一种支持单路供电的UFS存储设备及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子，具体涉及一种支持单路供电的ufs存储设备以及应用该设备的控制方法。

背景技术：

1、ufs(通用闪存)是由jedec(联合电子设备工程委员会)定义的一种闪存系统，针对高带宽传输和低功耗的移动存储应用。ufs的jedec协议标准定义了ufs的电气接口和memory device(也称作存储设备)的特性。近十年来，半导体制造工艺的发展大幅增加了晶圆的元件密度，提升了器件的性能和可靠性。因此，闪存颗粒的容量、闪存设备的供电电压和接口速度都在不断发展变化，ufs闪存标准也在不断更新。

2、如图1所示，图1是ufs memory device的模组结构，其控制器和闪存颗粒封装在同一个模组内，控制器通过物理层接口与模组外部的ufs主机通信，并且通过控制器输入/输出管理模组内部闪存颗粒的电源和通信。ufs协议标准规定，模组的外部供电电源为vcc、vccq和vccq2，vcc用于闪存颗粒的存储核心供电，其典型电压值为3.3v(ufs 2标准)或2.5v(ufs 3标准)；vccq用于控制器的超低压模块，也可选用于物理层接口和输入/输出供电，其典型电压值为1.2v；vccq2用于物理层接口和控制器的低压模块，其典型电压值为1.8v。ufs协议标准没有定义控制器输入/输出模块和闪存输入/输出模块的电源电压vccio，它取决于闪存颗粒的接口电压要求，控制器需要适配闪存颗粒并提供合适的电压值。一般而言，小容量、低速、使用旧制造工艺生产的闪存颗粒支持1.8v vccio，大容量、高速、使用新制造工艺生产的闪存颗粒支持1.2vvccio。

3、因此，现有技术存在以下几点问题：

4、一、从ufs存储设备内部控制器的电源需求来看，需要外部提供2路电源vccq和vccq2：

5、(1)控制器芯片内各个模块的工作电压很难统一。例如，需要高电压摆幅的模拟电路设计需要工作在1.8v，很难在1.2v电源下设计；高速的数模混合信号接口设计则需要工作在1.2v电源下，才能达到要求的性能。

6、(2)闪存颗粒的输入/输出接口电压随生产工艺变化，存储设备的电源方案需要考虑不同闪存颗粒的适配性。

7、(3)控制器中同一个模块的工作电压会随半导体制造工艺发生变化。例如，使用平面工艺的控制器，其物理层接口的工作电压为1.8v；使用鳍式场效应晶体管工艺的控制器，其物理层接口的工作电压为1.2v。

8、二、从使用ufs存储设备的产品硬件设计来看，减少供电电源数目是设计方案追求的目标之一，不仅可以直接降低pmu(电源管理芯片)的成本，也为pcb板级设计提供更大的灵活性，充裕的版图布局布线空间也是高速pcb设计中非常关键的因素。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种支持单路供电的ufs存储设备及其控制方法，该设备和方法用于解决现有技术中成本高、工作电压难以统一、适配性差、稳定性差、灵活性低、布线空间不够优化等问题，从而达到只使用1路外部电源为ufs存储设备供电，并满足设备内各模块的电源电压要求的目的。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种支持单路供电的ufs存储设备，包括：控制器芯片以及闪存芯片，所述控制器芯片的输入输出端与所述闪存芯片的输入输出端连接，所述闪存芯片接入vcc电源，所述控制器芯片接入单路外部电源，所述控制器芯片内置有降压电路、升压电路、低压模块、超低压模块以及物理层接口，所述降压电路具有一个输入电源pad和一个输出电源pad，使得单路外部电源的电源电压降压至第一电压值，用于给ufs存储设备内所有电源电压为第一电压值的模块供电；所述升压电路具有一个输入电源pad和一个输出电源pad，使得单路外部电源的电源电压升压至第二电压值，用于给ufs存储设备内所有电源电压为第二电压值的模块供电。

4、进一步的方案是，所述低压模块用于固定工作在第二电压值以满足高电压摆幅的电路要求，所述超低压模块用于固定工作在第一电压值以满足高速混合信号的设计要求。

5、由此可见，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

6、1、本发明在控制器芯片内增加一个降压电路，将较高的电压的vccq2降压到较低的电压，从而达到在没有外部vccq的情况下给存储设备内所有电源电压为指定电压的模块供电的目的；

7、2、控制器芯片内增加一个升压电路，将较低的电压的vccq升压到较高的电压，从而达到在没有外部vccq2的情况下给存储设备内所有电源电压为指定电压的模块供电的目的；

8、3、ufs存储设备的封装做打线可选方案，通过封装打线选择存储设备控制器各模块的工作电压。

9、一种支持单路供电的ufs存储设备的控制方法，该方法应用于上述的一种支持单路供电的ufs存储设备进行电源控制，该方法包括以下步骤：

10、当ufs存储设备外部只提供第一外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第一电压值，其输入输出端电压vccio为第一电压值，将降压电路的输入电源pad连接至第一外部电源，将降压电路的输出电源pad分别连接至物理层接口的电源pad、超低压模块的电源pad和电压vccio的电源pad；升压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将低压模块电源pad连接至第一外部电源；

11、当ufs存储设备外部只提供第二外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第一电压值，其输入输出端电压vccio为第一电压值，将升压电路的输入电源pad连接至第二外部电源，将升压电路的输出电源pad连接至低压模块的电源pad；降压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将物理层接口的电源pad、超低压模块的电源pad和电压vccio的电源pad连接到第二外部电源；

12、其中，第一外部电源提供的电源电压大于第二外部电源提供的电源电压。

13、进一步的方案是，当ufs存储设备外部只提供第一外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第二电压值，其输入输出端电压vccio为第二电压值，将降压电路的输入电源pad连接至第一外部电源，将降压电路的输出电源pad连接至超低压模块的电源pad；升压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将低压模块电源pad、物理层接口的电源pad和电压vccio的电源pad连接至第一外部电源。

14、更进一步的方案是，当ufs存储设备外部只提供第一外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第一电压值，其输入输出端电压vccio为第二电压值，将降压电路的输入电源pad连接至第一外部电源，将降压电路的输出电源pad分别连接至超低压模块的电源pad和物理层接口的电源pad；升压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将低压模块电源pad和电压vccio的电源pad连接至第一外部电源。

15、更进一步的方案是，当ufs存储设备外部只提供第一外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第二电压值，其输入输出端电压vccio为第一电压值，将降压电路的输入电源pad连接至第一外部电源，将降压电路的输出电源pad分别连接至超低压模块的电源pad和电压vccio的电源pad；升压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将低压模块的电源pad和物理层接口的电源pad连接至第一外部电源。

16、更进一步的方案是，当ufs存储设备外部只提供第二外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第二电压值，其输入输出端电压vccio为第二电压值，将升压电路的输入电源pad连接至第二外部电源，将升压电路的输出电源pad分别连接至低压模块的电源pad、物理层接口的电源pad和电压vccio的电源pad；降压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将超低压模块的电源pad连接到第二外部电源。

17、更进一步的方案是，当ufs存储设备外部只提供第二外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第一电压值，其输入输出端电压vccio为第二电压值，将升压电路的输入电源pad连接至第二外部电源，将升压电路的输出电源pad连接到低压模块的电源pad和电压vccio的电源pad；降压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将超低压模块的电源pad和物理层接口的电源pad连接到第二外部电源。

18、更进一步的方案是，当ufs存储设备外部只提供第二外部电源时，控制器芯片内物理层接口电源电压为第二电压值，其输入输出端电压vccio为第一电压值，将升压电路的输入电源pad连接至第二外部电源，将升压电路的输出电源pad连接到低压模块的电源pad和物理层接口的电源pad；降压电路不工作，其输入电源pad和输出电源pad断开，保持nc状态；将超低压模块的电源pad和电压vccio的电源pad连接到第二外部电源。

19、更进一步的方案是，所述第一外部电源提供的电源为第二电压值，所述第二外部电源提供的电源为第一电压值。

20、由此可见，相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

21、1、本发明将ufs存储设备外部2路供电电源减少1路，允许存储设备控制器支持单电源vccq或者单电源vccq2的产品硬件电源方案，直接降低了pmu(电源管理芯片)的成本，也为pcb板级设计提供更大的版图布局布线空间，为高速pcb设计提供更好的性能。

22、2、本发明允许ufs存储设备控制器中个别模块的工作电压发生变化，同一个控制器芯片设计可在多个半导体制造工艺平台中生产，大幅提升产品性能升级的速度。

23、3、同一个控制器芯片能够适配不同闪存颗粒的输入/输出电压vccio，具有更好的闪存颗粒兼容性。

24、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。