CN111145807A - 一种3d堆叠存储器的温控自刷新方法及温控自刷新电路 - Google Patents

Abstract

一种3D堆叠存储器的温控自刷新方法及3D堆叠存储器的温控自刷新电路；温控自刷新方法包括：测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率；接收外部刷新速率；根据内部刷新速率和外部刷新速率得到待刷新的存储器的目标刷新速率；控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新；因此本实施例针对每个存储器分别设定对应的内部刷新速率，结合内部刷新速率和外部刷新速率能够对于待刷新的存储器进行均衡的自适应刷新控制，保障了3D堆叠存储器的数据存储安全性，提高了3D堆叠存储器的可靠性和稳定性。

Description

一种3D堆叠存储器的温控自刷新方法及温控自刷新电路

技术领域

本申请属于存储器控制技术领域，尤其涉及一种3D堆叠存储器的温控自刷新方法及3D堆叠存储器的温控自刷新电路。

背景技术

随着电子技术的不断发展，相关电子设备在运行过程中会产生大量的数据，那么技术人员必须采用存储电子设备来完整地保留电子设备输出的数据，进而保障电子设备的运行安全；并且电子设备输出的数据逐渐朝着大容量、实时性、并行输入输出的方向发展，那么电子设备在工作过程中将会产生很大的参数量，相应的，存储设备也需要具有大存储容量、高带宽、低延时的访存性能；在此基础之上，技术人员相继地设计出不同类型的存储器，以匹配电子设备的数据存储需求。

其中，3D(Three Dimensions，三维)堆叠存储器通过硅通孔技术将多层存储器进行堆叠，以实现容量和带宽的倍增，那么3D堆叠存储器逐渐普遍地适用于各个不同的工业技术领域，以满足电子设备的大数据存储需求；相比于单个DRAM(Dynamic Random AccessMemory，动态随机存取存储器)，通过3D堆叠存储器能够更加有效地扩展数据容量，因此3D堆叠存储器的普遍应用对于数据存储技术的发展具有极其重要的实际意义；然而由于3D堆叠存储器集成了多个存储器，在3D堆叠存储器在工作过程中，功率密度会变得更大；由于高功率密度导3D堆叠存储器更容易热量堆积，那么3D堆叠存储器中过高的热量将会影响数据存储安全性，导致数据容易出现丢失现象。

传统技术无法对于3D堆叠存储器进行温度刷新过程自适应控制，导致3D堆叠存储器各个存储区域无法进行均衡刷新操作，降低了3D堆叠存储器的数据存储安全性和精确性，难以普遍适用。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种3D堆叠存储器的温控自刷新方法及3D堆叠存储器的温控自刷新电路，旨在解决传统的技术方案无法对于3D堆叠存储器进行自适应均衡刷新操作，导致数据存储的安全性和精确性较低，对于3D堆叠存储器容易造成数据丢失的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种3D堆叠存储器的温控自刷新方法，所述3D堆叠存储器包括至少两个依次堆叠的存储器，所述温控自刷新方法包括：

测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率；

接收外部刷新速率；

根据内部刷新速率和外部刷新速率，得到待刷新的存储器的目标刷新速率；

控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新。

在其中的一个实施例中，测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率，具体包括：

仅当温度传感器接收到温度控制指令时，采用所述温度传感器测量待刷新的存储器的温度；

比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值；

根据待刷新的存储器的温度对应的温度标志值得到所述内部刷新速率。

在其中的一个实施例中，比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，具体包括：

获取每个所述存储器的温度变化范围，得到所述3D堆叠存储器的温度变化量程；

将所述3D堆叠存储器的温度变化量程划分为至少两个温度区间；

根据每个所述温度区间分别设定一参考温度和一温度标志值；

将所述待刷新的存储器的温度依次与每个所述参考温度进行比较，以获取待控制的参考温度；

根据待控制的参考温度，得到待刷新的存储器的温度对应的温度标志值。

在其中的一个实施例中，比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值之后，所述温控自刷新方法还包括：

将所述待刷新的存储器的温度对应的温度标志值进行存储。

本申请实施例的第二方面提供了一种3D堆叠存储器的温控自刷新电路，所述3D堆叠存储器包括至少两个依次堆叠的存储器，所述温控自刷新电路包括：

内部刷新控制模块，用于测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率；

外部刷新控制模块，用于生成外部刷新速率；

速率选择模块，与所述内部刷新控制模块及所述外部刷新控制模块连接，用于根据所述内部刷新速率和所述外部刷新速率，得到待刷新的存储器的目标刷新速率；以及

刷新执行模块，与所述速率选择模块连接，用于控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新。

在其中的一个实施例中，所述内部刷新控制模块包括：

使能单元，用于接收到刷新请求指令时生成温度控制指令；

温度传感单元，与所述使能单元连接，用于根据所述温度控制指令测量待刷新的存储器的温度；

基准单元，与所述使能单元连接，用于根据所述温度控制指令生成参考温度；

温度比较单元，与所述温度传感单元及所述基准单元连接，用于比较所述参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值；以及

温度锁存单元，与所述温度比较单元及所述速率选择模块连接，用于根据所述参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，并得到所述内部刷新速率。

在其中的一个实施例中，所述内部刷新控制模块还包括：

熔丝调节单元，与所述温度传感单元连接，用于根据测试模式使能信号调节至少一个熔丝进行导通，以输出具有预设幅值的第一驱动电压；

所述温度传感单元用于根据所述温度控制指令和所述第一驱动电压测量待刷新的存储器的温度。

在其中的一个实施例中，所述温度传感单元包括：

第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端共接入供电电压，所述第二电阻的第二端和所述第一NMOS晶体管的漏极共接于所述温度比较单元，所述第一NMOS晶体管的源极接所述第三电阻的第一端；

所述第一电阻的第二端和所述第一NMOS晶体管的栅极共接于所述第二NMOS晶体管的漏极，所述第二NMOS晶体管的栅极接所述熔丝调节单元，所述第二NMOS晶体管的源极接所述第三NMOS晶体管的漏极，所述第三电阻的第二端接所述第四NMOS晶体管的漏极；

所述第三NMOS晶体管的栅极和所述第四NMOS晶体管的栅极共接于所述使能单元；

所述第三NMOS晶体管的源极接地，所述第四NMOS晶体管的源极接地。

在其中的一个实施例中，所述内部刷新控制模块还包括：

温度存储单元，与所述温度锁存单元，用于读取所述待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，并进行存储。

在其中的一个实施例中，所述内部刷新控制模块还包括：

电压生成单元，与所述温度传感单元连接，用于根据第一基准电压生成所述供电电压。

上述的3D堆叠存储器的温控自刷新方法通过检测3D堆叠存储器中内部每个存储器的温度，生成内部刷新速率，基于内部刷新速率和外部刷新速率综合得到待刷新的存储器的目标刷新速率，以对于待刷新的存储器的进行额定、自适应刷新，以实现对于3D堆叠存储器中每个存储器的最佳数据刷新效果，提高了3D堆叠存储器的数据存储安全性；因此本实施例根据每个存储器的实际温度对于对应的存储器设定刷新周期，以实现3D堆叠存储器中每个存储器的最佳刷新效果，既保障了对于3D堆叠存储器的数据存储安全性和可靠性，又避免了出现刷新过程中的功率损耗，实现了自适应均衡刷新的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的3D堆叠存储器的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的存储器的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的电容中的电荷随着时间变化的曲线；

图4本申请一实施例提供的目标刷新速率的获取原理示意图；

图5为本申请一实施例提供的3D堆叠存储器的温控自刷新方法的具体流程图；

图6为图5所示的温控自刷新方法中步骤S501的具体流程图；

图7为图6所示的温控自刷新方法中步骤S5012的具体流程图；

图8为图5所示的温控自刷新方法中步骤S501的另一种具体流程图；

图9为本申请一实施例提供的3D堆叠存储器的温控自刷新电路的结构示意图；

图10为本申请一实施例提供的内部刷新控制模块的结构示意图；

图11为本申请一实施例提供的内部刷新控制模块的另一种结构示意图；

图12为本申请一实施例提供的温度传感单元的电路结构示意图；

图13为本申请一实施例提供的基准单元的结构示意图；

图14为本申请一实施例提供的温度比较单元的结构示意图；

图15为本申请一实施例提供的内部刷新控制模块的另一种结构示意图；

图16为本申请一实施例提供的电压生成单元的电路结构示意图；

图17为本申请一实施例提供的3D堆叠存储器的温控自刷新电路的电路结构示意图；

图18为本申请一实施例提供的3D堆叠存储器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

当今，由于许多的应用都需要大的带宽，如高性能计算(High PerformanceComputing，HPC)、以太网、图形存储器(Graphics Processing Unit，GPU)等；而且，由于大数据的积聚、理论算法的革新、计算能力的提升及网络设施的演进，使得持续积累了半个多世纪的人工智能产业又一次迎来革命性的进步，人工智能的研究和应用进入全新的发展阶段；随着政府和产业界的积极推动，人工智能技术在大规模产业化应用方面突飞猛进；比如在AI(Artificial Intelligence，人工智能)计算中，处理的过程参数量很大，需要巨大的存储容量，高带宽、低延时的访存能力，以及计算单元和存储器件间丰富且灵活的连接；那么传统的二维存储器已经不能满足性能需求，因此3D堆叠存储器由此诞生，3D堆叠存储器将动态随机存储器进行堆叠，实现从平面到立体的转换，以满足高带宽、大容量的需求。

为了更好地说明本实施例中3D堆叠存储器的温控自刷新方法的具体实施方式，下面将简要介绍3D堆叠存储器的结构及其工作原理，这些内容仅仅是用于更好地说明本实施例中温控自刷新方法的相关技术特征，并非意味着这构成了本申请实施例的现有技术，其主要内容如下：

请参阅图1，图1示出了本实施例提供的3D堆叠存储器的结构示意，其中3D堆叠存储器包括依次堆叠的8个DDR(Double Data Rate，双倍数据率)存储器，那么3D堆叠存储器能够集成8个DDR存储器来实现数据存储功能，并且这8个DDR存储器采用了堆叠的方式，节省了3D堆叠存储器的空间体积，3D堆叠存储器具有更高的实用价值，通过多个DDR存储器可达到更高的数据输入输出效率，适用范围更广。

需要说明的是，图1仅仅为3D堆叠存储器的示例性结构，其中3D堆叠存储器还采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存储器)进行堆叠设计，以满足该技术领域的数据存储需求。

同时为了说明实施例中的3D堆叠存储器的温度刷新原理，下面结合图2说明存储器的数据刷新和温度控制之间的特性，下面以DARM为例，图2示出了本实施例提供的存储器的结构示意，其中该存储器泛指本领域中的各种类型存储器，存储器包括一个NMOS管Ms和一个电容Cs。NMOS管Ms的栅极连接到字线WL，漏极连接到位线BL，源极连接到电容；由于DARM属于易失性存储器，数据存储在电容Cs中，由于电容Cs的泄露特性，所以必须在数据丢失之前对存储器进行刷新操作，保持电容Cs中数据的准确性。

进一步地，请参阅图3，电容Cs中的电荷随着时间的推移会慢慢泄露，这就是电容Cs的泄露特性。由于电容Cs有泄露特性，而DRAM存储器又是通过电容Cs来进行信息存储，为防止电容Cs的电荷泄露而导致存储信息出错，必须定期执行动态刷新功能，保持电容Cs存储信息的正确性。

由此可得，多层DRAM堆叠设计实现的是从平面到立体的改变，相比于传统2D的DRAM，3D堆叠存储器自身工作或者待机时的发热量不变，但是由于外形小巧，导致其功率密度成倍增加，由高功率密度导致的热问题对DRAM保持具有关键影响；在大多数情况下，3D堆叠存储器在三维立体封装中，顶层存储器的散热性能最好，温度最低，最底层存储器是最热的模块；对于发热严重的存储器，必须减小其自刷新周期，才能保证数据的准确性。

假如对于多层堆叠DRAM使用相同的控制电路，为了使得所有的DRAM都能够正常工作且保证所存储的数据的准确性，以发热最严重的底层存储器为基准，所有其他层存储器均采用与其相同的刷新周期，这样就可以保证所有存储器都能保证数据准确，保证了3D堆叠存储器的可靠性和安全性。

就所有存储器采用相同刷新周期来保证数据准确性这种方式来说，缺点是会导致功耗较大；在高容量，高密度的DRAM中，很难保持较低的功耗，因为在待机和运行期间，DRAM的自刷新电流会随DRAM容量和密度的增加而增加。工作电流与内部刷新周期成反比，内部刷新周期由DRAM的数据保持能力决定；存储器保持数据的时间随着温度的升高而降低，并且最大自刷新时间理论上受到最高工作温度下的保持能力的限制。

由于3D堆叠存储器采用了相同的外部控制信号，也就是说，外部控制的每一层DRAM的自刷新周期都是一致的；对于不同层的DRAM，如果都采用最小的刷新速率，可能会导致发热最严重的DRAM数据丢失；都采用最大的刷新速率，则对于散热较好的DRAM，由于其过快的刷新速率会导致功耗过大；在采用相同的外部控制信号无法兼容实现低功耗和数据存储可靠性两方面的功能。

基于此，本申请实施例公开的温控自刷新方法可针对于3D堆叠存储器中的每个存储器的实际温度设置内部刷新速率，然后结合内部刷新速率和外部刷新速率对于对应的存储器进行单独刷新操作，以保障存储器的数据存储安全性和可靠性；具体而言，首先获取3D堆叠存储器中存储器的确切温度条件，以便发送适当的刷新命令；在3D堆叠存储器中，发出相应的内部刷新周期命令。然后通过组合外部自刷新速率和内部自刷新速率，确定DRAM的最终有效目标刷新速率，如图4所示，图4示出了本实施例提供的目标刷新速率的获取原理；通过在外部刷新中添加或减去内部刷新来确定最终刷新，这使得能够根据3D堆叠DRAM存储器芯片的位置基于温度进行精细控制。基于已选择的外部频率，通过选择适当的内部刷新周期来保持较热模块的存储单元的数据，或者降低发热不严重模块的自刷新速率来减少电流，在降低功耗的同时，保证芯片的可靠性。

因此本实施例中的温控自刷新方法能够根据每个存储器的实际温度对于存储器进行刷新，以实现对于3D堆叠存储器中所有存储器达到最佳的温控刷新效果，保障了3D堆叠存储器内部存储数据的安全性和可靠性；具体的，图5示出了本实施例提供的3D堆叠存储器的温控自刷新方法的具体实现流程，其中，3D堆叠存储器包括至少两个依次堆叠的存储器，其中，3D堆叠存储器的内部结构和工作原理可参照图1至图4的实施例，此处将不再赘述；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

S501：测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率。

其中，待刷新的存储器为3D堆叠存储器中任意一个存储器，则在3D堆叠存储器中挑选出一个存储器，并作为待刷新的存储器，以对于待刷新的存储器进行刷新操作；由于待刷新的存储器在进行数据存储的过程中，待刷新的存储器的温度随着数据存储的过程发生自适应波动，这种温度波动会对于存储器的数据存储性能造成一定的影响；因此本实施例根据待刷新的存储器的温度生成内部刷新速率，那么通过内部刷新速率对于待刷新的存储器的刷新周期进行自适应调节，进而对于待刷新的存储器实现最佳的刷新效果，待刷新的存储器能够维持在安全的温度范围，提高了对于待刷新的存储器的刷新控制灵活性。

S502：接收外部刷新速率。

其中外部刷新速率是针对于3D堆叠存储器中所有的存储器而生成，进而根据外部刷新速率为多个的存储器设定相应的刷新周期标准，进而通过外部刷新速率能够对于3D堆叠存储器中所有存储器执行温控刷新操作，温控自刷新方法具有更高的适用范围。

S503：根据内部刷新速率和外部刷新速率得到待刷新的存储器的目标刷新速率。

示例性的，内部刷新速率大于或者小于外部刷新速率，为了实现对于待刷新的存储器的自适应刷新功能，结合内部刷新指令和外部刷新指令以综合得到待刷新的存储器的目标刷新速率，比如通过将外部刷新速率和内部刷新速率进行相加，以得到目标刷新速率；那么本实施例根据待控制的存储器的实际温度值设定目标刷新速率，使得待刷新的存储器能够准确地保持数据，满足用户的实际数据存储需求；又避免了对于待刷新的存储器出现刷新功率损耗；本实施例对于待刷新的存储器进行自适应的刷新操作。

S504：控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新。

其中目标刷新速率结合外部刷新周期信息和内部刷新周期信息，因此基于目标刷新速率能够对于待刷新的存储器进行快速刷新，以使得待刷新的存储器能够执行自适应的刷新操作，保障了待刷新的存储器的数据存储安全性和稳定性，经过刷新操作的存储器能够输出更加完整的数据，以实现相应的电路功能，3D堆叠存储器具有更高的兼容性能和适用范围。

在图5示出温控自刷新方法的实现流程中，通过实时检测待刷新的存储器的温度，以生成内部刷新速率；那么结合内部刷新速率和外部刷新速率合理设定待刷新的存储器的目标刷新速率，进而按照目标刷新速率对于待刷新的存储器执行刷新操作，通过待刷新的存储器的自刷新操作可保障数据存储的安全性和可靠性，适用范围更广；因此本实施例根据待刷新的存储器的温度变化量设定待刷新的存储器的目标刷新速率，比如当待刷新的存储器的温度较高时，则将目标刷新速率增大，当待刷新的存储器的温度较低时，则将目标刷新速率降低，实现了待刷新的存储器的动态刷新操作，既防止了待刷新的存储器的出现电能损耗，又提高了待刷新的存储器的数据存储安全性，3D堆叠存储器的数据存储可靠性更高，3D堆叠存储器中的每一个存储器都能够长时间、精确地存储数据，可适用于各个不同的工业技术领域；有效地解决了传统技术无法对于3D堆叠存储器中的每个存储器进行自适应刷新控制，刷新均衡性和安全性较低，导致对于一些散热性较差的存储器容易出现数据丢失，或者对于一些散热性较高的存储器容易出现功耗过大，数据存储的可靠性和稳定性较低的问题。

作为一种可选的实施方式，图6示出了图5中温控自刷新方法S501的具体实现流程，请参阅图6，S501具体包括：

S5011：仅当温度传感器接收到温度控制指令时，采用温度传感器测量待刷新的存储器的温度。

其中温度控制指令包含温度测量驱动信息，只有当温度传感器接收到温度控制指令时，温度传感器才会对待刷新的存储器的温度进行测量操作；相反当温度传感器未接收到温度控制指令时，温度传感器处于停止状态，温度传感器无法对于待刷新的存储器进行温度测量操作；因此本实施例通过温度控制指令能够灵活的操作温度传感器的工作状态，以便于高效地完成待刷新的存储器的实时自刷新操作，可控性极强；从而本实施例只有当3D堆叠存储器需要执行自刷新操作时，才会驱动温度传感器进行精确的温度测量，极大地降低了功耗，防止温度传感器处于无用的温度测量状态导致功率损耗。

S5012：比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值。

其中参考温度为3D堆叠存储器的温度参考值，由于待刷新的存储器的温度会存在较大的波动性；当通过温度传感器对于待刷新的存储器的温度进行实时的测量后，按照参考温度所确定的温度测评标准，对待刷新的存储器的温度设定对应的温度标志值，比如，温度标志值为：105℃、95℃、85℃、60℃或者35℃；因此本实施例根据参考温度和待刷新的存储器的温度这两者的差值，将待刷新的存储器的温度归属于特定的温度标志值，那么通过该温度标志值能够更加精确、定量地反应出待刷新的存储器的实际温度变化情况。

S5013：根据待刷新的存储器的温度对应的温度标志值得到内部刷新速率。

示例性的，在S5013之前，温度自刷新方法还包括：预先设定温度标志值与预设刷新速率之间的对应关系，进而在每个温度标志值之下，都可找到一个对应的预设刷新速率对于存储器进行自适应刷新操作，以达到存储器的最佳刷新效果；因此本实施例得到待刷新的存储器的温度之后，根据温度标志值与预设刷新数量之间的对应关系，以得到内部刷新速率，进而根据内部刷新速率能够对于待刷新的存储器进行自适应刷新，则内部刷新速率与待刷新的存储器的温度可保持完全匹配，对于待刷新的存储器执行刷新操作，简化了待刷新的存储器的内部刷新速率的设定步骤，3D堆叠存储器中的每个存储器都可精确地匹配设置对应的内部刷新周期。

作为一种可选的实施方式，图7示出了图6中温控自刷新方法S5012的具体实现流程，请参阅图7，S5012具体包括：

S701：获取每个存储器的温度变化范围，得到3D堆叠存储器的温度变化量程。

由于3D堆叠存储器包括多个存储器，当多个存储器在进行数据存储的过程中，每个存储器的温度都会在特定的范围内发生波动；因此本实施例确定每个存储器的温度变化范围，以获取3D堆叠存储器的温度变化量程，那么3D堆叠存储器的温度变化量程可覆盖每个存储器的温度变化范围，以精确地实现每个存储器的温度的区间划分，提高了对于待刷新的存储器的温度识别精度和自刷新控制效率。

S702：将3D堆叠存储器的温度变化量程划分为至少两个温度区间。

示例性的，将3D堆叠存储器的温度变化量程均分为至少两个温度区间，那么每个温度区间包含连续的温度变化值，那么位于同一个温度区间中的所有温度具有特定的刷新频率；因此通过将3D堆叠存储器的连续温度变化归纳为温度区间，那么根据温度区间内的实际温度变化特性对于存储器执行自刷新操作，提升了对于3D堆叠存储器中每个存储器的内部刷新效率的设定效率和控制稳定性。

S703：根据每个温度区间分别设定一参考温度和一温度标志值。

可选的，在温度区间挑选出一温度值，以作为该温度区间对应的温度标志值，示例性的，温度区间为：小于或者等于105℃并且大于95℃，那么该温度区间对应的温度标志值为105℃，通过该温度标志值能够代表对应的温度区间的温度特征；并且温度区间、参考温度以及温度标志值存在一一对应的关系；可选的，将参考温度和温度标志值设置为相同；因此根据温度区间对应的参考温度和温度标志值可更加精确地衡量待刷新的存储器的温度的变化情况，简化了对于待刷新的存储器的内部刷新速率的设定步骤。

S704：将待刷新的存储器的温度依次与每个参考温度进行比较，以获取待控制的参考温度。

示例性的，5个温度区间分别对应5个参考温度，这5个参考温度分别为：105℃、95℃、85℃、60℃、35℃；则将传感器输出的温度依次与参考温度进行大小比较，锁定这些比较的结果以挑选出待控制的参考温度，其中待控制的参考温度作为待刷新的存储器的的温度代表值，进而在多个参考温度中得到与待刷新的存储器的温度接近的温度值；并且当待刷新的存储器的温度在两个参考温度之间的区间，则选择这两个参考温度中较大一个作为待控制的参考温度；比如5个参考温度分别为：105℃、95℃、85℃、60℃、35℃，待刷新的存储器的温度为40℃，那么在这5个参考温度中，40℃处于35℃与60℃之间的区段中，则将60℃作为待控制的参考温度，进而本实施例根据待刷新的存储器的温度匹配得到待控制的参考温度。

S705：根据待控制的参考温度，得到待刷新的存储器的温度对应的温度标志值。

如上述S703，每个参考温度与每个温度标志值存在一一对应关系，因此以待控制的参考温度作为中间物理量，以找寻得到待刷新的存储器对应的温度标志值，那么经过S701～S705后，可在多个待选择的温度标志值中找出：与待刷新的存储器的温度最接近的温度标志值，根据温度标志值可为待刷新的存储器设定最佳的内部刷新速率，实现了对于待刷新的存储器自适应刷新控制功能，提高了3D堆叠存储器中的自适应刷新可控性和灵活性。

作为一种可选的实施方式，图8示出了图5中温控自刷新方法S501的另一种具体实现流程，相比于图6的具体实现流程，在图8中，在步骤S802之后，温控自刷新方法还包括：

S804：将待刷新的存储器的温度对应的温度标志值进行存储。

需要说明的是，其中S804可位于S803之前，也可位于S803之后；当得到待刷新的存储器的温度对应为温度标志值时，通过温度标志值能够更加简便地得到待刷新的存储器的温度大小，因此本实施例对于待刷新的存储器的温度对应的温度标志值进行实时存储，便于用户能够随时获取该温度标志值，以监控待刷新的存储器的温度波动情况；因此本实施例在根据待刷新的存储器的温度对于待刷新的存储器进行自适应刷新操作的同时，还能够保留温度标志值，提高了温控自刷新方法的适用范围和控制灵活性，满足了多方位的存储控制需求。

图9示出了本实施例提供的3D堆叠存储器的温控自刷新电路90的结构示意，请参阅图9，3D堆叠存储器包括至少两个依次堆叠的存储器，温控自刷新电路90包括：内部刷新控制模块901、外部刷新控制模块902、速率选择模块903以及刷新执行模块904。

内部刷新控制模块901用于测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率。

外部刷新控制模块902用于生成外部刷新速率。

速率选择模块903与内部刷新控制模块901及外部刷新控制模块902连接，用于根据内部刷新速率和外部刷新速率，得到待刷新的存储器的目标刷新速率。

刷新执行模块904与速率选择模块903连接，用于控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新。

作为一种可选的实施方式，图10示出了本实施例提供的内部刷新控制模块901的结构示意，请参阅图10，内部刷新控制模块901包括：使能单元9011、温度传感单元9012、基准单元9013、温度比较单元9014以及温度锁存单元9015；其中，使能单元9011用于接收到刷新请求指令时生成温度控制指令。

其中刷新请求指令包括刷新驱动信息，通过刷新请求指令能够驱动对于3D堆叠存储器的自适应刷新控制操作，使能单元9011仅当接收到刷新请求指令时，才会生成温度控制指令，以启动对于待刷新的存储器的温度测量操作，内部刷新控制模块901具有更高的控制灵活性。

温度传感单元9012与使能单元9011连接，用于根据温度控制指令测量待刷新的存储器的温度。

温度传感单元9012具有温度测量的功能，当温度传感单元9012接收到温度控制指令时，则温度传感单元9012对于待刷新的存储器进行温度测量操作；当温度传感单元9012未接收到温度控制指令时，则温度传感单元9012不会对待刷新的存储器进行温度测量操作，进而降低了温度传感单元9012的功耗。

基准单元9013与使能单元9011连接，用于根据温度控制指令生成参考温度。

根据参考温度为待刷新的存储器的温度测量过程设定标准值；当基准单元9013接收到温度控制指令时，则基准单元9013生成参考温度；当基准单元9013未接收到温度控制指令时，则基准单元9013不生成参考温度，通过使能单元9011能够灵活地控制基准单元9013的电压生成状态。

因此只有当温控自刷新电路90启动对于待刷新的存储器的自刷新控制过程时，温度传感单元9012和基准单元9013才会根据温度控制指令进入工作状态，既保障了对于待刷新的存储器的自刷新控制精确性，又节省了电能功耗，内部刷新控制模块901具有更高的电能利用效率。

温度比较单元9014与温度传感单元9012及基准单元9013连接，用于比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值。

温度锁存单元9015与温度比较单元9014及速率选择模块903连接，用于根据参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，并得到内部刷新速率。

作为一种可选的实施方式，请参阅图10，内部刷新控制模块901还包括：温度存储单元9016，温度存储单元9016与温度锁存单元9015，用于读取待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，并进行存储。

需要说明的是，图9和图10中的温控自刷新电路90中电路模块与图1至图8中温控自刷新方法的具体操作步骤相对应，因此关于图9和图10这两者的具体实施方式可参照图1至图8的实施例，此处将不再赘述。

作为一种可选的实施方式，图11示出了本实施例提供的内部刷新控制模块901的另一种结构示意，相比于图10中内部刷新控制模块901的结构示意，图11中的内部刷新控制模块901还包括：熔丝调节单元9017，熔丝调节单元9017与温度传感单元9012连接，用于根据测试模式使能信号调节至少一个熔丝进行导通，以输出具有预设幅值的第一驱动电压。

温度传感单元9012用于根据温度控制指令和第一驱动电压测量待刷新的存储器的温度。

当温度传感单元9012对于待刷新的存储器进行温度测量的过程中，由于内部工艺参数和外界环境因素等影响，则温度传感单元9012对于待刷新的存储器会存在一定的温度测量误差；具体的，熔丝调节单元9017包括多个熔丝，因此本实施例通过熔丝调节单元9017选择至少一个熔丝切入到温度传感单元9012的温度测量回路中，以修调温度传感单元9012的温度测量，以使得温度传感单元9012能够更加精确地监控待刷新的存储器的温度变化情况，排除外部干扰因素对于温度传感单元9012的温度测量过程造成干扰；测试模式使能信号能够驱动熔丝调节单元9017实现电路修调功能；因此本实施例中的温度传感单元9012能够对于待刷新的存储器的温度进行更加精确的测量，进而温度传感单元9012能够适用于各个不用的外界环境中，以完成对于待刷新的存储器的自适应刷新操作。

其中本实施例中的温控自刷新电路90依赖于温度传感单元9012对于待刷新的存储器的温度测量结果，以对于待刷新的存储器进行自适应刷新操作，那么温度传感单元9012的温度测量精度及其内部电路结构对于温控自刷新电路90的自刷新过程具有极其重要的影响作用；本实施例中的温度传感单元9012的温度测量原理可分为两类：基于与绝对温度成正比(Propor TIonal To Absolute Temperature，PTAT)或与绝对温度成反比(Complementary Proportional to Absolute Tem perature，CTAT)原理，比如采用双极结型晶体管或CMOS晶体管，使用PTAT电流发生器和模数转换器实现的高分辨率温度传感，采用这种方式的温度传感单元9012通常可以达到优于±1℃的精度，并且通过应用动态元件匹配和偏移消除实现了±0.1℃的精度，并且温度传感单元9012具有较为简化的电路结构。

可选的，温度传感单元9012还可采用：测量逻辑门的温度相关时间延迟。以替代上述传感器使用逆变器延迟单元和时间—数字转换器(Time to Digital Convert，TDC)来测量电容器被电流充电到固定阈值电压所花费的时间；在初始批量校准之后，这种类型的单个电路的低成本单点校准足以在实现几度的精度。使用两点校准可将精度提高到约±1℃，以保障温度传感单元9012对于待刷新的存储器的温度测量精度和温度测量效率，因此温度传感单元9012具有更高的校正稳定性。

作为一种可选的实施方式，图12示出了本实施例提供的温度传感单元9012的电路结构示意，请参阅图12，温度传感单元9012包括：第一NMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2、第三NMOS晶体管M3、第四NMOS晶体管M4、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。

第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端共接入供电电压，通过供电电压能够驱动温度传感单元9012的温度测量步骤；第二电阻R2的第二端和第一NMOS晶体管M1的漏极共接于温度比较单元9014，第一NMOS晶体管M1的源极接第三电阻R3的第一端。

第一电阻R1的第二端和第一NMOS晶体管M1的栅极共接于第二NMOS晶体管M2的漏极，第二NMOS晶体管M2的栅极接熔丝调节单元9017，通过熔丝调节单元9017能够对于温度传感单元9012的温度检测过程进行修调，以提高温度传感单元9012的温度检测精度和灵敏性；第二NMOS晶体管M2的源极接第三NMOS晶体管M3的漏极，第三电阻R3的第二端接第四NMOS晶体管M4的漏极。

第三NMOS晶体管M3的栅极和第四NMOS晶体管M4的栅极共接于使能单元9011；通过使能单元9011能够控制温度传感单元9012的温度检测过程，提高了温度检测精度和控制灵敏性，温度传感单元9012对于待刷新的存储器实现高效的温度检测。

第三NMOS晶体管M3的源极接地GND，第四NMOS晶体管M4的源极接地GND。

其中，图12中的温度传感单元9012具有较为集成的电路结构，并且温度传感单元9012具有良好的温度检测精度，由于温度传感单元9012只包含NMOS晶体管和电阻。由于这些晶体管和电阻器的温度变化特性的温度依赖性是已知的，因此通过为NMOS晶体管选择适当的电阻器值和阈值电压，可以容易地预测待刷新的存储器的实际温度，并且补偿外界环境变化因素对于温度传感单元9012的温度测量误差，通过温度传感单元9012获取得到的待刷新的存储器的温度具有更高的精确性和效率，以避免对于待刷新的存储器出现温度检测误差。

作为一种可选的实施方式，图13示出了本实施例提供的基准单元9013的电路结构示意，请参阅图13，基准单元9013包括：梯形电阻器1301、基准NMOS晶体管MS以及多个选择器，其中，在梯形电阻器1301的第一端用于接入供电电压，梯形电阻器1301的第二端接基准NMOS晶体管MS的漏极，基准NMOS晶体管MS的栅极接使能单元9011，进而通过温度控制指令能够实时地改变基准单元9013的工作状态，减少了基准单元9013的电能损耗；如图13所示，梯形电阻器1301包括多个级联的基准电阻，利用多个级联的基准电阻对于供电电压进行分压操作，进而经过多个级联的基准电阻对于供电电压进行多级分压后，每个基准电阻的一端均可输出特定大小的基准电压，其中该基准电压作为参考温度的表征量；并且梯形电阻器1301与多个选择器连接，通过各个选择器依次输出具有特定大小的基准电压，以完成参考温度与待刷新的存储器温度之间的幅值比较过程，那么基准单元9013能够输出不同大小的参考温度，以便于对于待刷新的存储器的温度进行精确识别，提高了内部刷新控制模块901生成的内部刷新速率的精确性。

作为一种可选的实施方式，图14示出了本实施例提供的温度比较单元9014的电路结构示意，请参阅图14，温度比较单元9014包括第一比较器Cmp1，第一比较器Cmp1的正相输入端接基准单元9013，第一比较器Cmp1的负相输入端接温度传感单元9012，第一比较器Cmp1的输出端接温度锁存单元9015，第一比较器Cmp1的驱动端用于接入传感器使能信号；示例性的，传感器使能信号由使能单元9011生成，通过传感器使能信号能够驱动第一比较器Cmp1进入正常的温度数字比较过程，避免温度传感单元9012出现较大的电能损耗；第一比较器Cmp1接入参考温度和待刷新的存储器的温度，精确地比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，以准确地设置待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，温度比较单元9014具有较为简化的电路结构。

作为一种可选的实施方式，图15示出了本实施例提供的内部刷新控制模块901的另一种结构示意，请结合参阅图12中温度传感单元9012的电路结构示意，图15示出的内部刷新控制模块901还包括：电压生成单元9018，电压生成单元9018与温度传感单元9012连接，用于根据第一基准电压生成供电电压。

具体的，电压生成单元9018接第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端，通过第一基准电压能够使得电压生成单元9018实现正常的电压转换功能；其中通过第一基准电压能够为温度传感单元9012提供稳定的直流电能，以使得温度传感单元9012内部的各个NMOS晶体管处于正常的工作状态，精确地感应到待刷新的存储器的实际温度变化情况；因此本实施例利用电压生成单元9018的电压转换功能可保障温度传感单元9012的温度检测可靠性和稳定性，内部刷新控制模块901具有更高的可操控性。

作为一种可选的实施方式，图16示出了本实施例提供的电压生成单元9018的电路结构示意，请参阅图16，电压生成单元9018包括：运算放大器Amp1、第五NMOS晶体管M5、第四电阻R4以及第五电阻R5；第五NMOS晶体管M5的漏极接供电电源VDD，可选的，供电电源VDD为1V～3V直流电源，第五NMOS晶体管M5的栅极接运算放大器Amp1的输出端，运算放大器Amp1的第一输入端用于接入第一基准电压Vref，第五NMOS晶体管M5的源极和第四电阻R4的第一端共接于温度传感单元9012，进而温度传感单元9012能够实时地接入供电电压；第四电阻R4的第二端和运算放大器Amp1的第二输入端共接于第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端接地。

示例性的，运算放大器Amp1的第一输入端为正相输入端，运算放大器Amp1的第二输入端为反相输入端。

结合电压生成单元9018可实现LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)功能，第五NMOS晶体管M5的电能传输性能就会发生相应的改变，则电压生成单元9018的内部各个电子元器件对于供电电源VDD输出的直流电能进行转换后，可输出特定大小的供电电压；电压生成单元9018具有较低纹波，以使得温度传感单元9012处于额定的工作状态，电压生成单元9018具有较为简化的电路结构。

示例性的，为了更好地说明本实施例中温控自刷新电路90的工作原理，图17示出了本实施例提供的温控自刷新电路90的完整电路结构，需要说明的是，图17中示出温控自刷新电路90的具体电路结构作为本实施例示出的示例性结构，其并非意味着本申请实施例中的温控自刷新电路90只能采用图17中的电路结构连接方式；基于图17示出温控自刷新电路90的电路结构示意，温控自刷新电路90具有较为兼容的电路结构，完成对于待刷新的存储器的自刷新操作，保障了待刷新的存储器的内部数据存储安全性。

图18示出了本实施例提供的3D堆叠存储器180的结构示意，其中，3D堆叠存储器180包括如上所述的温控自刷新电路90；通过温控自刷新电路90能够为3D堆叠存储器180设定适当刷新周期，以分别对于3D堆叠存储器180中的每一个存储器执行刷新操作，保障了3D堆叠存储器180的数据存储的完整性和精确性，3D堆叠存储器180具有更高的适用范围和电路控制可靠性，有效地解决了传统技术中的3D堆叠存储器无法执行自适应刷新操作，导致存储器进行刷新控制的过程中将会出现较大的功耗，并且3D堆叠存储器中的一些存储器会由于散热效果不佳而出现数据丢失，实用价值较低的问题。

综上所述，上述中的温控自刷新方法与温控自刷新电路10的优势如下：

①采用了外部自刷新和内部自刷新相结合来决定每个存储的最终刷新速率的方式，在降低刷新功耗的同时还能保证可靠性。

②在对于待刷新的存储器进行温度测量的过程中，对于待刷新的存储器的温度对应的温度标志值进行实时存储，以实时监控待刷新的存储器的状态。

③本实施例通过公开一种新型的温度传感单元9012的电路结构，其具有良好的温度测量精度，对工艺变化相对不敏感，并且面积小，降低了制造成本。

④通过使能单元9011驱动温度传感单元9012和基准单元9013这两者的工作状态，降低了温控自刷新电路10在非自刷新状态的电能功耗，内部刷新控制模块901具有更高的控制精度和。

⑤在存在工艺偏差的情况下，可以通过修调熔丝可以在测试模式中对温度传感单元9012的温度测量过程进行修调，增加了电路的精确性和可靠性，温控自刷新电路10能够在目标刷新速率下对于待刷新的存储器进行高效的刷新操作。

在本文对各种器件、电路、装置、***和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。任何方向参考(例如，加上、减去、上部、下部、向上、向下、左边、右边、向左、向右、顶部、底部、在…之上、在…之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)用于识别目的以帮助读者理解本公开内容，且并不产生限制，特别是关于实施方式的位置、定向或使用。

虽然上面以某个详细程度描述了某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。因此，连接参考并不一定暗示两个元件直接连接/耦合且彼此处于固定关系中。“例如”在整个说明书中的使用应被广泛地解释并用于提供本公开的实施方式的非限制性例子，且本公开不限于这样的例子。意图是包含在上述描述中或在附图中示出的所有事务应被解释为仅仅是例证性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离本公开。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D堆叠存储器的温控自刷新方法，所述3D堆叠存储器包括至少两个依次堆叠的存储器，其特征在于，所述温控自刷新方法包括：

测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率；

接收外部刷新速率；

根据内部刷新速率和外部刷新速率，得到待刷新的存储器的目标刷新速率；

控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新。

2.根据权利要求1所述的温控自刷新方法，其特征在于，测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率，具体包括：

仅当温度传感器接收到温度控制指令时，采用所述温度传感器测量待刷新的存储器的温度；

比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值；

根据待刷新的存储器的温度对应的温度标志值得到所述内部刷新速率。

3.根据权利要求2所述的温控自刷新方法，其特征在于，比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，具体包括：

获取每个所述存储器的温度变化范围，得到所述3D堆叠存储器的温度变化量程；

将所述3D堆叠存储器的温度变化量程划分为至少两个温度区间；

根据每个所述温度区间分别设定一参考温度和一温度标志值；

将所述待刷新的存储器的温度依次与每个所述参考温度进行比较，以获取待控制的参考温度；

根据待控制的参考温度，得到待刷新的存储器的温度对应的温度标志值。

4.根据权利要求2所述的温控自刷新方法，其特征在于，比较参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值，并确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值之后，所述温控自刷新方法还包括：

将所述待刷新的存储器的温度对应的温度标志值进行存储。

5.一种3D堆叠存储器的温控自刷新电路，所述3D堆叠存储器包括至少两个依次堆叠的存储器，其特征在于，所述温控自刷新电路包括：

内部刷新控制模块，用于测量待刷新的存储器的温度，并生成内部刷新速率；

外部刷新控制模块，用于生成外部刷新速率；

速率选择模块，与所述内部刷新控制模块及所述外部刷新控制模块连接，用于根据所述内部刷新速率和所述外部刷新速率，得到待刷新的存储器的目标刷新速率；以及

刷新执行模块，与所述速率选择模块连接，用于控制待刷新的存储器以目标刷新速率进行刷新。

6.根据权利要求5所述的温控自刷新电路，其特征在于，所述内部刷新控制模块包括：

使能单元，用于接收到刷新请求指令时生成温度控制指令；

温度传感单元，与所述使能单元连接，用于根据所述温度控制指令测量待刷新的存储器的温度；

基准单元，与所述使能单元连接，用于根据所述温度控制指令生成参考温度；

温度比较单元，与所述温度传感单元及所述基准单元连接，用于比较所述参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值；以及

温度锁存单元，与所述温度比较单元及所述速率选择模块连接，用于根据所述参考温度和待刷新的存储器的温度之间的差值确定待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，并得到所述内部刷新速率。

7.根据权利要求6所述的温控自刷新电路，其特征在于，所述内部刷新控制模块还包括：

熔丝调节单元，与所述温度传感单元连接，用于根据测试模式使能信号调节至少一个熔丝进行导通，以输出具有预设幅值的第一驱动电压；

所述温度传感单元用于根据所述温度控制指令和所述第一驱动电压测量待刷新的存储器的温度。

8.根据权利要求7所述的温控自刷新电路，其特征在于，所述温度传感单元包括：

第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端共接入供电电压，所述第二电阻的第二端和所述第一NMOS晶体管的漏极共接于所述温度比较单元，所述第一NMOS晶体管的源极接所述第三电阻的第一端；

所述第一电阻的第二端和所述第一NMOS晶体管的栅极共接于所述第二NMOS晶体管的漏极，所述第二NMOS晶体管的栅极接所述熔丝调节单元，所述第二NMOS晶体管的源极接所述第三NMOS晶体管的漏极，所述第三电阻的第二端接所述第四NMOS晶体管的漏极；

所述第三NMOS晶体管的栅极和所述第四NMOS晶体管的栅极共接于所述使能单元；

所述第三NMOS晶体管的源极接地，所述第四NMOS晶体管的源极接地。

9.根据权利要求6所述的温控自刷新电路，其特征在于，所述内部刷新控制模块还包括：

温度存储单元，与所述温度锁存单元，用于读取所述待刷新的存储器的温度对应的温度标志值，并进行存储。

10.根据权利要求8所述的温控自刷新电路，其特征在于，所述内部刷新控制模块还包括：

电压生成单元，与所述温度传感单元连接，用于根据第一基准电压生成所述供电电压。

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