的電壓施加到數據存儲設備1200的內部元件。為了減小在加電或熱插拔操作時的電流湧入(湧入電流)，數據存儲設備1200可以通過延遲向輔助電源設備230中的電力存儲電路(例如，超級電容器)施加電力(例如， 圖4中的PWR2)的時間，或對允許對該電力存儲電路充電的時間定時，來延遲對電力存儲電路的充電。在根據本發明構思的一些實施例中，在當加電或熱插拔操作時已經出現過湧入電流之後，可以允許對輔助電源230的電力存儲電路充電。也就是說，由於在已經出現過湧入電流之後才允許對電力存儲電路充電(這會導致較大功耗)，因此可以減小在對數據存儲設備1200進行加電或熱插拔操作時數據存儲設備1200的功耗。因此，可以避免意外的系統故障現象並提供對數據存儲設備1200的安全穩定的操作。圖2是示出根據本發明構思的示例性實施例的在圖1中圖示的存儲設備控制器的示圖。參照圖2，存儲設備控制器220A包括主機接口 222、快閃記憶體接口 224、處理單元2 和本地存儲器228。存儲設備控制器220A還可以包括ECC電路，用於檢測和糾正存儲在非易失性存儲器201到20η中的數據的錯誤，存儲設備控制器220Α也可以包括其他電路。主機接口 222提供與主機1100的接口，快閃記憶體接口 2Μ提供與非易失性存儲器201 到20η的接口。處理單元2 控制存儲設備控制器220Α的總體操作。在示例性實施例中， 處理單元2 可以是商用或定製微處理器。本地存儲器2 可以是一個或多個通用存儲器，所述通用存儲器存儲用於操作數據存儲設備1200的軟體或數據。本地存儲器2 可以包括高速緩衝器、ROM、PROM、EPR0M、EEPROM、PRAM、快閃記憶體、SRAM和DRAM。本地存儲器2 用於存儲將被寫入非易失性存儲器201到20η或將從非易失性存儲器201到20η讀取的數據。圖3是示出根據本發明構思的另一示例性實施例的在圖1中圖示的存儲設備控制器的示圖。在圖3中，圖示了存儲設備控制器220Β包括多個處理單元226-1到Μ6-Ν的例子。 存儲設備控制器220Β包括多個處理單元2沈-1到2^-Ν的架構稱為多核處理器。另一方面，如圖2中所示，存儲設備控制器220Α包括一個處理單元226的架構稱作單核處理器。存儲設備控制器220Β通過多個處理單元2沈_1到執行總體操作。存儲設備控制器220Β將多個控制操作分成組，並將組分配給多個處理單元2沈-1到2^-Ν。利用上述配置，可以並行執行多個控制操作。在示例性實施例中，多個處理單元2沈-1到2^-Ν 可以分別對應於多個通道CHl到CHn。因而，可以獨立地控制通道CHl到CHn。利用這樣的架構，儘管利用低頻率時鐘來驅動存儲設備控制器220B，但通過對多個通道CHl到CHn進行獨立控制仍可以提高存儲設備控制器220B的性能。圖4是示出根據本發明構思的示例性實施例的輔助電源設備的示圖，並且圖5是示出圖4中圖示的延遲單元的示圖。參照圖4，經由電力連接器231從外部設備(例如，主機1100)向數據存儲設備 1200供應電力PWRi。向數據存儲設備1200供應電力PWRi的電源(power source)可以包括直流電源、交流電源、可充電電池等等。經由電力連接器231從外部設備提供的電力PWRi可以具有一個或多個電平。例如，在用戶設備1000支持SATA接口的情況下，從外部設備經由電力連接器231向數據存儲設備1200同時提供3.3V、5V和12V的電力。為此，可以將SATA連接器的Pl到P3管腳分配給3. 3V的電力，將P7到P9管腳分配給5V的電力，並且將P13到P15管腳分配給12V的電力。從而可以根據數據存儲設備1200的設計方式和用途來使用提供給數據存儲設備 1200的至少一些或所有電力。例如，如果數據存儲設備1200是伺服器內部的大容量存儲設備，則它可以使用5V和12V的電力。也就是說，不使用3.3V的電力。在圖4中，圖示了經由電力連接器231從外部設備提供第一電力PWRl和第二電力 PWR2的例子。假定第一電力PWRl是5V，第二電力PWR2是12V。本公開不限制經由電力連接器231供應的電力的數量和類型。例如，第一電力PWRl和第二電力PWR2可以具有相同的電平或互不相同的電平。此外，可以與第一電力PWRl和第二電力PWR2 —起向數據存儲設備1200提供其他電力。如圖4中所示，可以經由多條電力線PffLl到PWLk將經由電力連接器231提供的第一電力PWRl提供給數據存儲設備1200的內部元件。例如，可以將5V的第一電力 PWRl提供給存儲設備控制器220、多個非易失性存儲器201到20η、電壓調節器(voltage regulator)、電壓檢測器223_1到223_k(k是2或大於2的整數)、緩衝存儲器等等。可以將諸如存儲設備控制器220、多個非易失性存儲器201到20η、電壓調節器223_1到223_k 和緩衝存儲器的數據存儲設備1200的內部元件分成多個電力域。在示例性實施例中，在從數據存儲設備1200被加電到其正常斷電期間將第一電力PWRl用作用於操作數據存儲設備 1200的電力。數據存儲設備1200還可以包括一個或多個電壓調節器，用於穩定提供給數據
9存儲設備1200的內部元件的電力。將經由電力連接器231提供的第二電力PWR2提供給輔助電源230，以向在輔助電源230內部提供的電力存儲電路充電。在示例性實施例中，在數據存儲設備1200突然斷電時，可以經由多個電力線PffLl到PWLk將電力存儲電路存儲的輔助電力供應給數據存儲設備1200的內部元件。結果，儘管從外部設備供應的電力可能突然中斷，但是通過使用輔助電力仍可以避免數據和計算丟失。輔助電源230包括延遲單元232、充電器234和充電單元(charge cell)陣列235。充電單元陣列235可以包括至少一個充電單元。充電單元是指諸如超級電容器的電力存儲電路。超級電容器可以存儲電荷。在圖4中，示例性地圖示了四對充電電容器並聯連接的例子，其中每對包括兩個串聯連接的充電電容器。本公開不限制充電單元陣列235 的配置。延遲單元232連接在電力連接器231和充電器(power charger) 2；34之間，並把將從電力連接器231提供的第二電力PWR2施加到充電器234的時間延遲預定時間。在示例性實施例中，延遲單元232將把第二電力PWR2施加到充電器234的時間延遲一秒。使用延遲單元232對施加第二電力PWR2的延遲可以對應於在上電或熱插拔操作時在從數據存儲設備1200產生湧入電流之後的時間(例如，620ms)。使用延遲單元232對施加第二電力PWR2 的延遲不局限於特定的例子(例如，1秒)。可以將該定時確定為在產生湧入電流之後的任何時間。例如，在一些實施例中，可以將該延遲指定為在檢測到湧入電流之後允許充電的任何時間。在圖5中，示例性地圖示了基於555定時器電路的延遲單元232。可以通過調整延遲單元232的電阻器Rl和R2以及電容器C的值來確定第二電力PWR2的施加定時(S卩，延遲單元232的延遲時間)。延遲單元232的配置不受本公開的限制。回到圖4，充電器234可以使用來自電力連接器231的第二電力PWR2對充電單元陣列235充電。在充電操作期間，充電器234可以向充電單元陣列235供應電荷。在示例性實施例中，充電器234可以包括內部電源設備(未示出)。在這種情況下，充電器234可以使用內部電源設備對充電單元陣列235充電。充電器234可以包括具有單向元件的輸出級。這裡，可以使用單向元件來避免來自充電器234的電流或電壓反向流動。在示例性實施例中，單向元件可以是二極體。在突然斷電時，可以經由多條電力線PWLl到PWLk將由充電單元陣列235充電的輔助電力供應到數據存儲設備1200的內部元件。多個升壓器(power booster)可以連接在充電單元陣列235與多條電力線PWLl到PWLk之間。在示例性實施例中，每個升壓器將從充電單元陣列235提供的輔助電力升壓並向相應的電力線提供升高的電壓。每個升壓器可以包括在其輸出級提供的單向元件。電力線PWLl到PWLk可以與電壓檢測器223_1到223_k連接，電壓檢測器223_1 到別感測(或檢測)電力線PWLl到PWLk的電壓電平。在根據本發明構思的一些實施例中，電壓檢測器223_1到223_k中的每一個可以由CMOS電晶體來實現。在另一個示例性實施例中，電壓檢測器223_1到223_k中的每一個可以被實現為開漏電晶體。由電壓檢測器223_1到223_k檢測的電壓被以線或(wired-OR)的方式連接，以生成復位信號nRST。利用這樣的配置，如果電壓檢測器223_1到223_k中的至少一個檢測到低於預定電壓的電壓，則可以產生復位信號nRST。由電壓檢測器223_1到223_k生成的復位信號nRST表示斷電復位信號。在根據本發明構思的一些實施例中，復位信號nRST在發生突然斷電之前生成，從而可以避免數據存儲設備1200中的數據和計算丟失。圖6是用於描述根據本發明構思的示例性實施例的數據存儲設備的驅動方法的流程圖。參照圖6，根據示例性實施例的數據存儲設備1200的驅動方法可以包括執行加電操作或熱插拔操作(Siooo)。熱插拔操作包括在不停止伺服器或計算機的服務的情況下添加或更換新的數據存儲設備。在這種情況下，伺服器或計算機可以無延遲地識別出添加或更換的數據存儲設備。從外部設備(例如，主機1100)向數據存儲設備1200供應第一電力PWRl和第二電力PWR2，並且數據存儲設備1200向數據存儲設備1200的內部元件供應第一電力PWR1。 此時，可以延遲對輔助電源230的電力存儲電路(例如，超級電容器)的充電操作(SllOO)。檢查在數據存儲設備1200是否產生湧入電流。例如，如果沒有產生湧入電流，則方法轉到操作S1100，從而對電力存儲電路(例如，超級電容器)的充電操作被延遲，直到產生湧入電流為止。在湧入電流已經過去之後，充電器234使用來自外部設備(例如，主機 1100)的第二電力PWR2向電力存儲電路(例如，超級電容器)充電。在示例性實施例中，第一電力PWRl和第二電力PWR2可以具有相同的電壓電平 (例如，5V)。可替換地，第一電力PWRl和第二電力PWR2可以具有不同的電壓電平。這裡， 第一電力PWRl和第二電力PWR2的電壓電平不局限於預定值。輔助電力的充電操作的開始時間可以是變化的。例如，輔助電力的充電操作可以被延遲到供應給數據存儲設備1200的內部元件的電力結束的時間之後為止。由於在突然斷電時使用輔助電力來執行數據備份功能，因此在不存在備份數據的初始驅動操作時不使用輔助電力。圖7是示出在不使用根據本發明構思的示例性實施例的湧入電流減小方法的情況下、在驅動數據存儲設備時產生的電流的變化的示圖。如果經由電力連接器231從外部設備向數據存儲設備1200供應5V的第一電力 PWRl和12V的第二電力PWR2，則根據SATA接口規範，5V的第一電力PWRl和12V的第二電力PWR2可以被同時施加到數據存儲設備1200。在這種情況下，5V的第一電力PWRl可以被施加到數據存儲設備1200的內部元件。12V的第二電力PWR2可以被用於對輔助電源230 的超級電容器充電。參照圖7，如果不利用根據本發明構思的示例性實施例的湧入電流減小方案(或如果輔助電源230不具有延遲單元)，則對超級電容器的充電可以在施加第一電力PWRl和第二電力PWR2的時間開始。如圖7中所示，在向數據存儲設備1200加電或將數據存儲設備更換為新的數據存儲設備(或執行了熱插拔操作)後且經過了大約18. 4ms的時間之後， 超級電容器開始充電。此時，數據存儲設備消耗與以12V的第二電力PWR2對超級電容器充電相關聯的大約350mA的電流，並且消耗4. 2W的瞬態功率。在圖7中，僅僅圖示了基於12V的第二電力PWR2流向數據存儲設備的電流。也就是說，在圖7中未圖示基於5V的第一電力PWRl流向數據存儲設備的電流。另一方面，在圖 8中圖示了基於5V的第一電力PWRl流向數據存儲設備的電流，而未圖示基於12V的第二電力PWR2流向數據存儲設備的電流。這裡，根據仿真結果示例性地圖示了對超級電容器充電的時間點和流向數據存儲設備的電流的值。因此，對超級電容器充電的時間點和流向數據存儲設備的電流的值不受本公開的限制。圖8是示出在驅動數據存儲設備時產生的湧入電流的示圖，圖9是示出在採用了根據本發明構思的示例性實施例的湧入電流減小方法的情況下、在驅動數據存儲設備時產生的電流的變化的示圖。參照圖8，湧入電流會在數據存儲設備加電或更換數據存儲設備後經過了大約 620ms的時間之後產生。例如，如圖7中所示，在與12V的第二電力PWR2相關的大約350mA 的電流持續流動的同時，還會產生如圖8中示出的與5V的第一電力PWRl相關的2. 12A的湧入電流。此時，通過第一電力PWRl和第二電力PWR2而流動的瞬態電流可以用表達式 2. 47A(2. 12A+0. 35A)來表示，並且可以消耗14. 8ff(2. 12A*5V+0. 35A*12V)的瞬態功率。也就是說，當產生湧入電流時，與不產生湧入電流的情況相比，流向數據存儲設備的電流以及所消耗的瞬態功率的量可能增加到大約3到4倍。這意味著，當產生湧入電流時數據存儲設備所消耗的功率的量會急劇增加。因湧入電流而導致的功耗急劇增加可能使數據存儲設備的組成元件受到損害，降低其他電路的可用電源電壓，並導致系統故障。特別是，如果有多個數據存儲設備與用戶設備1000連接，則在產生湧入電流時消耗的瞬態功率會更加急劇地增加。因此，當與用戶設備1000連接的數據存儲設備的數量增加時，因湧入電流而導致系統故障的概率也會增加。為了解決上述問題，如從圖9中可理解到的，根據本發明構思的一些實施例的數據存儲設備1000可以被配置成在加電操作或熱插拔操作之後，延遲允許對輔助電源230的電力存儲電路(例如，超級電容器)充電的時間，例如，在加電之後延遲大約1秒。在示例性實施例中，可以通過連接在電力連接器231與充電器234之間的延遲單元232的電壓延遲操作來實現對電力存儲電路充電的延遲。延遲單元232將經由充電器234向電力存儲電路施加第二電力PWR2的時間點延遲預定時間(例如，1秒)，從而使得在加電操作或熱插拔操作時，在從數據存儲設備1200 產生湧入電流(且湧入電流已經過去)之後對電力存儲電路(例如，超級電容器)充電。例如，在執行了加電操作或熱插拔操作且經過了一段時間(例如620ms)之後對電力存儲電路 (例如，超級電容器)充電。這裡，經延遲單元232延遲的施加第二電力PWR2的時間點不局限於本公開，其可以被不同地改變為在產生湧入電流之後的任何時間。在根據本發明構思的一些實施例中，在出現湧入電流時，如在加電後或熱插拔數據存儲設備後不久，第一電力PWRl是施加到數據存儲設備的唯一電力。直到已經出現過湧入電流之後(即，湧入電流已經過去)，才將第二電力PWR2(例如12V)提供到電力存儲電路，從而使得與對超級電容器(用作輔助電力)充電相關聯的電流不會與湧入電流同時出現。這意味著，在產生湧入電流時可以避免數據存儲設備的較大功耗。結果，可以避免意外的系統故障，並提供對數據存儲設備的安全穩定的操作。利用上述湧入電流減小方案，僅僅通過延遲施加第二電力PWR2的時間點，就可以將數據存儲設備1200的功耗減小30%。因此，可以以低成本有效地減小湧入電流。當將數據存儲設備1200用作伺服器的海量存儲設備或當與系統連接的數據存儲設備的數量增加時，根據本發明構思的湧入電流減小效果會增加。將參照圖12和圖13描述包括多個數據存儲設備的數據存儲系統。圖10是示出根據本發明構思的另一個示例性實施例的數據存儲設備的框圖。參照圖10，根據本發明構思的另一個示例性實施例的數據存儲設備2000包括快閃記憶體2200和存儲器控制器2100。圖10中示出的快閃記憶體2200與圖1中示出的基本相同，因而省略對其的描述。 快閃記憶體2200可以被配置成具有無源漏快閃記憶體結構、針形快閃記憶體結構、三維快閃記憶體結構和陣列堆疊成多層的堆疊快閃記憶體結構。存儲器控制器2100被配置成控制快閃記憶體2200。存儲器控制器2100基本上與圖1中示出的存儲設備控制器相同。RAM 2130可以被用作CPU 2110的工作存儲器。主機接口 2120可以具有與數據存儲設備2000連接的主機的數據交換協議。根據本發明構思的示例性實施例，快閃記憶體接口 2140 可以與快閃記憶體2200接口。CPU 2110可以控制存儲器控制器2100的數據交換的總體操作。數據存儲設備2000還可以包括用於存儲用於與主機接口的代碼數據的ROM、用於檢測和糾正從快閃記憶體2200讀取的數據中的錯誤的ECC塊等等。輔助電源2150可以包括能夠存儲輔助電力的電力存儲電路。電力存儲電路可以是能夠充電和放電的電容器。輔助電源2150能夠利用從主機提供的電力對電力存儲電路充電。電力存儲電路在突然斷電時可被用作數據存儲設備2000的輔助電力，從而避免數據和計算丟失。數據存儲設備2000可以被配置成在產生湧入電流之後對輔助電源2150的電力存儲電路(例如，超級電容器)充電，從而在加電操作或熱插拔操作時減小湧入電流的影響。由於在出現湧入電流之後允許對電力存儲電路充電，因此可以減小在加電或熱插拔操作時數據存儲設備2000的功耗。結果，可以避免意外的系統故障現象，並確保數據存儲設備2000穩定的運行。輔助電源2150可以放置在數據存儲設備2000的內部或外部。例如，輔助電源2150 可以位於主板上，以向數據存儲設備2000供應輔助電力。輔助電源2150可以基於上與例如圖1和圖4中示出的相同。在一些實施例中，數據存儲設備2000可以被用作計算機、可攜式計算機、超移動 PC (Ultra Mobile PC，UMPC)、工作站、上網本、PDA、上網平板、無線電話、行動電話、智慧型電話、電子書、PMP (可攜式多媒體播放器)、數位相機、數字音頻記錄器/播放器、數字圖片/ 視頻記錄器/播放器、電子書、可攜式遊戲機、導航系統、黑匣子、數位相機、數字多媒體廣播(DMB)播放器、三維電視、能夠在無線環境發送和接收信息的設備、構成家庭網絡的多種電子設備之一、構成計算機網絡的多種電子設備之一、構成電子信息通信網絡(telematics network)的多種電子設備之一、RFID、或構成計算系統的各種電子設備之一(SSD或存儲卡)。圖11是示出根據本發明構思的示例性實施例的計算系統的示圖。參照圖11，計算系統3000包括存儲器控制器3120、電源3200、輔助電源3250、CPU 3300,RAM 3400、用戶接口 ；3500和與存儲器控制器3120連接的快閃記憶體3110。圖11中示出的快閃記憶體設備3110與圖1中示出的基本相同，因而省略對其的描述。
如果計算系統是行動裝置，則它還可以包括向電源3200供應計算系統的工作電壓的電池。儘管在圖11中未示出，但計算系統還可以包括應用晶片組、照相機圖像處理器 (camera image processor, CIS)、可移動DRAM等等。存儲器控制器3120和快閃記憶體設備3110可以構成固態驅動器/盤(SSD) 3100，其使用非易失性存儲器來存儲數據。快閃記憶體設備3110和/或存儲器控制器3120可以包括在各種封裝中，如 PoP(層疊封裝)、球柵陣列(BGA)、晶片尺寸封裝(CSP)、塑料帶引線晶片載體(PLCC)、塑料雙列直插封裝(PDIP)、疊片內裸片封裝(Die in Waffle I^ack)、晶片內裸片形式(Die in Wafer R)rm)、板上晶片(COB)、陶瓷雙列直插式封裝(CERDIP)、塑料標準四邊扁平封裝 (MQFP)、薄型四邊扁平封裝(TQFP)、小外型封裝(SOIC)、縮小型小外型封裝(SSOP)、薄型小外型封裝(TSOP)、薄型四邊扁平封裝(TQFP)、系統級封裝(SIP)、多晶片封裝(MCP)、晶片級結構封裝(WFP)、晶片級處理堆疊封裝(WSP)等等。輔助電源3250可以使用來自電源3200的電力向輔助電源3250的電力存儲電路 (例如，超級電容器)充電。輔助電源230的電力存儲電路可被用於避免數據或計算丟失。 圖11中示出的輔助電源2150可以基本上與例如圖1和圖4中示出的相同。計算系統3000可以被配置成在已經出現湧入電流之後允許對輔助電源3250的電力存儲電路(例如，超級電容器)充電，從而可以減小在加電操作或熱插拔操作時由湧入電流造成的影響。由於電力存儲電路在湧入電流產生之後開始充電，所以可以避免在加電或熱插拔操作時計算系統3000急劇消耗功率的問題。結果，可以避免意外的系統故障現象， 並確保計算系統3000穩定的運行。當將數據存儲設備1200或2000用作伺服器的海量存儲設備或當與系統連接的數據存儲設備的數量增加時，根據本發明構思的湧入電流減小效果會增加。下面將更全面地描述包括多個數據存儲設備的數據存儲設備。圖12是示出根據本發明構思的示例性實施例的數據處理系統的示圖。在圖12中， 示例性地圖示了數據處理系統4000的例子，該數據處理系統4000使用根據本發明構思的示例性實施例的數據存儲設備1200作為伺服器的海量存儲設備。參照圖12，數據處理系統4000可以包括與諸如LAN的區域網路連接的多個用戶系統、多個伺服器4101到4104、乙太網交換機4150和海量存儲設備4200。數據處理系統4000可以形成附網存儲器(network attached storage, NAS)和存儲區域網絡(storage area network，SAN)。數據處理系統4000可以被配置成在一個海量存儲設備4200中聚集分散的數據存儲設備並對其進行集中地管理。多個伺服器4101到 4104可以共同經由乙太網LAN卡與乙太網交換機4150連接。海量存儲設備4200的數據存儲空間通過乙太網交換機4150分配給伺服器4101到4104中的每一個，並且所分配的存儲數據空間由與伺服器4101到4104連接的用戶系統使用。支持上述數據存儲方式的海量存儲設備4200稱為網絡存儲器。NAS可以通過選擇網絡作為中間介質來使用乙太網，SAS可以通過選擇網絡作為中間介質來使用光纖通道。圖13是示出圖12中圖示的海量存儲設備的示圖。參照圖13，海量存儲設備4200可以是包括多個引擎的存儲伺服器。例如，海量存儲設備4200包括至少一個或多個引擎，每個引擎具有8個盤陣列箱(Disk Array Enclosure，DAE) 4201到4204。每個DAE包括15個數據存儲設備(例如，SSD) 1200。因此，一個引擎具有120個數據存儲設備1200。如果數據存儲設備4200包括八個引擎，則它可以包括960個數據存儲設備1200。圖13中圖示的數據存儲設備1200可以基於上與例如圖1中示出的相同。此外， 在加電或熱插拔操作時應用的湧入電流減小方案可以基本上與應用到例如在圖13中圖示的數據存儲設備1200的相同。如圖8中所示，湧入電流可以大於在正常操作時的電流。此外，當圖12和圖13中的數據存儲系統4000包括多個，例如960個，數據存儲設備1200時所產生的湧入電流可以增加許多倍。但是，通過根據本發明構思的示例性實施例的湧入電流減小方案也可以有效減小這樣的湧入電流。海量存儲設備4200可以被配置成在產生湧入電流之後對數據存儲設備1200內的輔助電源2150的電力存儲電路(例如，超級電容器)充電，從而減小在加電操作或熱插拔操作時因湧入電流造成的影響。由於在湧入電流已經出現之後才允許開始對電力存儲電路充電，因此可以避免在加電或熱插拔操作時數據處理系統4000具有較高的功耗。結果，可以避免意外的系統故障，並提供對數據處理系統4000的安全穩定的操作。上面公開的主題應被認為是說明性的而非限制性的，並且權利要求意圖覆蓋落入真實精神和範圍內的所有這些修改、增強及其他實施例。因而，在法律允許的最大限度內， 發明範圍由對權利要求及其等效物的可允許的最寬泛解釋來確定，不應受到前述具體描述的限制或局限。
權利要求
1.一種操作數據存儲設備的方法，包括對數據存儲設備加電或熱插拔，該數據存儲設備包括半導體存儲器作為主存儲單元； 向數據存儲設備供應第一電力和第二電力； 向數據存儲設備的內部元件供應第一電力；在第二電力被施加到數據存儲設備且經過了預定時間之後，用第二電力對輔助電源充電；以及在數據存儲設備突然失去供電時，從輔助電源向數據存儲設備的內部元件供電。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在產生湧入電流之後執行對輔助電源的充電。
3.如權利要求1所述的方法，其中，在向數據存儲設備的內部元件供電結束之後執行對輔助電源的充電。
4.如權利要求1所述的方法，其中，第一電力和第二電力包括不同的電壓電平。
5.如權利要求1所述的方法，其中，第一電力和第二電力包括相等的電壓電平。
6.一種數據存儲設備，包括至少一個非易失性存儲器，其包括在主存儲單元中； 存儲設備控制器，其控制所述至少一個非易失性存儲器的操作；以及輔助電源，其被配置成在突然斷電時向所述至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器提供輔助電力，其中，輔助電源被配置成在加電或熱插拔操作時在產生湧入電流之後開始充電操作。
7.如權利要求6所述的數據存儲設備，其中，在向所述至少一個非易失性存儲器和所述存儲設備控制器供電結束之後開始輔助電力的充電操作。
8.如權利要求7所述的數據存儲設備，其中，向所述至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器提供的電力以及用於對輔助電源充電的電力是從外部設備供應的。
9.如權利要求6所述的數據存儲設備，還包括電源，其被配置成供應向所述至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器提供的電力和用於對輔助電源充電的電力。
10.如權利要求9所述的數據存儲設備，其中，電源包括電池。
11.如權利要求6所述的數據存儲設備，其中，輔助電源包括 延遲單元，其被配置成將用於對輔助電源充電的電力延遲預定時間； 充電單元陣列，其包括至少一個充電單元；以及充電器，其被配置成利用經延遲單元延遲的電力對至少一個充電單元充電， 其中，所述充電單元陣列將來自至少一個充電單元的電力作為輔助電力提供給所述至少一個非易失性存儲器和存儲設備控制器的內部元件。
12.如權利要求11所述的數據存儲設備，其中，所述至少一個或多個充電單元包括超級電容器。
13.如權利要求11所述的數據存儲設備，其中，所述延遲單元包括555定時器電路，其被配置成基於耦合到該555定時器電路的電阻器和電容器設置延遲時間。
14.如權利要求13所述的數據存儲設備，其中，延遲時間被設置為在湧入電流已經出現之後允許充電。
15.一種用戶設備，包括主機；和數據存儲設備，其響應於從主機接收的命令讀取或寫入數據， 其中，該數據存儲設備包括至少一個或多個非易失性存儲器，其用作主存儲單元；存儲設備控制器，其控制所述至少一個或多個非易失性存儲器的寫入、擦除和讀取操作；以及輔助電源，其在突然斷電時向所述至少一個或多個非易失性存儲器和存儲設備控制器提供輔助電力，其中，輔助電源在加電或熱插拔操作時在產生湧入電流之後開始執行充電操作。
16.一種數據處理系統，包括 與區域網路連接的多個用戶；海量存儲設備，其具有多個數據存儲設備； 乙太網交換機，其與海量存儲設備連接；和多個伺服器，其向用戶提供經由乙太網交換機分配的海量存儲設備的數據存儲空間， 其中，所述多個數據存儲設備中的每一個包括 用作主存儲單元的至少一個或多個非易失性存儲器；存儲設備控制器，其控制所述至少一個或多個非易失性存儲器的寫入、擦除和讀取操作；以及輔助電源，其在突然斷電時向所述至少一個或多個非易失性存儲器和存儲設備控制器提供輔助電力，並且該輔助電源在加電或熱插拔操作時在產生湧入電流之後開始執行充電操作。
17.如權利要求16所述的數據處理系統，其中，所述海量存儲設備包括至少一個或多個引擎，每個引擎具有多個盤陣列箱，所述多個盤陣列箱中的每一個具有多個數據存儲設備。
18.如權利要求16所述的數據處理系統，其中，在向所述至少一個或多個非易失性存儲器和存儲設備控制器的內部元件供電結束之後開始輔助電力的充電操作。
19.如權利要求16所述的數據處理系統，其中，輔助電源包括 延遲單元，其將用於對輔助電源充電的電力延遲預定時間； 充電單元陣列，其具有至少一個或多個充電單元；以及充電器，其利用經延遲單元延遲的電力對一個或多個充電單元充電， 其中，所述充電單元陣列將由至少一個或多個充電單元所充的電力作為輔助電力提供給所述至少一個或多個非易失性存儲器和存儲設備控制器的內部元件。
20.如權利要求19所述的數據處理系統，其中，所述至少一個或多個充電單元包括充電大量電流的超級電容器。
全文摘要
可以提供一種操作數據存儲設備的方法，該方法包括在對數據存儲設備加電或熱插拔數據存儲設備時，在包括半導體存儲器的數據存儲設備處接收第一電力和第二電力。可以將第一電力施加到數據存儲設備，並且基於出現因施加第一電力而產生的湧入電流的時間，在延遲之後向包括在數據存儲設備中的輔助電源施加第二電力。還公開了相關的設備。
文檔編號G11C16/30GK102467969SQ20111034992
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者宋尚勳, 李相傑 申請人:三星電子株式會社