CN102506903A - 一种光电检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电检测电路，包括电子开关(1)、放大电路(3)、偏置电路(6)、选择电路(7)、参考电压产生电路(8)、比较电路(9)，其特征在于：还包括光电二极管(2)、积分电容(4)和电阻(5)，所述电子开关(1)的一端连接电源，另一端连接光电二极管(2)的反向端、积分电容(4)和放大电路(3)的反向输入端，光电二极管(2)的同相端接地，积分电容(4)的另一端连接放大电路(3)的输出端，放大电路(3)的同相输入端与电阻(5)一端相连接，电阻(5)的另一端接地，偏置电路(6)连接到放大电路(3)的偏置输入端，选择电路(7)连接到参考电压产生电路(8)，参考电压产生电路(8)连接到比较电路(9)的一个输入端，比较电路(9)的另一输入端接放大电路(3)的输出端。

Description

一种光电检测电路

技术领域

本发明涉及一种能完全在CMOS集成电路内部实现的用于确保非/接触CPU卡芯片安全的光电检测电路。

背景技术

非/接触CPU智能卡作为一个产品系列，由于可以设置不同的功能、安全性能，容量以及相应的COS，其产品应用领域越来越广，不同应用领域的需求规模也越来越大。智能卡控制器通常采用硅片制成。硅片的电性能将随着不同的电压、温度、光、电离辐射以及周围电磁场的变化而改变。攻击者将通过改变电源、电磁感应、用可见光或辐射性材料来照射智能卡的表面、或者改变温度等这些环境参数，来试图引入一些错误的行为。为了抵御各种错误行为的发生，可以在电路内部加入各种安全检测电路，安全检测电路监测到环境参数的临界值，就会触发告警，芯片就会设置到安全状态。电压传感器用来检查电源，时钟传感器检查频率的不规则行为，而温度和光传感器则检查温度和光攻击。

随着半导体工业的迅速发展，集成电路工艺水平的不断进步，使得在CMOS集成电路内部实现光电检测电路逐渐成为可能。在CMOS工艺中，存在一些寄生器件能实现光电转换功能，例如寄生二极管，三极管，光栅结构感光器件等等，由这些器件构成的检测系统具有低成本，低功耗，高集成度，便于携带等优点，因此适用于非/接触CPU智能卡领域的应用。传统的光检测电路采用分立光电二极管形式，存在着成本高、制作难度大及使用不便的缺点。

发明内容

光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件。它的性能对光电系统的性能影响很大，如缩小系统的体积、减轻系统的重量、增大系统的作用距离等。它在军事上、空间技术和其他的科学技术以及工农业等生产上得到广泛应用。根据光电检测器件对辐射的作用方式的不同(或说工作机理的不同)，可分为光子检测器件和热电检测器件两大类。

为了克服现有技术的上述不足和缺陷，本方案提供一种能完全在集成电路内部实现的、而且可采用常规CMOS工艺制作的用于确保非/接触CPU卡芯片安全的光电检测电路。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种光电检测电路，包括电子开关、放大电路、偏置电路、选择电路、参考电压产生电路、比较电路，其特征在于：还包括光电二极管、积分电容和电阻，所述电子开关的一端连接电源，另一端连接光电二极管的反向端、积分电容和放大电路的反向输入端，光电二极管的同相端接地，积分电容的另一端连接放大电路的输出端，放大电路的同相输入端与电阻一端相连接，电阻的另一端接地，偏置电路连接到放大电路的偏置输入端，选择电路连接到参考电压产生电路，参考电压产生电路连接到比较电路的一个输入端，比较电路的另一输入端接放大电路的输出端。

进一步技术方案是，所述的光电二极管是基于smic18ee库中nwdioe2r模型，管子大小尺寸为100um*100um，并且去掉版图顶层metal。

进一步技术方案是，所述的光电二极管为去掉顶层金属的Nwell/Psub型光电二极管。

进一步技术方案是，所述的光电二极管为去掉顶层金属的N+/Psub型光电二极管。

进一步技术方案是，所述的光电二极管为去掉顶层金属的P+/Nwell型光电二极管。

进一步技术方案是，所述积分电容为MIM电容器。

进一步技术方案是，所述电阻为3t_ckt电阻。

进一步技术方案是，比较电路产生告警信号设置临界值。

本发明相对于现有技术，其优点和有益的效果在于：

首先，本方案采用的光电二极管是建立在CMOS工艺上的模型，它是基于smic18ee库中nwdioe2r模型，管子尺寸取100um*100um，将版图顶层metal去掉实现的。在CMOS工艺中，存在一些寄生器件能实现光电转换功能，例如寄生二极管，三极管，光栅结构感光器件等等，由这些器件构成的检测系统具有低成本，低功耗，高集成度，便于携带等优点，标准N阱CMOS工艺存在三种寄生光电二极管，N+/Psub型光电二极管，P+/Nwell型光电二极管，Nwell/Psub型光电二极管，由于每种二极管的结深，P区/N区浓度各不相同，因此在灵敏度，峰值响应波长，暗电流等方面各不相同，所以适合于不同的检测系统应用。在这三种结构中，Newll/Psub型和N+/Psub型灵敏度较高。光电二极管利用反偏PN结来收集光生电子-空穴对，收集到的电子-空穴对在反偏电场的作用下向两极移动从而产生光电流，和CCD器件不同，CMOS光电二极管耗尽区很小，而且和两侧杂质浓度以及反偏电压有关，虽然两侧区域的扩散电流可以增大转换效率，但CMOS光电二极管的转换效率是几种探测器中最低的，因此必须采用额外的后续电路来提高整体检测系统的灵敏度。

其次，本方案提出的电容跨阻放大结构读出电路来实现光电二极管产生的光电流到电压的转换。所谓的电容跨阻放大结构就是积分电容一端连接放大电路的反向输入端，积分电容另一端连接放大电路的输出端，放大电路的同相端连接电阻。这种结构拥有更高的光电流-电压转换增益，同时能够帮助光电二极管获得更好的暗电流特性。在一块芯片内实现光电转换，信号处理和数字化，避免了传统方案中的多个检测环节，大大节省了检测成本，减小检测系统体积，提高了检测灵敏度。

最后，本方案提出一种比较电路来监测环境参数的临界值，给整个卡片产生告警信号，芯片就会设置到安全状态，以实现本发明在非/接触CPU智能卡中起到安全检测的功能。

附图说明

附图为本发明的电路结构图。

图中：1-电子开关，2-光电二极管，3-放大电路，4-积分电容，5-电阻，6-偏置电路，7-选择电路，8-参考电压产生电路，9-比较电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的一种光电检测电路包括电子开关1、将光电流信号转换为电压信号的放大电路3、给运放电路提供偏置电流的偏置电路6、控制参考电压输出值的选择电路7、为比较电路提供参考电压的参考电压产生电路8、为产生告警信号设置临界值的比较电路9，还包括CMOS工艺兼容的寄生光电二极管2、积分电容4和运放同相端产生基准电压的小电阻5。电子开关1的一端连接电源，另一端连接CMOS工艺兼容的光电二极管2的反向端、积分电容4和放大电路3的反向输入端，CMOS工艺兼容的光电二极管2的同相端接地，积分电容4的另一端连接放大电路3的输出端，放大电路3的同相输入端与电阻5一端相连接，电阻5的另一端接地，偏置电路6连接到放大电路3的偏置输入端，选择电路7连接到参考电压产生电路8，参考电压产生电路8连接到比较电路9的一个输入端，比较电路9的另一输入端接放大电路3的输出端。

在上述实施例中，对发明的一种最佳实施方式做了描述，很显然，在本方案的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光电检测电路，包括电子开关(1)、放大电路(3)、偏置电路(6)、选择电路(7)、参考电压产生电路(8)、比较电路(9)，其特征在于：还包括光电二极管(2)、积分电容(4)和电阻(5)，所述电子开关(1)的一端连接电源，另一端连接光电二极管(2)的反向端、积分电容(4)和放大电路(3)的反向输入端，光电二极管(2)的同相端接地，积分电容(4)的另一端连接放大电路(3)的输出端，放大电路(3)的同相输入端与电阻(5)一端相连接，电阻(5)的另一端接地，偏置电路(6)连接到放大电路(3)的偏置输入端，选择电路(7)连接到参考电压产生电路(8)，参考电压产生电路(8)连接到比较电路(9)的一个输入端，比较电路(9)的另一输入端接放大电路(3)的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种光电检测电路，其特征在于：所述的光电二极管(2)是基于smic18ee库中nwdioe2r模型，管子大小尺寸为100um*100um，并且去掉版图顶层metal。

3.根据权利要求2所述的一种光电检测电路，其特征在于：所述的光电二极管(2)为去掉顶层金属的Nwell/Psub型光电二极管。

4.根据权利要求2所述的一种光电检测电路，其特征在于：所述的光电二极管(2)为去掉顶层金属的N+/Psub型光电二极管。

5.根据权利要求2所述的一种光电检测电路，其特征在于：所述的光电二极管(2)为去掉顶层金属的P+/Nwell型光电二极管。

6.根据权利要求1-5所述的任一一种光电检测电路，其特征在于：所述积分电容(4)为MIM电容器。

7.根据权利要求1-5所述的任一一种光电检测电路，其特征在于：所述电阻(5)为3t_ckt电阻。

8.根据权利要求1所述的一种光电检测电路，其特征在于：比较电路(9)产生告警信号设置临界值。

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