(57)【要約】【課題】  不揮発性半導体記憶デバイスのための、安定した性能と操作の容易さに優れた電力異常保護方法および回路を提供する。【解決手段】  本発明の不揮発性半導体記憶デバイスのための電力異常保護回路（１０）は、電力異常時に記憶デバイス用のバックアップ電気エネルギーを供給するために記憶デバイス用のバックアップ電力供給部として働くエネルギー蓄積装置（Ｃ１）を含む。主制御装置（１２）は、デバイスの正常動作に応答して外部電力入力部を制御してエネルギー蓄積装置を充電させ、エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出し、該状態を、エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーが確保されるように使用する。主制御装置（１２）は、電力異常に応答して、半導体記憶デバイスに電力を供給するため、エネルギー蓄積装置を放電させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給の異常時に不揮発性半導体記憶デバイスを保護する方法であって、
該不揮発性半導体記憶デバイスの正常動作中には、外部電力入力部を制御してエネルギー蓄積装置を充電させ、前記エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出し、前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために前記状態を使用すること、および、
前記電力供給の異常を検出すると、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させること、
を含む方法。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積装置の状態が、前記エネルギー蓄積装置に蓄えられた電気エネルギーを示し、前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために前記状態を使用することが、前記エネルギー蓄積装置の電気エネルギーが不十分なときに前記エネルギー蓄積装置を充電することと、前記エネルギー蓄積装置が完全に充電された後に前記外部電力入力部を制御して前記エネルギー蓄積装置の充電を停止することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記電力供給の異常の有無を動的に検出することを含む請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記不揮発性半導体デバイスの正常動作中には電力供給のために前記外部電力入力部を選択し、異常動作中には電力供給のために前記エネルギー蓄積装置を選択することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保することが、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電速度を調節することによって、前記エネルギー蓄積装置が、放電速度以上の速度で充電することを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記エネルギー蓄積装置の充電／放電速度を調節することが、間欠的に、エネルギーをインダクタに蓄え、該エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に放電することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エネルギー蓄積装置がコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記不揮発性半導体記憶デバイスがフラッシュメモリであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
不揮発性半導体記憶デバイスのための電力異常保護回路（１０）であって、
電力供給の異常が起きた場合に前記不揮発性半導体記憶デバイスのためのバックアップ電気エネルギーを供給するための前記不揮発性半導体記憶デバイス用バックアップ電力供給部として働くエネルギー蓄積装置（Ｃ１）と、
前記不揮発性半導体記憶デバイスの正常動作に応答して、外部電力入力部を前記エネルギー蓄積装置を充電するように制御し、前記エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出して該状態を前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために使用し、また、前記電力供給の異常に応答して、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させる主制御装置（１２）と、を含む電力異常保護回路。
【請求項１０】
さらに、前記外部電力供給が正常動作中は、前記記憶デバイスへの電力供給のために前記外部電力供給を選択し、前記外部電力供給の動作が異常な場合には、前記不揮発性半導体記憶デバイスへの電力供給のために前記エネルギー蓄積装置を選択する、電力供給選択回路（１６、Ｊ２）を含む、請求項９に記載の電力異常保護回路。
【請求項１１】
さらに、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電を制御するための充電／放電制御回路（Ｊ１、Ｌ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｊ２、Ｄ２、Ｃ２）を含む、請求項９または１０いずれかの電力異常保護回路。
【請求項１２】
前記充電／放電制御回路が、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電電圧と前記不揮発性半導体記憶デバイスの供給電圧とを適合させるように構成されたことを特徴とする、請求項１１に記載の電力異常保護回路。
【請求項１３】
前記エネルギー蓄積装置がコンデンサ（Ｃ１）を含むことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の電力異常保護回路。
【請求項１４】
前記外部電力入力部から前記コンデンサ（Ｃ１）に電力を供給するための降圧型コンバータを含み、該降圧型コンバータが、充電許可スイッチ（Ｊ１、Ｒ１２、Ｒ３０、Ｑ１）と、前記コンデンサ（Ｃ１）と前記放電許可スイッチ（Ｊ１）との間に直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）と、前記インダクタと前記コンデンサ（Ｃ１）に逆並列に接続された還流ダイオード（Ｄ１）とを含む、請求項１３に記載の電力異常保護回路。
【請求項１５】
前記エネルギー蓄積コンデンサが、昇圧放電制御回路を通じて前記不揮発性半導体記憶デバイスのためのバックアップ電力供給部を提供し、該昇圧放電制御回路がダイオード（Ｄ２）、インダクタ（Ｌ１）とエネルギー蓄積コンデンサ（Ｃ１）、該インダクタと該エネルギー蓄積コンデンサをまたがって接続された放電許可スイッチ（Ｊ２）、および、前記電力異常保護回路の出力とグランドの間に接続された減結合コンデンサ（Ｃ２）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電力異常保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予期しない電力異常を防止するための保護方法及び回路に関する。より詳しくは、本発明は、予期しない電力異常を防止するための、不揮発性半導体記憶デバイスのための保護方法及び回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスと技術の急速な進歩にともない、不揮発性半導体記憶デバイス、特にフラッシュメモリデバイス（例えば、Ｕディスク、各種フラッシュメモリカード、ＭＰ３及びＭＰ４プレイヤー、新しく開発された固体素子など）の人気が消費者の間で高まってきていることはよく知られている。一方で、これらデバイスのファームウエアや構造は、ますます複雑化しており、データの読み書きは、通常、記憶装置のアドレス上での直接処置ではなく、ファイルによって行われている。データがファイルの読み書きによって処理される場合には、デバイスの動作中、データは通常、ＳＤＲＡＭなどの揮発性記憶デバイスにバッファされる。このため、一旦予期しない電力異常が発生すると、データは永遠に失われてしまうことになる。失われたデータに、デバイスのファームウエアや、データ・アドレスのマップ・テーブルなどのシステム情報が含まれていた場合、デバイスは致命的なダメージを受けることになる。フラッシュメモリデバイスに電力異常保護設計を行うことにより、フラッシュメモリデバイスに予期しない電力異常が発生しても、デバイスの動作状態の確実性と、記録されたデータの完全性を確保することができる。これにより、その場（in-situ）データおよびデバイスのステータス情報を、デバイスの電力供給が復旧した後で適時回復させ、データの喪失及び／または主制御装置（ＭＣＵ）の混乱を避けることが可能となる。一方で、フラッシュメモリデバイスは低電力消費で動作し、占有空間が小さいことを特徴としているため、フラッシュメモリデバイスには、複雑な電力異常保護回路は適していない。このため、フラッシュメモリデバイスの予期しない電力異常によって生じる問題を解決するためには、単純な構造で低コストの電力異常保護回路が必要となる。
【０００３】
これら課題の多くは、先行技術でも扱われている。例えば、「ホストからの電力信号の異常に対して保護を行う埋め込み回路を備えた記憶サブシステム」と題した米国特許Ｎｏ．６，８５６，５５６（Ｈａｊｅｃｋ）は、ホストシステムから電力信号を受けて調整された電力信号を発生し、その信号を記憶サブシステムの制御部に提供する電荷ポンプを備えた、フラッシュメモリカードなどの記憶サブシステムを開示している。ホストからの電力信号が遮断されたときには、電荷ポンプが付加的にバックアップの電力供給部として働き、記憶サブシステムは、一時的に動作を継続することができる。記憶サブシステムは更に、ホストシステムからの電力信号の異常を検出するために、電力信号を監視する電圧検出回路を備えている。電圧検出回路は、異常を検出すると、ビジー信号をアサートすることによって、ホストシステムが記憶サブシステムに対して書き込み動作を実行するのを阻止する。電圧検出回路がビジー信号をアサートすることにより、バックアップの電荷ポンプによって調整された電力が供給され、実質的に、未完了の動作を全て制御部に完了させることができるようになる。
【０００４】
「電力異常保護を備えた固体メモリデバイス」と題した米国特許Ｎｏ．７，２６９，７５５（Ｍｏｓｈａｙｅｄｉその他）は、ホストシステムを備えたフラッシュメモリシステムのためのデータ保存システムを開示している。フラッシュメモリシステムはホストシステムの電力供給を受けてその補助エネルギー・ストアにエネルギーを与える構成とされており、インターフェース・バスを介してホストシステムと接続している。ホストシステムの電力供給喪失時には、フラッシュメモリシステムが能動的にホストシステムの電力供給への接続を隔離し、インターフェース・バスを隔離し、フラッシュメモリへの書き込み動作を継続するため、補助エネルギー・ストアを利用する。
【０００５】
上記２つの特許は、ホストシステムからのエネルギーをバックアップ蓄積装置に蓄えて、ホスト電源の故障時に蓄えられたエネルギーをバックアップ蓄積装置から引き出す、バックアップ電力供給の典型例である。一般的に、バックアップの蓄積装置は、ホストの内部回路網に侵入的接続をする必要が生じるのを避けるため、ホストの電力供給部の電圧出力に直接接続される。しかし、これは、バックアップ蓄積装置（一般には蓄電コンデンサ）が、ホスト電力供給部の出力電圧まで完全に充電されることを意味している。このため、ホスト電力供給部の電圧の如何なる変動も全てバックアップ蓄積装置の電圧に影響を及ぼすことになる。その結果、ホスト電力供給部を隔離して直ちにバックアップ電力供給部の動作を開始させるのに十分な程は大きくないような緩やかな電圧降下がホスト電力供給部に生じていた場合には、続いてバックアップ電力供給動作開始レベルまでホスト電力供給部の電圧が下がっても、バックアップ電力供給部の電圧が不十分になる可能性がある。
【０００６】
その他、従来技術には、ホスト電力供給部に制御信号を提供する必要があるという問題点も考えられる。例えば、米国特許Ｎｏ．６，８５６，５５６においては、バックアップ電力供給部は、レディ／ビジー信号をホストシステムに送る制御部を備えている。そのような接続を提供する必要があるのは侵入的であり、メモリデバイスと完全に一体化され、ホストシステムに直接接続する独立の保護された装置として売ることのできる、完全に独立した解決方法となることを妨げている。
このため、これらの問題を克服できるバックアップの電力供給を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．６，８５６，５５６
【特許文献２】米国特許Ｎｏ．７，２６９，７５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、不揮発性半導体記憶デバイスに適用される、安定した性能と操作の容易さに優れた電力異常保護方法および回路に関する。大容量のコンデンサを、デバイスの電力供給異常時に一定時間デバイスに電力を供給するためのエネルギー蓄積及び電力供給要素として使用することにより、デバイスが処理データおよび関連する装置状態情報を安全に保存することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様によれば、本発明は、電力供給の異常時に不揮発性半導体記憶デバイスを保護する方法を提供し、該方法は、
該デバイスの正常動作中には、外部電力入力部を制御してエネルギー蓄積装置を充電させ、前記エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出し、前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために前記状態を使用すること、および、
前記電力供給の異常を検出すると、前記半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させること、を含む。
【００１０】
第２の態様によれば、本発明は、不揮発性半導体記憶デバイスのための電力異常保護回路を提供し、該電力異常保護回路は、
電力供給の異常が起きた場合に前記記憶デバイスのためのバックアップ電気エネルギーを供給するための前記記憶デバイス用バックアップ電力供給部として働くエネルギー蓄積装置と、
前記デバイスの正常動作に応答して、外部電力入力部を制御して前記エネルギー蓄積装置を充電させ、前記エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出して該状態を前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために使用し、また、前記電力供給の異常に応答して、前記半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させる主制御装置と、を含む。
【００１１】
前記デバイスが正常動作中は、前記主制御装置が前記エネルギー蓄積装置を制御し、これによって、前記エネルギー蓄積装置の電気エネルギーが不十分であるときには前記外部電力入力部を制御して前記エネルギー蓄積装置を充電させ、前記エネルギー蓄積装置が完全に充電されたときには前記外部電力入力部を制御して前記エネルギー蓄積装置の充電を停止させるように、前記主制御装置が前記エネルギー蓄積装置の電気エネルギーを動的に制御することが好ましい。
【００１２】
前記主制御装置は、ホストの電力供給とは独立に、前記記憶デバイスの電力供給の異常の有無を動的に検出する。
【００１３】
実施形態によっては、正常動作中は、前記主制御装置が電力供給のために前記外部電力入力部を選択し、異常動作時には、前記主制御装置が電力供給のために前記エネルギー蓄積装置を選択する。
【００１４】
実施形態によっては、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電電圧が前記記憶デバイスの供給電圧と適合しない場合、前記充電／放電電圧と前記供給電圧とを適合させるために、充電／放電制御回路が、前記エネルギー蓄積回路の充電／放電電圧を調節する。
一般的に、エネルギー蓄積装置はコンデンサである。
不揮発性半導体記憶デバイスは、フラッシュメモリデバイスでもよい。
【００１５】
前記外部電力入力部は、降圧型充電制御回路を通じて前記エネルギー蓄積コンデンサを充電することが好ましい。該降圧型充電制御回路は、充電制御スイッチと、前記エネルギー蓄積コンデンサと該充電制御スイッチとの間に直列に接続されたインダクタと、該インダクタと前記エネルギー蓄積装置に逆並列に接続された還流ダイオードを含む。
【００１６】
前記エネルギー蓄積コンデンサは、昇圧型放電制御回路を通じて前記記憶デバイスのためのバックアップ電力供給を提供することが好ましい。前記昇圧型放電制御回路は、連続的に接続されたダイオードと、前記充電制御回路と共通のインダクタおよびエネルギー蓄積コンデンサと、該インダクタと該エネルギー蓄積コンデンサの両端子間に並列に接続された放電制御スイッチと、一端が放電回路の出力に接続され他端が接地された減結合コンデンサを含む。
【発明の効果】
【００１７】
上記の通り、本発明は、大容量のコンデンサをエネルギー蓄積および電力供給要素として使用して、電力供給の異常時に、デバイスが処理データおよびデバイス状態情報を保存できるようにすることにより、不揮発性半導体記憶デバイスの電力供給の異常によって生じる問題を効果的に解決することができる。エネルギー蓄積装置の充電状態が動的に検出され、エネルギー蓄積装置が完全に充電されるとエネルギー蓄積装置への充電が停止されるので、エネルギー蓄積装置の耐用年数を延ばすことができる。また、さらに充電／放電電圧調節回路を使用することにより、外部電力入力部とエネルギー蓄積コンデンサの電圧、エネルギー蓄積コンデンサとデバイス電力供給部の出力の電圧を、よりよく適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の電力異常保護回路の機能を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の電力異常保護回路の原理を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態の電力異常保護回路の回路図である。
【図４】主制御装置の、図３に示された回路への接続を示すブロック図である。
【図５】図１に示された電力供給選択回路の、図３に示された回路への接続を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態の電力異常保護方法の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
不揮発性半導体記憶デバイスとしてフラッシュメモリデバイスを使用した実施形態を、以下、図面を参照しながら詳述する。２つ以上の図に現われる同一の要素、または、同様の機能を有する同一の要素は、同じ参照符号で示されている。
【００２０】
図１の回路原理に示すように、本発明の電力異常保護回路１０は、外部電力入力部１１、ＭＣＵ１２、充電制御回路１３、エネルギー蓄積装置１４、放電制御装置１５、電力供給選択回路１６およびデバイス電力供給出力部１７を備えている。本実施形態においては、エネルギー蓄積装置として、大容量のコンデンサが使用されている。フラッシュメモリデバイスが正常に動作しているときには、ＭＣＵ１２の制御により、外部電力入力部１１は充電制御回路１３を通じてエネルギー蓄積装置１４を充電し、また、エネルギー蓄積装置１４が完全に充電されると、ＭＣＵ１２の制御により、外部電力入力部１１はエネルギー蓄積装置１４へ充電するのを停止する。それと同時に、ＭＣＵ１２は、エネルギー蓄積装置１４の電圧を動的に検出し、ホストの電力供給電圧に関わらずエネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーが確保されるように、つまり、エネルギー蓄積装置の電気エネルギーが所定の閾値を下回ったらエネルギー蓄積装置の充電を開始するようにして、ホスト電力異常時にも不揮発性半導体記憶デバイスへのデータ転送を完了するために十分な電荷がエネルギー蓄積装置に常に存在するようにしている。ＭＣＵは更に、蓄積装置の電力供給異常の有無を動的に検出している。ここで、エネルギー蓄積装置の電圧が「異常」と見なされるのは、半導体記憶デバイスの動作にとって低すぎる電圧となった場合である。記憶デバイスの電力供給が異常となった場合、つまり、記憶デバイス装置の予期しない電力異常が起こり、記憶デバイスの供給電圧が記憶デバイスの正常な動作を維持するのに低すぎる電圧になった場合には、ＭＣＵの制御により、電力供給選択回路１６が、ホストの電力供給を隔離し、放電制御回路１５を介してエネルギー蓄積装置１４を接続する。エネルギー蓄積装置の出力が、放電制御回路およびデバイス電力供給部出力を通じて、半導体記憶デバイスのための保護電力供給を提供できるように、放電制御回路１５がエネルギー蓄積装置１４から電力供給部１７に電流を供給する。
【００２１】
充電／放電制御回路は、エネルギー蓄積装置１４の充電／放電を制御する。これらの回路は図１においては２つの別個の機能単位として示されているが、一つの共通モジュールとして実施してもよいことは理解できるであろう。エネルギー蓄積装置の充電／放電電圧が記憶デバイスの供給電圧と適合しない場合には、更に充電／放電制御回路１５を用いて、エネルギー蓄積装置の充電／放電電圧と記憶デバイスへの供給電圧を適合させる。このようにして、充電制御回路１３は、動作中、エネルギー蓄積装置１４への充電電流が放電電流と等しくなるようにし、エネルギー蓄積装置１４の電圧を一定に維持する。さらに、放電制御回路１５は、制御部、ＤＲＡＭ、フラッシュ配列へ適切な電圧を供給するために放電するときには、ホストの電力供給電圧と適合する。以下、エネルギー蓄積装置の充電電圧が記憶デバイスへの供給電圧より低い場合の実施形態について記載する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態の電力異常保護回路の原理を示す回路図である。本実施形態においては、充電制御回路１３は基本的には降圧型コンバータであり、放電制御回路は基本的には昇圧型コンバータである。図２において、ＶＣＣＩＮは、充電許可スイッチＪ１を介して充電制御回路１３へ供給される入力電力供給であり、充電制御回路１３は、アノードが接地されカソードがインダクタＬ１を介して第１コンデンサＣ１の１端に接続された第１ダイオードＤ１を備え、第１コンデンサＣ１の他端は、アースに接続されている。コンデンサＣ１はエネルギー蓄積装置１４として働き、その電圧がＭＣＵ１２のＶＯＬＴ_ＤＥＴＥＣＴ（電圧検出）ピンを介して常時監視されることにより、コンデンサＣ１によって構成されるエネルギー蓄積装置１４の充電状態がＭＣＵにフィードバックされ、充電を停止するか否かが決定される。
【００２３】
デバイスの予期しない電力異常を検出すると、ＭＣＵ１２は、電力供給選択回路１６を通じてデバイス電力供給部を動作させる。これは、充電許可スイッチＪ１を開いて充電制御回路１３を停止させ、放電許可スイッチＪ２を繰り返し開閉することによって行われる。放電許可スイッチＪ２が閉じられると、エネルギー蓄積コンデンサＣ１が放電し、インダクタＬ１に電気エネルギーが蓄えられる。放電許可スイッチＪ２が開かれると、エネルギー蓄積コンデンサＣ１とインダクタＬ１が、スイッチＪ２を介し第２整流ダイオードＤ２を通じて、電力供給選択回路１６の出力であるＶＣＣＯＵＴに放電する。ＶＣＣＯＵＴの電圧は、Ｌ１とＣ１の端子間電圧の和となる。第２コンデンサＣ２は、電力供給選択回路１６の出力であるＶＣＣＯＵＴとグランドとの間に接続され、昇圧放電制御回路の出力を減結合する役割を果たす。
【００２４】
ホストシステムの電源が入れられると、インダクタＬ１を通じてＣ１が完全に充電されるように、ＭＣＵ１２が充電許可スイッチＪ１を閉じる。充電サイクルでは、Ｃ１が完全に充電されるまで充電許可スイッチＪ１が繰り返し開閉される。Ｃ１が完全に充電され定常状態になると、電力異常発生前にＣ１が完全充電状態のままでいられるように、ＭＣＵ１２がスイッチＪ１を開く。Ｃ１の充電電圧は、ホストの電力供給電圧より低いものとなる。例えば、本発明の実施形態の１実施例においては、ホストの電力供給電圧５Ｖに対し、Ｃ１の充電電圧２．７Ｖであった。（漏れなどにより）Ｃ１の端子間電圧が下がったのをＭＣＵ１２が検出すると、ＭＣＵ１２は、充電過程がリフレッシュされるように、Ｊ１を再び間欠的に開閉する。
【００２５】
定常状態で、充電許可スイッチＪ１が開いているときには、インダクタＬ１を通して電流が流れないように、また、コンデンサＣ１の端子間電圧がＶＣＣＩＮより低くなるように、コンデンサＣ１は、ホストの電力供給電圧ＶＣＣＩＮを減結合する役割を果たす。充電許可スイッチＪ１が閉じられると、ホストの電力供給がコンデンサＣ１を充電し、スイッチＪ１が開かれると、ホストの電力供給はコンデンサＣ１の充電を停止する。許可スイッチＪ１を繰り返し開閉することによって、コンデンサＣ１の端子間電圧が常に変化し、充電過程の間にコンデンサＣ１を完全に充電することができる。インダクタＬ１は充電／放電過程の間にエネルギーを蓄える。ダイオードＤ１は、連続電流を維持する働きをする。充電過程では、ＭＣＵ１２は放電許可スイッチＪ２を開いて充電許可スイッチＪ１を間欠的に開閉し、放電過程では、ＭＣＵは放電許可スイッチＪ２を間欠的に開閉する。整流ダイオードＤ２は電流が昇圧された後で逆電流が流れるのを阻止する。
【００２６】
充電過程では、以下のように動作する。コンデンサＣ１の充電前、充電許可スイッチＪ１が閉じられて放電許可スイッチＪ２が開かれているときには、ダイオードＤ１は通電しておらず、Ｊ１とＬ１は、降圧型コンバータを通じてＣ１を充電する電流を供給する。充電許可スイッチＪ１が開かれると、インダクタＬ１が電気エネルギーを放出し、コンデンサＣ１とダイオードＤ１を通して流れる時計回りの電流を発生させることにより、コンデンサＣ１にエネルギーが蓄えられる。その後、コンデンサＣ１のオン／オフを繰り返すことにより、コンデンサの電圧が、ホスト電力供給のレベルに到達するまで上昇する。ＶＯＬＴ_ＤＥＴＥＣＴが、コンデンサＣ１の電圧が閾値に達していないことをフィードバックしている間は、ホスト電力供給は、エネルギー蓄積コンデンサＣ１を充電し続ける。ＶＯＬＴ_ＤＥＴＥＣＴピンが、コンデンサＣ１の電圧が閾値に達したことをフィードバックすると、ＭＣＵはＪ１を開き、エネルギー蓄積コンデンサＣ１の充電を停止する。この時点で、Ｃ１の接地されていない方の端子の電圧はグランドより高くなっているので、Ｄ１には逆方向バイアスがかけられ、Ｊ１が開かれたときにＤ１を通して電流が流れるのが阻止される。
【００２７】
放電過程は以下の通りである。充電許可スイッチＪ１が開かれて放電許可スイッチＪ２が閉じられると、Ｌ１、Ｄ２およびＣ１は、昇圧型コンバータを通じて外部に電力を供給する。これと同時に、放電許可スイッチＪ２が閉じられると、コンデンサＣ１に蓄えられたエネルギーの一部は、放電過程では逆方向バイアスをかけられているダイオードＤ１を通じてインダクタＬ１に供給される。充電許可スイッチＪ１と放電許可スイッチＪ２の両方が開かれると、コンデンサＣ１は逆方向バイアスをかけられたダイオードＤ１を介しインダクタＬ１を通してしか放電できなくなり、ＶＣＣＯＵＴの電圧はコンデンサＣ１とインダクタＬ１（いずれも充電過程でエネルギーを蓄えている）のそれぞれの端子間電圧の和となる。放電許可スイッチＪ２が間欠的に開閉すると、インダクタＬ１を流れる電流が変化する。これによりインダクタＬ１の端子間電圧が上昇する。どれだけ上昇するかは、インダクタ電流の変化率に依存する。この結果、放電許可スイッチＪ２が閉じられたとき、電力供給選択回路１６の出力であるＶＣＣＯＵＴへ供給される正味電圧は、インダクタＬ１とコンデンサＣ１の端子間電圧の和になる。放電許可スイッチＪ２は、ＭＣＵ１２が所要の内容を保存し終わるか、コンデンサＣ１が完全に放電されるまで、繰り返し開閉される。ホストの電力供給に異常が発生した場合、ＭＣＵ１２は、処理中のデータを全てバッファメモリに保存する。バッファメモリの内容はフラッシュチップ転送される。これら全ては１秒以内で容易に完了し、図２に示す適当な回路設計において、適当な速度で充電停止スイッチＪ２を開閉すれば、これを達成するのに十分な電荷をコンデンサＣ１に維持することができる。
【００２８】
図３は図２の方法に基づく回路の実施例であり、上記設計の要求を満足している。充電電力供給ＶＣＣＩＮは図の上部に示され、放電電力供給ＶＣＣＯＵＴは図の右下部に示されている。コンデンサＣ９４、Ｃ９５、Ｃ１１、Ｃ２、Ｃ９３、抵抗Ｒ２６、Ｒ３１、Ｒ４、および、ＤＣ／ＤＣ昇圧レギュレータＵ３（例えば、米国カリフォルニアのサイペックス社製ＳＰ６６４１Ａ／Ｂなど）で放電許可スイッチＪ２を形成する。放電許可スイッチＪ２が開かれるとホストの電力供給が不揮発性記憶デバイスに電力を供給し、放電許可スイッチＪ２が閉じられるとエネルギー蓄積装置によってバックアップの電力が供給されるので、放電許可スイッチＪ２は、図１の電力供給選択回路１６として働くのが理解できるだろう。ＥＮＡは電圧供給許可ピンであり、ＭＣＵ１２によってアクティブにされて充電回路のオン／オフを行なう。ＢＣＫ_ＰＷＲ_ＥＮは放電許可ピンであり、デバイスの電力異常が起きた場合にＭＣＵ１２によってアクティブにされて、エネルギー蓄積コンデンサＣ１が電力を供給するのを許可する。抵抗Ｒ１２、Ｒ３０、および三極素子Ｑ１は、図３に示すように充電許可スイッチＪ１として動作する。ＥＮＡの電圧が高レベルのときには、Ｑ１がオフとなってコンデンサＣ１の充電が停止され、ＥＮＡの電圧が低レベルのときには、Ｑ１がオンとなってコンデンサＣ１の充電が開始される。抵抗Ｒ２７およびコンデンサＣ１００はフィルタ回路を形成し、主に、電圧検出過程におけるフィルタリングと過電流保護に用いられる。
【００２９】
図４及び図５は、それぞれ、図３に示す回路とＭＣＵ１２、図３に示す回路と図１に示す電力供給選択回路１６との接続を示すブロック図である。このように、充電電力供給ＶＣＣＩＮとＶＯＬＴ_ＤＥＴＥＣＴピンはそれぞれＭＣＵ１２に入力され、ＭＣＵ１２は、充電許可スイッチＪ１および放電許可スイッチＪ２に、それぞれ充電および放電信号を送る。ＭＣＵ１２はまた電力供給選択回路１６に電力選択信号を送る。同様に、ＭＣＵ１２からの電力選択信号の他に、ホスト電力供給ＶＣＣＩＮおよびエネルギー蓄積装置１４のバックアップ電圧ＶＣＣＯＵＴが、電力選択回路１６にそれぞれ入力される。電力供給選択回路１６の出力が図１に示す電力供給部１７へ送られる。ＭＣＵ１２は、プロセッサによって制御され充電許可信号Ｊ１および放電許可信号Ｊ２に対応するパルスを発生させるパルス幅変調器（ＰＷＭ）モジュールを備えている。パルス許可信号の周波数は、回路設計によって決められる。電力供給選択回路１６はＭＣＵ１２が出す電力選択信号に応答し、ＶＣＣＩＮまたはＶＣＣＯＵＴから電力供給部１７への接続を選択的に切り替える。
【００３０】
図６は、上記実施形態の回路の処理フローを示す。デバイスに正常に電源が入れられると、ＭＣＵ１２は、電力供給充電許可ピンを、所定の周波数のパルスモードで間欠的にアクティブにし、エネルギー蓄積コンデンサＣ１を充電する。その後、ＭＣＵは周期的にコンデンサ検出ピンに問い合わせを行なう。電圧値が閾値を満足しない場合、エネルギー蓄積コンデンサＣ１は継続して充電され、電圧値が閾値を満足すると、電力供給充電許可ピンを非アクティブにし、コンデンサの充電を停止する。その後、ＭＣＵは、外部電力供給の状態にあわせて放電許可ピンを制御する。デバイスへの電力供給が異常になると、ＭＣＵは、インダクタＬ１によって決められる周波数のパルスモードで、放電許可ピンを間欠的にアクティブにして、エネルギー蓄積コンデンサＣ１を放電させる。この間、昇圧回路が、一定期間、記憶デバイスに供給電圧を提供することにより、ＭＣＵは、処理データおよび関連するデバイス状態情報を保存するのに十分な時間を持つことができ、電力供給が再び正常に提供されたときに、その場データとデバイス状態を回復することができる。予期しない電力異常なしに処理が正常に終了した場合には、ＭＣＵはシステムエンド状態を入力し、処理データとデバイス状態情報は、正常に保存される。この場合、保護回路は電力を供給する必要がない。
【００３１】
本発明は上記実施形態を参照して説明されているが、上記実施形態は本発明を限定することを意図するものではなく、本発明を実施するために他の方法および回路も使用できることは理解できるだろう。
また、本発明によって提供される電力異常保護装置は、予期しない電力異常によって引き起こされるダメージを防止するために、半導体記憶デバイスだけでなく、予期しない電力異常の影響を受ける他の電子製品にも適応可能であることも理解できるだろう。
【符号の説明】
【００３２】
１０・・・電力異常保護回路（power failure protection circuit）、
１１・・・外部電力入力部（external power input）、
１２・・・主制御装置（main control unit, ＭＣＵ）、
１３・・・充電制御回路（charge control unit）、
１４・・・エネルギー蓄積装置（energy storage unit）、
１５・・・放電制御回路（discharge control circuit）、
１６・・・電力供給選択回路（power supply select circuit）、
１７・・・デバイス電力供給出力部（device power supply output）、
Ｊ１・・・充電許可スイッチ（charge enable switch）、
Ｊ２・・・放電許可スイッチ（discharge enable switch）、
Ｃ１・・・第１コンデンサ（first capacitor）、
Ｃ２・・・第２コンデンサ（second capacitor）、
Ｌ１・・・インダクタ（inductor）、
Ｄ１・・・第１ダイオード（first diode）、
Ｄ２・・・第２整流ダイオード（second rectifier diode）
【図１】
2010534379.tif 000003
【図２】
2010534379.tif 000004
【図３】
2010534379.tif 000005
【図４】
2010534379.tif 000006
【図５】
2010534379.tif 000007
【図６】
2010534379.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月26日(2010.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給の異常時に不揮発性半導体記憶デバイスを保護する方法であって、
該不揮発性半導体記憶デバイスの正常動作中には、エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出し、前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために前記状態に応じて外部電力入力部を制御してエネルギー蓄積装置を充電させること、および、
前記電力供給の異常を検出すると、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させること、
を含む方法。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積装置の状態が、前記エネルギー蓄積装置に蓄えられた電気エネルギーを示し、前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために前記状態に応じて前記外部電力入力部を制御して前記エネルギー蓄積装置を充電させることが、前記エネルギー蓄積装置の電気エネルギーが不十分なときに前記エネルギー蓄積装置を充電することと、前記エネルギー蓄積装置が完全に充電された後に前記外部電力入力部を制御して前記エネルギー蓄積装置の充電を停止することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記電力供給の異常の有無を動的に検出することを含む請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記不揮発性半導体デバイスの正常動作中には電力供給のために前記外部電力入力部を選択し、異常動作中には電力供給のために前記エネルギー蓄積装置を選択することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電速度を調節することによって、前記エネルギー蓄積装置が、放電速度以上の速度で充電することを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記エネルギー蓄積装置の充電速度を調節することが、間欠的に、エネルギーをインダクタに蓄え、該エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に放電することを含み、前記エネルギー蓄積装置の放電速度を調節することが、間欠的に、エネルギーをインダクタに蓄え、該エネルギーを前記不揮発性半導体記憶装置に放電することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エネルギー蓄積装置がコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記不揮発性半導体記憶デバイスがフラッシュメモリであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
不揮発性半導体記憶デバイスのための電力異常保護回路（１０）であって、
電力供給の異常が起きた場合に前記不揮発性半導体記憶デバイスのためのバックアップ電気エネルギーを供給するための前記不揮発性半導体記憶デバイス用バックアップ電力供給部として働くエネルギー蓄積装置（Ｃ１）と、
前記不揮発性半導体記憶デバイスの正常動作に応答して、前記エネルギー蓄積装置の状態を動的に検出して該状態に応じて前記エネルギー蓄積装置のための十分なバックアップ電気エネルギーを確保するために外部電力入力部を前記エネルギー蓄積装置を充電するように制御し、また、前記電力供給の異常に応答して、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させる主制御装置（１２）と、を含む電力異常保護回路。
【請求項１０】
さらに、前記外部電力入力部が正常動作中は、前記記憶デバイスへの電力供給のために前記外部電力入力部を選択し、前記外部電力入力部の動作が異常な場合には、前記不揮発性半導体記憶デバイスへの電力供給のために前記エネルギー蓄積装置を選択する、電力供給選択回路（１６、Ｊ２）を含む、請求項９に記載の電力異常保護回路。
【請求項１１】
さらに、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電を制御するための充電／放電制御回路（Ｊ１、Ｌ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｊ２、Ｄ２、Ｃ２）を含む、請求項９または１０いずれかの電力異常保護回路。
【請求項１２】
前記主制御装置が、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電速度を、前記充電／放電制御回路を通じて調節し、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電電圧と前記不揮発性半導体記憶デバイスの供給電圧とを適合させることを特徴とする、請求項１１に記載の電力異常保護回路。
【請求項１３】
前記エネルギー蓄積装置がコンデンサ（Ｃ１）を含むことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の電力異常保護回路。
【請求項１４】
前記外部電力入力部から前記コンデンサ（Ｃ１）に電力を供給するための降圧型充電制御回路を更に含み、該降圧型充電制御回路が、充電許可スイッチ（Ｊ１、Ｒ１２、Ｒ３０、Ｑ１）と、前記コンデンサ（Ｃ１）と前記放電許可スイッチ（Ｊ１）との間に直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）と、前記インダクタと前記コンデンサ（Ｃ１）に逆並列に接続された還流ダイオード（Ｄ１）とを含む、請求項１３に記載の電力異常保護回路。
【請求項１５】
前記エネルギー蓄積コンデンサが、昇圧放電制御回路を通じて前記不揮発性半導体記憶デバイスのためのバックアップ電力供給部を提供し、該昇圧放電制御回路がダイオード（Ｄ２）、インダクタ（Ｌ１）とエネルギー蓄積コンデンサ（Ｃ１）、該インダクタと該エネルギー蓄積コンデンサをまたがって接続された放電許可スイッチ（Ｊ２）、および、前記電力異常保護回路の出力とグランドの間に接続された減結合コンデンサ（Ｃ２）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電力異常保護回路。
【請求項１６】
不揮発性半導体記憶デバイスのための電力異常保護回路（１０）であって、
電力供給の異常が起きた場合に前記不揮発性半導体記憶デバイスのためのバックアップ電気エネルギーを供給するための前記不揮発性半導体記憶デバイス用バックアップ電力供給部として働くエネルギー蓄積装置（Ｃ１）と、
前記不揮発性半導体記憶デバイスの正常動作に応答して、外部電力入力部を前記エネルギー蓄積装置を充電するように制御し、また、前記電力供給の異常に応答して、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させる主制御装置（１２）と、を含み、
さらに、前記外部電力入力部から前記エネルギー蓄積装置（Ｃ１）へ電力を供給するための前記降圧型充電制御回路を含み、該降圧型充電制御回路が、充電許可スイッチ（Ｊ１、Ｒ１２、Ｒ３０、Ｑ１）、前記エネルギー蓄積装置（Ｃ１）と前記充電許可スイッチ（Ｊ１）の間に直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）、および、前記インダクタと前記エネルギー蓄積装置（Ｃ１）に逆並列に接続された還流ダイオード（Ｄ１）を含み、
さらに、前記エネルギー蓄積装置の電力を前記不揮発性半導体記憶デバイスへ供給するための昇圧型放電制御回路を含み、該昇圧型放電制御回路が、インダクタ（Ｌ１）とエネルギー蓄積コンデンサ（Ｃ１）、該インダクタと該エネルギー蓄積コンデンサにまたがって接続された放電許可スイッチ（Ｊ２）、および、前記電力異常保護回路の出力部とグランドとの間に接続された減結合コンデンサ（Ｃ２）を含み、
前記主制御装置が間欠的に充電許可スイッチ（Ｊ１）と放電許可スイッチ（Ｊ２）を開閉することによって、前記エネルギー蓄積装置の充電／放電電圧と前記不揮発性半導体記憶装置の供給電圧とを適合させる、電力異常保護回路。
【請求項１７】
前記主制御装置が、充電許可信号および放電許可信号に対応するパルスを発生するパルス幅変調器モジュールを含む請求項１６に記載の電力異常保護回路。
【請求項１８】
電力供給の異常時に不揮発性半導体記憶デバイスを保護する方法であって、
該不揮発性半導体記憶デバイスの正常動作中には、外部電力入力部を制御してエネルギー蓄積装置を充電させること、および、
前記電力供給の異常を検出すると、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させること、を含み、
前記エネルギー蓄積装置が放電速度以上の速度で充電するように、前記外部電力入力部を制御してエネルギー蓄積装置を充電させることが、前記エネルギー蓄積装置の充電速度を調節することを含み、前記不揮発性半導体記憶デバイスに電力を供給するために前記エネルギー蓄積装置を放電させることが、前記エネルギー蓄積装置の放電速度を調節することを含む方法。
【請求項１９】
前記エネルギー蓄積装置の充電速度を調節することが、間欠的にインダクタにエネルギーを蓄え該エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に放電することを含み、前記エネルギー蓄積装置の放電速度を調節することが、間欠的にインダクタにエネルギーを蓄え、該エネルギーを前記不揮発性半導体記憶装置に放電することを含む、請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2010534379.tif 000009
2010534379.tif 000010