电源电压检测电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域,特别是涉及一种电源电压检测电路。本发明还涉及一种电源电压检测电路的控制方法。
背景技术
高端安全性智能卡芯片主要应用于银行等领域:比如信用卡、银行卡,智能卡型的银行卡内部带有电子钱包、电子存折、可以存放现金脱机交易,所以对智能卡有极高甚至可以说是最高的安全性要求。目前这类的安全芯片的温度检测、电压检测、频率检测和光检测模块是这类芯片的标配,目的是保证该类安全芯片的工作条件满足电路的工作范围,从而防止异常条件下对用户数据的误擦写,也防止为不法分子利用来获取客户的保密数据,复制盗用从而造成给合法用户的损害。
现有电源电压检测电路的常用结构如图1所示,电源电压VCC通过电阻11、12和13进行分压并产生两中间电平:
V1和V2为分压产生的两个中间电平,R1、R2和R3分别为电阻11、12和13的阻值。
电压V1和基准电压Vref通过比较器14进行比较输出状态信号HVIOUT,电压V2和基准电压Vref通过比较器15进行比较输出状态信号LVIOUT,比较器14和15的工作电源分别为vpwr。
根据图1所示,可以推导出:
当
时,信号HVIOUT为高电平,信号LVIOUT为低电平。
当 时,信号HVIOUT为低电平,信号LVIOUT为低电平。
当
时,信号HVIOUT为低电平,信号LVIOUT为高电平。
信号HVIOUT为过压检测输出,信号LVIOUT为欠压检测输出,通过调节R1、R2和R3的比例来调整这两个电压检测的值。
现有的安全芯片通过检测这两个输出即信号HVIOUT和LVIOUT监控电源电压范围,保证芯片在正常电压下进行存储器的读写操作,从而防止因电源电压异常导致误动作,给芯片的安全带来隐患。
在现有电压检测电路中,都为单向的输出控制,且该部分电路为模拟电路,容易识别,在一般情况下,可以通过聚焦离子束切断两个输出,并通过微探针在给定的输出端接入一恒定指示电源正常的电平信号,就可以在超出电源工作范围的区间进行芯片的操作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电源电压检测电路,能确保芯片在电源电压检测电路被物理旁路时控制芯片的进一步操作,从而为芯片的安全提供保证。为此,本发明还提供一种电源电压检测电路的控制方法。
为解决上述技术问题,本发明提供的电源电压检测电路包括:电源分压电路、比较器输入切换电路、电压比较电路以及逻辑控制模块。
所述电源分压电路由多个串联的电阻组成、并连接于电源和地之间,所述电源分压电路的串联电阻对所述电源的电压进行分压并取出两个分压分别作为第一电压检测端和第二电压检测端,所述第一电压检测端的分压值大于所述第二电压检测端的分压值。
所述电压比较电路包括过压比较器和欠压比较器,所述过压比较器的反向输入端接参考电压,所述欠压比较器的正向输入端接所述参考电压。
所述比较器输入切换电路分别和所述电源分压电路、所述电压比较电路以及所述逻辑控制模块相连接并具有两种能切换的连接状态;第一种连接状态中,所述比较器输入切换电路使所述第一电压检测端连接到所述欠压比较器的反向输入端、使所述第二电压检测端连接到所述过压比较器的正向输入端;第二种连接状态中,所述比较器输入切换电路使所述逻辑控制模块的第一输出端连接到所述过压比较器的正向输入端、使所述逻辑控制模块的第二输出端连接到所述欠压比较器的反向输入端;所述比较器输入切换电路的输入端接第一控制信号,所述第一控制信号由所述逻辑控制模块产生,所述第一控制信号控制所述比较器输入切换电路在两种连接状态中切换。
所述逻辑控制模块的第一输入端连接所述过压比较器的输出端,所述逻辑控制模块的第二输入端连接所述欠压比较器的输出端;所述逻辑控制模块的第一输出端的信号和所述过压比较器的输出端的信号为反向信号,所述逻辑控制模块的第二输出端的信号和所述欠压比较器的输出端的信号为同相信号;所述逻辑控制模块还输出所述第一控制信号。
进一步的改进是,所述电源分压电路的串联的电阻共有3个,第一电阻的一端连接所述电源、另一端为所述第一电压检测端,第三电阻的一端接地、另一端为所述第二电压检测端,所述第二电阻连接于所述第一电压检测端和所述第二电压检测端之间。
进一步的改进是,所述比较器输入切换电路包括一双通道开关,所述双通道开关的控制端接所述第一控制信号,所述双通道开关的第一端口接所述第二电压检测端、第二端口接所述第一电压检测端、第三端口接所述逻辑控制模块的第一输出端、第四端口接所述逻辑控制模块的第二输出端、第五端口接所述过压比较器的正向输入端、第六端口接所述欠压比较器的负向输入端;所述比较器输入切换电路在第一种连接状态中,所述第一控制信号为低电平,所述双通道开关的第一端口和第五端口连接、第二端口和第六端口连接,第三端口和第四端口都悬空;所述比较器输入切换电路在第二种连接状态中,所述第一控制信号为高电平,所述双通道开关的第三端口和第五端口连接、第四端口和第六端口连接,第一端口和第二端口都悬空。
进一步的改进是,所述逻辑控制模块包括两个D触发器和一时序判断控制模块;第一D触发器的数据控制端为所述逻辑控制模块的第一输入端,第二D触发器的数据控制端为所述逻辑控制模块的第二输入端;所述第一D触发器的反向输出端为所述逻辑控制模块的第一输出端,所述第二D触发器的正相输出端为所述逻辑控制模块的第二输出端;所述时序判断控制模块输出所述第一控制信号,所述第一D触发器和所述第二D触发器的时钟信号输入端都连接所述第一控制信号。
为解决上述技术问题,本发明提供的电源电压检测电路的控制方法包括如下步骤:
步骤一、在电源电压检测电路正常起作用前,逻辑控制模块将第一控制信号置为低电平。
步骤二、所述第一控制信号将所述比较器输入切换电路切换到第一种连接状态中,使第一电压检测端连接到欠压比较器的反向输入端、使第二电压检测端连接到过压比较器的正向输入端。
步骤三、所述过压比较器对所述第二电压检测端的电压和参考电压进行比较并将第一比较结果在所述过压比较器的输出端输出;所述欠压比较器对所述第一电压检测端的电压和参考电压进行比较并将第二比较结果在所述欠压比较器的输出端输出;所述第一比较结果输入到所述逻辑控制模块的第一输入端、所述第二比较结果输入到所述逻辑控制模块的第二输入端,所述第一比较结果和所述第二比较结果都被所述逻辑控制模块记录。
步骤四、所述逻辑控制模块将所述第一控制信号置为高电平;在所述第一控制信号控制下,所述逻辑控制模块对所述第一比较结果和所述第二比较结果分别进行锁存,并在所述逻辑控制模块的第一输出端输出所述第一比较结果的反向信号、在所述逻辑控制模块的第二输出端输出所述第二比较结果的同相信号;所述第一控制信号控制还将所述比较器输入切换电路切换到第二种连接状态中,使所述逻辑控制模块的第一输出端连接到所述过压比较器的正向输入端、使所述逻辑控制模块的第二输出端连接到所述欠压比较器的反向输入端。
步骤五、所述过压比较器对所述逻辑控制模块的第一输出端的输出电压和所述参考电压进行比较并将第三比较结果在所述过压比较器的输出端输出;所述欠压比较器对所述逻辑控制模块的第二输出端的输出电压和所述参考电压进行比较并将第四比较结果在所述欠压比较器的输出端输出;所述第三比较结果输入到所述逻辑控制模块的第一输入端、所述第四比较结果输入到所述逻辑控制模块的第二输入端,所述第三比较结果和所述第四比较结果都被所述逻辑控制模块记录。
步骤六、比较所述第一比较结果和所述第三比较结果是否反向,比较所述第二比较结果和所述第四比较结果是否反向。
步骤七、如果所述第一比较结果和所述第三比较结果是反向,所述第二比较结果和所述第四比较结果是反向,则将所述第一控制信号置为低电平,所述电源电压检测电路解除对所述电源电压检测电路控制的芯片的限制并使所述芯片正常操作。
步骤八、如果所述第一比较结果和所述第三比较结果之间、或者所述第二比较结果和所述第四比较结果之间有一组是同相的话,所述电源电压检测电路继续保持对所述芯片的控制,并等待所述电源电压检测电路重新启动的指令,所述重新启动的指令为所述第一控制信号变低,所述电源电压检测电路接收到重新启动的指令后,所述电源电压检测电路重复步骤一至步骤八的操作。
进一步的改进是,步骤四中所述逻辑控制模块是在所述第一控制信号的上升沿的控制下,将所述第一比较结果锁存到第一D触发器中,将所述第二比较结果锁存到第二D触发器中;所述第一D触发器的反向输出端输出所述第一比较结果的反向信号并作为所述逻辑控制模块的第一输出端,所述第二D触发器的正相输出端输出所述第二比较结果的同相信号为所述逻辑控制模块的第二输出端。
进一步的改进是,所述第一控制信号为一序列信号,所述电源电压检测电路在所述第一控制信号的控制下按照步骤一至步骤八进行工作,在所述过压比较器的输出端和所述欠压比较器的输出端分别输出一序列的比较结果信号,所述电源电压检测电路根据所述过压比较器的输出端和所述欠压比较器的输出端输出的比较结果信号对所述芯片的工作状态进行设定。
本发明通过增加逻辑控制模块和比较器输入切换电路,能够检测出电压比较电路的两个比较器是否为正常的接收来自电源分压电路的分压信号,当电压比较电路的接收的信号为正常时,本发明电源电压检测电路会解除对电源电压检测电路控制的芯片的限制并使芯片正常操作;当本发明电源电压检测电路检测到电压比较电路的两个比较器接收的信号被外部电路的侵入如被外部物理旁路时,本发明电源电压检测电路会控制芯片的进一步操作,从而为芯片的安全提供保证。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是现有电源电压检测电路的结构示意图;
图2是本发明实施例电源电压检测电路的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示,是本发明实施例电源电压检测电路的结构示意图。本发明实施例电源电压检测电路包括:电源分压电路111、比较器输入切换电路112、电压比较电路113以及逻辑控制模块114。
所述电源分压电路111由电阻101、102和103串联而成,第一电阻101的一端连接所述电源电压VCC、另一端为所述第一电压检测端V1,第三电阻103的一端接地、另一端为所述第二电压检测端V2,所述第二电阻102连接于所述第一电压检测端V1和所述第二电压检测端V2之间。
所述电压比较电路113包括过压比较器104和欠压比较器105,所述过压比较器104的反向输入端接参考电压Vref,所述欠压比较器105的正向输入端接所述参考电压Vref。
所述比较器输入切换电路112分别和所述电源分压电路111、所述电压比较电路113以及所述逻辑控制模块114相连接并具有两种能切换的连接状态。所述比较器输入切换电路112包括一双通道开关S1,所述双通道开关S1的控制端接所述第一控制信号test_sw,所述双通道开关S1的第一端口1接所述第二电压检测端V2、第二端口2接所述第一电压检测端V1、第三端口3接所述逻辑控制模块114的第一输出端HV_fb、第四端口4接所述逻辑控制模块114的第二输出端LV_fb、第五端口5接所述过压比较器104的正向输入端、第六端口6接所述欠压比较器105的负向输入端。所述第一控制信号test_sw由所述逻辑控制模块114产生,所述第一控制信号test_sw控制所述比较器输入切换电路112在两种连接状态中切换。所述比较器输入切换电路112在第一种连接状态中,所述第一控制信号test_sw为低电平,所述双通道开关S1的第一端口1和第五端口5连接、第二端口2和第六端口6连接,第三端口3和第四端口4都悬空;所述比较器输入切换电路112在第二种连接状态中,所述第一控制信号test_sw为高电平,所述双通道开关S1的第三端口3和第五端口5连接、第四端口4和第六端口6连接,第一端口1和第二端口2都悬空。
所述逻辑控制模块114包括两个D触发器106、107和一时序判断控制模块108。第一D触发器107的数据控制端为所述逻辑控制模块114的第一输入端,第二D触发器106的数据控制端为所述逻辑控制模块114的第二输入端;所述第一D触发器107的反向输出端为所述逻辑控制模块114的第一输出端HV_fb,所述第二D触发器106的正相输出端为所述逻辑控制模块114的第二输出端LV_fb。所述时序判断控制模块108输出所述第一控制信号test_sw,所述第一D触发器107和所述第二D触发器106的时钟信号输入端都连接所述第一控制信号test_sw。
所述逻辑控制模块114的第一输入端连接所述过压比较器104的输出端HVIOUT,所述逻辑控制模块114的第二输入端连接所述欠压比较器105的输出端LVIOUT;所述逻辑控制模块114的第一输出端HV_fb的信号和所述过压比较器104的输出端HVIOUT的信号为反向信号,所述逻辑控制模块114的第二输出端LV_fb的信号和所述欠压比较器105的输出端LVIOUT的信号为同相信号。
本发明实施例电源电压检测电路的控制方法包括如下步骤:
步骤一、在电源电压检测电路正常起作用前,逻辑控制模块114将第一控制信号test_sw置为低电平。
步骤二、所述第一控制信号test_sw将所述比较器输入切换电路112切换到第一种连接状态中,使第一电压检测端V1连接到欠压比较器105的反向输入端、使第二电压检测端V2连接到过压比较器104的正向输入端。
步骤三、所述过压比较器104对所述第二电压检测端V2的电压和参考电压Vref进行比较并将第一比较结果在所述过压比较器104的输出端HVIOUT输出;所述欠压比较器105对所述第一电压检测端V1的电压和参考电压Vref进行比较并将第二比较结果在所述欠压比较器105的输出端LVIOUT输出;所述第一比较结果输入到所述逻辑控制模块114的第一输入端、所述第二比较结果输入到所述逻辑控制模块114的第二输入端,所述第一比较结果和所述第二比较结果都被所述逻辑控制模块114记录。
步骤四、所述逻辑控制模块114将所述第一控制信号test_sw置为高电平。
所述逻辑控制模块114在所述第一控制信号test_sw的上升沿的控制下,将所述第一比较结果锁存到第一D触发器107中,将所述第二比较结果锁存到第二D触发器106中;所述第一D触发器107的反向输出端输出所述第一比较结果的反向信号并作为所述逻辑控制模块114的第一输出端HV_fb,所述第二D触发器106的正相输出端输出所述第二比较结果的同相信号为所述逻辑控制模块114的第二输出端LV_fb。所述第一控制信号test_sw控制还将所述比较器输入切换电路112切换到第二种连接状态中,使所述逻辑控制模块114的第一输出端HV_fb连接到所述过压比较器104的正向输入端、使所述逻辑控制模块114的第二输出端LV_fb连接到所述欠压比较器105的反向输入端。
步骤五、所述过压比较器104对所述逻辑控制模块114的第一输出端HV_fb的输出电压和所述参考电压Vref进行比较并将第三比较结果在所述过压比较器104的输出端HVIOUT输出;所述欠压比较器105对所述逻辑控制模块114的第二输出端LV_fb的输出电压和所述参考电压Vref进行比较并将第四比较结果在所述欠压比较器105的输出端LVIOUT输出;所述第三比较结果输入到所述逻辑控制模块114的第一输入端、所述第四比较结果输入到所述逻辑控制模块114的第二输入端,所述第三比较结果和所述第四比较结果都被所述逻辑控制模块114记录。
步骤六、比较所述第一比较结果和所述第三比较结果是否反向,比较所述第二比较结果和所述第四比较结果是否反向。
步骤七、如果所述第一比较结果和所述第三比较结果是反向,所述第二比较结果和所述第四比较结果是反向,则将所述第一控制信号test_sw置为低电平,所述电源电压检测电路解除对所述电源电压检测电路控制的芯片的限制并使所述芯片正常操作。
步骤八、如果所述第一比较结果和所述第三比较结果之间、或者所述第二比较结果和所述第四比较结果之间有一组是同相的话,所述电源电压检测电路继续保持对所述芯片的控制,并等待所述电源电压检测电路重新启动的指令,所述重新启动的指令为所述第一控制信号test_sw变低,所述电源电压检测电路接收到重新启动的指令后,所述电源电压检测电路重复步骤一至步骤八的操作。
举例来说,当所述电源电压检测电路正常时,在所述第一控制信号test_sw为低电平,所述第一比较结果为高电平即为时,在所述第一控制信号test_sw的上升沿的触发下所述第一D触发器107的反向输出端输出低电平,该低电平和所述参考电压Vref在所述过压比较器104进行比较后输出的所述第三比较结果为低电平,第一比较结果和第三比较结果为反向信号。对于所述第二比较结果和所述第四比较结果也能按照同样的方法分析得到。
而当所述电源电压检测电路非正常即被侵入时,如在所述过压比较器104的输出端HVIOUT和所述欠压比较器105的输出端LVIOUT都分别被接入了一个能使电源恒定显示为正常的信号时,这时第一比较结果和第三比较结果都和外部接入的信号相同,所以为同相信号;第二比较结果和第四比较结果都和外部接入的信号相同,所以为同相信号。这样本发明实施例电源电压检测电路将会把这种被侵入的情况检测出来,从而对芯片的后续操作进行控制。
在步骤一中,所述第一控制信号test_sw也能为一序列信号,所述电源电压检测电路在所述第一控制信号test_sw的控制下按照步骤一至步骤八进行工作,在所述过压比较器104的输出端HVIOUT和所述欠压比较器105的输出端LVIOUT分别输出一序列的比较结果信号,所述电源电压检测电路根据所述过压比较器104的输出端HVIOUT和所述欠压比较器105的输出端LVIOUT输出的比较结果信号对所述芯片的工作状态进行设定。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。