ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты осуществления обычно относятся к структурам памяти. Более конкретно, варианты осуществления относятся к испытаниям зарядных конденсаторов постоянным током.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Твердотельные накопители (SSD), используемые в корпоративных средах, обычно имеют уникальное требование по контролируемому отключению при отключении питания. Кроме того, твердотельные накопители могут использовать резерв энергии удержания (например, конденсатор или блок конденсаторов), чтобы обеспечить дополнительное время для упорядоченного завершения работы, сохранения данных в процессе передачи и поддержания целостности данных. Удерживающий конденсатор(ы) может контролироваться интегральной схемой управления питанием (PMIC), чтобы гарантировать, что работоспособность и старение конденсатора(ов) находятся в пределах технических характеристик.

Например, проверка работоспособности конденсатора может проводиться во время загрузки SSD путем подачи тока на полностью заряженный удерживающий конденсатор, разрядки конденсатора, измерения времени, необходимого для разрядки конденсатора при заданном напряжении, и использования напряжения/ текущее соотношение конденсатора, чтобы определить, соответствует ли фактическая емкость конденсатора ожидаемому (например, если нет, конденсатор может считаться неработоспособным). Такой подход может увеличить время загрузки SSD, поскольку проверка работоспособности выполняется после того, как конденсатор зарядится до полного рабочего напряжения. Кроме того, ток утечки, который может возникнуть, когда конденсатор сначала смещается напряжением после воздействия высоких температур (например, спекание, оплавление), может привести к ложным отказам и/или снижению выхода годных во время производства. Более того, конденсатор может страдать от неизвестного эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), которое определяет, насколько эффективно конденсатор может подавать энергию на SSD.

Различные преимущества вариантов осуществления станут очевидны специалисту в данной области техники при чтении следующего описания и прилагаемой формулы изобретения, а также при обращении к следующим чертежам, на которых:

РИС. 1 представляет собой схематическое представление примера подсистемы управления питанием в соответствии с вариантом осуществления;

РИС. 2 представляет собой график примера кривой напряжения конденсатора во время проверки работоспособности конденсатора в соответствии с вариантом осуществления;

РИС. 3 представляет собой схематическое представление примера PMIC в соответствии с вариантом осуществления;

РИС. 4 представляет собой график примера кривой напряжения конденсатора, которая демонстрирует мгновенные сдвиги напряжения согласно варианту осуществления;

РИС. 5 и 6 — примеры блок-схем способов работы подсистемы управления питанием согласно варианту осуществления; и

РИС. 7 представляет собой блок-схему примера вычислительной системы с повышенной производительностью согласно варианту осуществления.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Обращаясь теперь к фиг. 1 показана подсистема 10 управления питанием (например, PMIC), в которой цепь 14 заряда соединена с конденсатором 12 (например, задержка SSD и/или неизбежная потеря мощности/конденсатор PLI) через первый переключатель 16 (например, транзистор). Во время работы подсистема управления питанием 10 замыкает первый переключатель 16 и цепь заряда 14 подает постоянный ток на конденсатор 12 . В варианте осуществления постоянный ток является фиксированным и стабильным с относительно высоким уровнем точности (например, ±5%). В одном примере постоянный ток подается во время загрузки SSD, содержащего подсистему 10 управления питанием. Как будет описано более подробно, постоянный ток вызывает линейное увеличение напряжения (например, линейную фазу) в конденсаторе 12 . Кроме того, измерительная схема 18 соединен с конденсатором 12 . Во время работы схема измерения 18 определяет емкость конденсатора 12 на основе постоянного тока, изменения напряжения на конденсаторе 12 во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменению напряжения.

Продолжая ссылаться на ФИГ. 1 и 2, схема зарядки 14 включает прецизионный источник постоянного тока для зарядки конденсатора 9.0009 12 во время линейной фазы 20 сигнала напряжения конденсатора (VCAP). Во время зарядки конденсатора 12 схема измерения 18 может измерять скорость линейного изменения для определения фактической емкости конденсатора 12 . В варианте осуществления измерительная схема 18 включает в себя два компаратора (не показаны), которые при срабатывании запускают и останавливают внутренний таймер (например, таймер с подстройкой на кремнии), когда напряжение превышает соответствующие пороговые значения компараторов. Таким образом, пересечение первого порога запускает таймер, а пересечение второго порога останавливает таймер.

Затем можно рассчитать емкость, изменив следующую формулу.

i=C*d⁢Vd⁢T(1)

Получаем следующее.

C=i*d⁢Td⁢V(2)C=i*d⁢T(Vs⁢t⁢o⁢p-Vs⁢t⁢a⁢r⁢t)(3)

Где dT – значение таймера, а i — постоянный ток, используемый для зарядки конденсатора 12 .

В варианте осуществления схема измерения 18 также выполняет проверку работоспособности (например, подмножество данных, сообщаемых с помощью технологии самоконтроля, анализа и отчетности/SMART) конденсатора 12 на основе емкости перед завершением фазы повышения по отношению к конденсатору 12 . В этом отношении проиллюстрированная подсистема 10 управления питанием также включает в себя повышающий каскад 22 , соединенный с конденсатором 12 через второй переключатель 24 . Таким образом, подсистема 10 управления питанием может замкнуть первый переключатель 16 , разомкнуть второй переключатель 24 и использовать повышающий каскад 22 для зарядки конденсатора 9.0009 12 на рабочее напряжение, превышающее входное напряжение (VIN). Подсистема управления питанием 10 повышает производительность, по крайней мере, в той степени, в которой определение емкости конденсатора 12 на основе постоянного тока, изменения напряжения во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменению напряжения, позволяет проверка работоспособности должна быть проведена до того, как конденсатор будет заряжен до полного рабочего напряжения (например, для сокращения времени загрузки SSD). Кроме того, подсистема управления питанием 10 устраняет ложные отказы и/или потерю выхода продукции во время производства после воздействия высоких температур (например, спекание, оплавление), поскольку ток утечки при первом смещении конденсатора 12 исключается из измерения емкости.

РИС. 3 показан PMIC 30 , соединенный с конденсатором 32 и повышающим каскадом 34 . В показанном примере PMIC 30 включает прецизионный источник постоянного тока .36 , который заряжает конденсатор 32 через первый переключатель 38 во время линейной фазы. Как уже отмечалось, PMIC 30 может определять емкость конденсатора 32 на основе измерений, проведенных во время линейной фазы. В варианте осуществления PMIC 30 альтернативно переключает внутренние полевые транзисторы (FET) для увеличения заряда конденсатора 32 сверх входного напряжения.

РИС. 4 показано, что в дополнение к проверке емкости можно использовать заряд постоянным током для проверки приемлемости ESR конденсатора. В частности, когда ток подается впервые, ESR конденсатора вызывает первый почти мгновенный сдвиг 40 по напряжению. Точно так же второй почти мгновенный сдвиг 42 также может наблюдаться при отключении тока. Зная постоянный ток, можно измерить сдвиг напряжения, что позволит рассчитать ESR по закону Ома.

V=I*R   (4)

Учитывая следующее.

E⁢S⁢R=d⁢VICC⁢_⁢CHARGE(5)

В варианте осуществления второй почти мгновенный сдвиг 42 в конце заряда постоянным током (например, сразу после падения тока с ICC_CHARGE до OA) используется для определения ESR для поддержки запуска с предварительным смещением (например, конфигурации, в которых напряжение конденсатора не начинается с 0 Вольт/В). Таким образом, проиллюстрированное решение дополнительно повышает производительность за счет автоматического определения ESR, которое определяет, насколько эффективно конденсатор может подавать энергию на твердотельный накопитель, и может свидетельствовать о качестве паяного соединения. Действительно, слишком высокое значение ESR может привести к чрезмерному падению напряжения и/или проблемам с температурой/надежностью в сценариях с высоким током и пульсациями. Кроме того, конденсаторы с чрезмерным ESR или плохим соединением припоем могут пройти первоначальные производственные испытания и выйти из строя вскоре после отгрузки из-за вибрации или термоциклирования. Проиллюстрированное решение упрощает отладку этих сбоев, даже если присутствуют несогласованные виды сбоев.

РИС. 5 показывает способ 50 работы подсистемы управления питанием. Способ 50 обычно может быть реализован в подсистеме управления питанием, такой как, например, подсистема управления питанием 10 (фиг. 1) и/или PMIC 30 (фиг. 3), которые уже обсуждались. В частности, способ 50 может быть реализован в одном или нескольких модулях в виде набора логических инструкций, хранящихся на машиночитаемом или машиночитаемом носителе данных, таком как оперативная память (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), программируемая память. ПЗУ (ПЗУ), встроенное ПО, флэш-память и т. д., в настраиваемой логике, такой как, например, программируемые логические матрицы (PLA), FPGA, сложные программируемые логические устройства (CPLD), в аппаратной логике с фиксированной функциональностью с использованием схемотехники, такой как , например, специализированная интегральная схема (ASIC), комплементарная технология металл-оксид-полупроводник (CMOS) или транзисторно-транзисторная логика (TTL) или любая их комбинация.

Иллюстрированный блок обработки 52 подает на конденсатор постоянный ток, при этом постоянный ток вызывает линейное увеличение напряжения на конденсаторе. В одном примере постоянный ток подается во время загрузки SSD, а конденсатор является удерживающим конденсатором SSD. Блок 54 определяет емкость конденсатора на основе постоянного тока, изменения напряжения на конденсаторе во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменению напряжения. Блок 56 может провести проверку работоспособности (например, SMART-тест) конденсатора на основе емкости до завершения (например, параллельно) фазы форсирования по отношению к конденсатору. В варианте осуществления фаза форсирования включает в себя зарядку конденсатора до напряжения, превышающего входное напряжение.

Таким образом, метод 50 повышает производительность, по крайней мере, в той степени, в которой определение емкости конденсатора на основе постоянного тока, изменения напряжения во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменению напряжения, позволяет проверить работоспособность следует проводить до того, как конденсатор зарядится до полного рабочего напряжения (например, для сокращения времени загрузки SSD). Кроме того, метод 50 устраняет ложные отказы и/или потерю выхода продукции при производстве после воздействия высоких температур (например, спекание, оплавление), поскольку ток утечки при первом смещении конденсатора исключается из измерения емкости.

РИС. 6 показан другой способ 60 работы системы управления питанием. Способ 60 обычно может быть реализован в подсистеме управления питанием, такой как, например, подсистема управления питанием 10 (фиг. 1) и/или PMIC 9.0009 30 (фиг. 3) уже обсуждались. В частности, способ 60 может быть реализован в одном или нескольких модулях в виде набора логических инструкций, хранящихся в машиночитаемом или машиночитаемом носителе данных, таком как ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, микропрограмма, флэш-память и т. д., в конфигурируемая логика, такая как, например, PLA, FPGA, CPLD, аппаратная логика с фиксированной функциональностью, использующая схемную технологию, такую ​​как, например, технология ASIC, CMOS или TTL, или любая их комбинация.

Иллюстрированный блок обработки 62 удаляет постоянный ток из конденсатора, при этом удаление постоянного тока вызывает мгновенный сдвиг напряжения в конденсаторе. В варианте осуществления постоянный ток отключается от конденсатора, когда конденсатор достигает входного напряжения. Блок 64 может определить ESR конденсатора на основе мгновенного сдвига напряжения. В одном примере блок 64 автоматически вычисляет и/или определяет уже рассмотренное уравнение (5). Таким образом, проиллюстрированный метод 60 дополнительно повышает производительность за счет автоматического определения ESR, которое определяет, насколько эффективно конденсатор может подавать энергию на твердотельный накопитель, и может указывать на качество паяного соединения.

Обратимся теперь к фиг. 7 показана вычислительная система 140 с повышенной производительностью. Проиллюстрированная система 140 включает в себя систему на кристалле (SoC) 156 , имеющую главный процессор 158 (например, центральный процессор/ЦП) и модуль 9 ввода/вывода (IO). 0009 160 . Хост-процессор 158 может включать в себя встроенный контроллер памяти 162 (IMC), который обменивается данными с системной памятью 164 (например, модулями памяти с двухрядным расположением выводов ОЗУ/модулями DIMM). Показанный модуль ввода-вывода 160 соединен с твердотельным накопителем 142 , а также с другими компонентами системы, такими как сетевой контроллер 166 .

Показанный SSD 142 включает энергонезависимую память 144 и подсистему управления питанием 146 в сочетании с NVM 144 . подсистема 146 управления питанием включает в себя конденсатор 150 (например, удерживающий конденсатор, включающий в себя полимерный тантал, который потенциально проявляет начальный ток утечки) и цепь 152 заряда, соединенную с конденсатором 150 , при этом цепь 152 заряда заключается в подаче постоянного тока на конденсатор 150 . Кроме того, постоянный ток вызывает по существу линейное увеличение емкости конденсатора 9.0009 150 . Проиллюстрированная подсистема 146 управления питанием также включает в себя измерительную схему 154 , соединенную с конденсатором 150 , при этом измерительная схема 154 предназначена для определения емкости конденсатора 150 на основе постоянного тока, напряжения изменение емкости конденсатора при линейном увеличении напряжения и изменение во времени, соответствующее изменению напряжения. В варианте осуществления схема измерения 154 также выполняет проверку работоспособности конденсатора 150 на основе емкости перед завершением фазы повышения относительно конденсатора 150 .

Вычислительная система 140 считается высокопроизводительной, по крайней мере, в той степени, в которой определение емкости конденсатора 150 на основе постоянного тока, изменения напряжения во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменение напряжения позволяет провести проверку работоспособности до того, как конденсатор 150 был заряжен до полного рабочего напряжения (например, для сокращения времени загрузки SSD). Кроме того, вычислительная система 140 устраняет ложные отказы и/или потерю выхода продукции во время производства после воздействия высоких температур (например, спекание, оплавление), поскольку ток утечки при первом смещении конденсатора 150 исключается из измерения емкости.

Дополнительные примечания и примеры:

Пример 1 включает в себя твердотельный накопитель (SSD), содержащий энергонезависимую память (NVM) и подсистему управления питанием, соединенную с NVM, подсистема управления питанием, состоящая из конденсатора, подключенной цепи заряда к конденсатору, при этом цепь заряда предназначена для подачи постоянного тока на конденсатор, и при этом постоянный ток вызывает линейное увеличение напряжения в конденсаторе, и измерительная цепь, соединенная с конденсатором, при этом измерительная цепь предназначена для определения емкости конденсатора на основе постоянного тока, изменения напряжения на конденсаторе во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменению напряжения.

Пример 2 включает SSD из Примера 1, в котором схема измерения предназначена для проведения проверки работоспособности конденсатора на основе емкости перед завершением фазы форсирования конденсатора.

Пример 3 включает SSD из Примера 1, в котором цепь заряда предназначена для удаления постоянного тока из конденсатора, при этом удаление постоянного тока вызывает мгновенный сдвиг напряжения на конденсаторе, и в котором цепь измерения предназначена для определения эквивалентного последовательное сопротивление конденсатора, основанное на мгновенном сдвиге напряжения.

Пример 4 включает SSD из Примера 3, в котором постоянный ток снимается с конденсатора, когда конденсатор достигает входного напряжения.

Пример 5 включает SSD из Примера 3, в котором подсистема питания дополнительно включает повышающий каскад, соединенный с конденсатором, и при этом повышающий каскад предназначен для зарядки конденсатора до напряжения, превышающего входное напряжение.

Пример 6 включает твердотельный накопитель любого из примеров 1–5, в котором во время загрузки твердотельного накопителя подается постоянный ток.

Пример 7 включает в себя подсистему управления питанием, содержащую конденсатор, цепь заряда, соединенную с конденсатором, при этом цепь зарядки предназначена для подачи на конденсатор постоянного тока, при этом постоянный ток вызывает линейное увеличение напряжения на конденсаторе, и схему измерения, соединенную с конденсатором, при этом схема измерения предназначена для определения емкости конденсатора на основе постоянного тока, изменения напряжения на конденсаторе во время линейного увеличения напряжения и изменения времени, соответствующего изменению напряжения.

Пример 8 включает в себя подсистему управления питанием из Примера 7, в которой схема измерения предназначена для проведения проверки работоспособности конденсатора на основе емкости до завершения фазы форсирования конденсатора.

Пример 9 включает в себя подсистему управления питанием из Примера 7, в которой схема заряда предназначена для удаления постоянного тока из конденсатора, при этом удаление постоянного тока вызывает мгновенный сдвиг напряжения на конденсаторе, а схема измерения предназначена для определения эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора, основанное на мгновенном сдвиге напряжения.

Пример 10 включает в себя подсистему управления питанием из примера 9, в которой постоянный ток отключается от конденсатора, когда конденсатор достигает входного напряжения.

Пример 11 включает в себя подсистему управления питанием из примера 9, дополнительно включающую повышающий каскад, соединенный с конденсатором, причем повышающий каскад предназначен для зарядки конденсатора до напряжения, превышающего входное напряжение.

Пример 12 включает подсистему управления питанием из примера 7, в которой постоянный ток подается во время загрузки твердотельного накопителя, содержащего подсистему управления питанием.

Пример 13 включает в себя подсистему управления питанием из любого из примеров 7-12, в которой конденсатор представляет собой удерживающий конденсатор твердотельного накопителя.

Пример 14 включает в себя способ работы подсистемы управления питанием, включающий подачу постоянного тока на конденсатор, при этом постоянный ток вызывает линейное увеличение напряжения в конденсаторе, и определение емкости конденсатора на основе постоянного тока , изменение напряжения на конденсаторе во время линейного увеличения напряжения и изменение времени, соответствующее изменению напряжения.

Пример 15 включает в себя метод примера 14, дополнительно включающий проверку работоспособности конденсатора на основе емкости перед завершением фазы форсирования конденсатора.

Пример 16 включает метод примера 14, дополнительно включающий отключение постоянного тока от конденсатора, при этом отключение постоянного тока вызывает мгновенный сдвиг напряжения в конденсаторе и определение эквивалентного последовательного сопротивления конденсатора на основе мгновенного напряжения сдвиг.

Пример 17 включает способ из примера 16, в котором постоянный ток отключается от конденсатора, когда конденсатор достигает входного напряжения.

Пример 18 включает в себя метод примера 16, дополнительно включающий зарядку конденсатора до напряжения, превышающего входное напряжение.

Пример 19 включает способ примера 14, в котором постоянный ток подается во время загрузки твердотельного накопителя.

Пример 20 включает метод любого из примеров 14-19, при этом конденсатор представляет собой удерживающий конденсатор твердотельного накопителя.

Пример 21 включает средства для выполнения способа любого из примеров 14–19.

Таким образом, описанная здесь технология устраняет необходимость во времени подготовки и/или нежелательных задержках в производственном процессе. Эта технология также позволяет избежать выбора конденсаторов, которые в противном случае уменьшили бы количество доступных производителей и/или ограничили бы цепочки поставок. Кроме того, эта технология снижает стоимость конденсатора и более эффективна при обнаружении отказов (например, даже при наличии временной утечки). Более эффективное обнаружение отказов связано с тем, что в традиционных тестах на «разряд» используется очень небольшой ток (например, 1 миллиампер/мА). Описанная здесь технология позволяет избежать значительного разряда конденсатора во время работы SSD. В этот момент утечка может сыграть значительную роль в точности разрядного испытания. При зарядке технология может заряжать током на порядки выше (например, сотни мА). Соответственно, утечка незначительна, что обеспечивает лучшую точность для деталей, демонстрирующих временную утечку.

Этот значительно более высокий зарядный ток также позволяет измерять ESR (например, создавая больший/измеримый сдвиг напряжения). Кроме того, выполнение проверки работоспособности конденсатора одновременно с зарядкой конденсатора до полного рабочего напряжения позволяет ускорить общую последовательность загрузки SSD. Например, технология позволяет сократить время загрузки примерно на 1 секунду — значительное улучшение, учитывая, что требование может составлять <2 с.

Как уже отмечалось, по сравнению с традиционными испытаниями на разряд (например, при которых используется относительно небольшой испытательный ток) описанная здесь технология заряжает конденсатор постоянным током, который значительно выше временного тока утечки, который могут показывать некоторые конденсаторы. Путем увеличения сигнала (например, большого испытательного тока) до уровня шума (например, влияния тока утечки) технология доводит точность испытаний до приемлемого уровня. Действительно, более высокий постоянный ток также позволяет обнаруживать конденсаторы с неисправным ESR или проблемами с паяным соединением.

Варианты осуществления применимы для использования со всеми типами микросхем полупроводниковых интегральных схем («ИС»). Примеры этих интегральных схем включают в себя, но не ограничиваются ими, процессоры, контроллеры, компоненты наборов микросхем, программируемые логические матрицы (PLA), микросхемы памяти, сетевые микросхемы, системы на кристалле (SoC), контроллеры SSD/NAND ASIC и т. п. Кроме того, на некоторых чертежах линии сигнальных проводников представлены линиями. Некоторые могут быть разными, чтобы указать больше составных путей прохождения сигнала, иметь числовую метку, чтобы указать количество составных путей прохождения сигнала, и/или иметь стрелки на одном или нескольких концах, чтобы указать направление основного потока информации. Однако это не следует толковать как ограничивающее. Скорее, такие дополнительные детали могут быть использованы в связи с одним или несколькими примерными вариантами осуществления для облегчения понимания схемы. Любые представленные сигнальные линии, независимо от того, содержат ли они дополнительную информацию или нет, могут фактически содержать один или несколько сигналов, которые могут распространяться в нескольких направлениях и могут быть реализованы с помощью любого подходящего типа сигнальной схемы, например, цифровые или аналоговые линии, реализованные с помощью дифференциальных пар, оптического волокна. линии и/или односторонние линии.

Примеры размеров/моделей/значений/диапазонов могут быть приведены, хотя варианты осуществления не ограничиваются одним и тем же. Поскольку технологии производства (например, фотолитография) со временем совершенствуются, ожидается, что можно будет производить устройства меньшего размера. Кроме того, хорошо известные соединения питания/земли с микросхемами ИС и другими компонентами могут быть показаны или не показаны на фигурах для простоты иллюстрации и обсуждения, а также для того, чтобы не затенять некоторые аспекты вариантов осуществления. Кроме того, компоновки могут быть показаны в форме блок-схемы, чтобы избежать затемнения вариантов осуществления, а также ввиду того факта, что особенности реализации таких компоновок блок-схем сильно зависят от платформы, на которой должен быть реализован вариант осуществления, т.е. такие подробности должны быть хорошо известны специалисту в данной области. В тех случаях, когда конкретные детали (например, схемы) приведены для описания примерных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что варианты осуществления могут быть реализованы на практике без этих конкретных деталей или с их изменением.