CN103262093B - 利用mems执行ic功能的非破坏性和安全停用的切换器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于执行集成电路（IC）功能的非破坏性和安全停用的结构和方法。用于实现所述IC的非破坏性和安全停用与重新启用的结构（100）包括微机电结构（MEMS）（105），其初始设置为芯片启用状态。所述结构还包括激活电路（110），其可操作以根据所述IC的所检测的预定状况，将MEMS器件（105）设置为错误状态。当所述MEMS器件（105）处于所述错误状态时，停用所述IC。

Description

利用MEMS执行IC功能的非破坏性和安全停用的切换器及其方法

技术领域

本发明涉及集成电路（IC），更具体地说，涉及用于执行IC功能的非破坏性及安全停用的结构和方法。

背景技术

已知有许多解决方案能够关闭集成电路（IC）的所有或部分功能，一种已知的解决方案牵涉到软件方式，其中例如计算机程序停用IC，直到特殊数据序列经由所述计算机程序被输入IC。另一种关闭IC的已知解决方案牵涉到硬件方式，其中例如在IC内嵌入电熔丝并将其熔断来停用IC。第三种已知解决方案是在IC内嵌入电可擦除随机存取存储器（RAM）。

不过，这些已知解决方案的每一个都有窜改或永久停用IC的缺点。例如：如果计算机程序已遭发觉、侵入与窜改，或如果计算机程序与芯片之间的加密通讯已遭截获、解密与窜改，则使用软件方式的芯片可能会失效。利用硬件方式的IC会在例如电熔丝熔断以停用IC后永久停用，使得IC变得无用。使用多个电熔丝可允许IC被多次停用，但是此方法也会占用大量IC空间，并且仍旧无法避免长期的IC永久停用。在其它面向硬件的实例中，如果寄存器遭发觉并且这些寄存器内保存的状态遭窜改，则使用寄存器并不安全。最后，例如电可擦除RAM可能受到高辐射环境以及阿尔法粒子的影响。

因此，本技术存在对于克服上述缺陷与限制的需求。

发明内容

在本发明的第一方面中，一种用于实现集成电路（IC）的非破坏性和安全停用以及重新启用的结构包括微机电结构（MEMS），其初始设置为芯片启用状态。所述结构还包括激活电路，其可操作以根据所述IC的所检测的预定状况，将MEMS器件设置为错误状态。当所述MEMS器件处于所述错误状态时，停用所述IC。

在本发明的另一个方面中，一种用于实现IC的非破坏性和安全停用以及重新启用的方法包括将MEMS初始设置为芯片启用状态。所述方法还包括根据所述IC的所检测的预定状况，将所述MEMS设置为错误状态。当所述MEMS处于所述错误状态时，停用所述IC。

在本发明的又一个方面中，一种用于实现IC的非破坏性和安全停用以及重新启用的方法包括将MEMS初始设置为芯片启用状态，并接收状况通知信号，其指示所述IC的所检测的预定状况。所述方法还包括根据所述状况通知信号，将所述MEMS设置为错误状态，其中当所述MEMS处于所述错误状态时，停用所述IC。向所述MEMS和激活电路中的至少一个断言超控信号。根据所述超控信号，将所述MEMS重设为所述芯片启用状态，其中当所述MEMS处于所述芯片启用状态时，重新启用所述IC。

附图说明

利用本发明示意性实施例的非限制实例，参考提及的多个图，在详细说明中描述本发明，这些附图是：

图1A为根据本发明的各方面的包括处于芯片启用状态下的微机电结构（MEMS）的结构的示意图；

图1B为根据本发明的各方面的图1A中的所述MEMS处于错误状态下的示意图；

图2A为根据本发明的各方面的包括处于芯片启用状态下的MEMS的结构的另一个示意图；

图2B为根据本发明的各方面的图2A中的所述MEMS处于错误状态下的示意图；以及

图3为根据本发明的各方面的操作MEMS的过程的示意性流程图。

具体实施方式

本发明涉及集成电路（IC），具体地说，涉及用于执行IC功能的非破坏性及安全停用的结构和方法。更具体地说，本发明涉及一种结构，其针对预定状况监视IC活动并利用微机电结构（MEMS）提供一种安全、非破坏性且辐射硬化的机构，以便在检测到前述状况之一时，停用所述IC的功能。此外，所述结构提供一种安全方法以重设所述MEMS并重新启用所述IC的功能。

在实施中，本发明的结构包括MEMS以及MEMS控制逻辑，其接收指示已检测到预定状况的信号。在各实施例内，检测到所述预定状况时，所述MEMS可停用所述IC。所述预定状况可包括例如检测到未授权的活动。在各实施例内，本发明可包括一种在所述IC已停用并且移除电源时保留记忆的存储器。

在操作上，当检测到预定状况时，所述MEMS移至错误状态，将所述IC的功能停用。但这有其优点，在预定状况到期之后，或通过事件的重新激活序列，所述MEMS可回到启用所述IC的功能的状态。在各实施例内，这可通过将所述IC的外部引脚通电来执行，或通过所述引脚传输超控信号给所述MEMS和/或所述MEMS控制逻辑来执行。为了提供超控信号，例如所述引脚可放置在另一IC的特殊插座内，或由设备来探测。

有利地，本发明允许以安全的方式将IC停用，之后重新启用，而不允许未授权用户控制所述MEMS。另外，本发明允许不需永久停用IC，就可停用并且之后重新启用所述IC。此外，例如本发明利用不受高辐射环境以及阿尔法粒子影响的MEMS，并且利用辐射硬化后的IC。另外，本发明的结构与其它更具破坏性的结构相比，增加了可用的芯片空间以用于其他用途，并且因为所述MEMS可以以非破坏性方式开启与关闭，所以可以以无时间限制的方式停用IC功能。

图1A为根据本发明的各方面的包括处于芯片启用状态下的MEMS105的结构100的示意图。具体地说，MEMS105的状态与IC的状态有关，并且芯片启用状态指示所述IC在工作状态下。在各实施例内，MEMS105可为悬臂梁、旋转齿轮（图2A至图2B）或本领域已知可在不同状态之间切换的任何其它MEMS器件。在各实施例内，MEMS105可为主动式或被动式MEMS，并且可在供电或不供电的状况下移动。

结构100还包括激活电路110以及超控电路115。在各实施例内，激活电路110可包括MEMS控制模块120、包括存储器或电路125B的状况检测模块125A、反向器门130、“与”门135以及“或”门140。根据本发明的各方面，以及以下更详细的讨论，激活电路110可操作以激活（例如移动）MEMS105。在各实施例内，超控电路115可包括输入/输出（I/O）焊垫或引脚155以及静电放电（ESD）模块160。根据本发明的各方面，以及以下更详细的讨论，超控电路115可操作以超控（例如重设）MEMS105的激活。在各实施例内，结构100可实施于相关IC内（例如嵌入所述IC内），或实施于所述IC之外（例如作为单独结构或电路），以根据本发明的各方面控制所述IC。

在各实施例内，MEMS控制模块120可控制MEMS105，尤其是MEMS105的动作。MEMS控制模块120与MEMS105可位于电压岛165内，在此除了来自电源170的电源电压V_dd以外，全都与接收电压隔离。在各实施例内，电源170可实施于结构100内或相关IC内。MEMS控制模块120可将电源电压V_dd连接至MEMS105。

在芯片启用状态下，MEMS105在电源170、MEMS控制模块120与部件175之间提供闭合电路。具体地说，在芯片启用状态下，电源电压V_dd通过MEMS105传输到部件175，作为芯片状态信号（“芯片状态”），其指示MEMS105处于芯片启用状态并且相关IC在工作状态下。在各实施例内，部件175可包括所述IC或另一IC的至少一个电路或模块，并且所述芯片状态信号将所述IC在工作状态下指示给所述IC或所述另一IC的至少一个电路。在各实施例内，部件175可包括与结构100相同的另一结构。

在芯片启用状态下，芯片状态信号也通过反馈回路180，具体地说是连接MEMS105至激活电路110的线路，在这些部件之间形成闭合电路，来通过MEMS105传输至激活电路110。在激活电路110内，所述芯片状态信号输入至“与”门135内。在各实施例内，状况通知信号（“状况通知”）也可通过反向器门130输入至“与”门135。初始地，状况检测模块125A将状况通知信号设置为低逻辑电压电平信号（例如二进制0信号）。在各实施例内，状况检测模块125A可如所示实施于结构100内、在所述IC内但是在结构100之外，或在另一IC之内。

通过将所述信号输入反向器门130，低状况通知信号会反转成为高逻辑电压电平信号（例如二进制1信号），并与芯片状态信号一起输入“与”门135。这造成高逻辑电压电平信号输入“或”门140以及进入MEMS控制模块120。所述高逻辑电压电平信号向MEMS控制模块120指示所述IC应工作，因此确保MEMS105处于芯片启用状态下。

图1B为根据本发明的各方面的MEMS105在错误状态下的示意图。具体地说，所述错误状态指示所述IC处于已停用或非工作状态下。在错误状态下，MEMS105移动至相对于部件175和激活电路110的开放位置。也就是，MEMS105在电源170、MEMS控制模块120、部件175与激活电路110之间未提供闭合电路。

因此，不再将电源电压V_dd通过MEMS105传输至部件175和激活电路110作为芯片状态信号，而是芯片状态信号经由下拉机构185设置为低逻辑电压电平信号，其传输至激活电路110来维持所述芯片状态信号处于低电平，并且也输出至部件175，以向部件175指示MEMS105处于错误状态并且所述IC处于停用状态。例如：部件175可包括所述IC内的电路，其根据所述低芯片状态信号实际停用所述IC和/或其功能。在另一实例中，部件175可为另一IC，其包括与结构100相同的结构，以根据所述低芯片状态信号将其MEMS移动进入错误状态。

状况检测模块125A将状况通知信号（例如错误信号）设置至高逻辑电压电平信号时，开始移动MEMS105进入错误状态的过程。所述状况通知信号可根据各种将触发所述IC进入停用状态的预定状况来设置。例如在各实施例内，状况检测模块125A检测到所述IC上存在诸如任何下列非限制状况之类的状况时，可将所述状况通知信号设置为高电平：

-违反版权；

-连接至未授权的网络；

-用户多次输入不正确的验证信息（例如用户名与密码）；

-违反安全性；

-超时机制；

-由于事件（例如地震）而需要关闭硬盘；

-电源中断；和/或

-静电放电（ESD）事件（例如瞬间、非期望电流）。

在各实施例内，与结构100相同的另一结构可设置所述状况通知信号，而非由状况检测模块125A设置，例如：所述另一结构可输出其芯片状态信号，作为结构100内的状况通知信号。在此情况下，所述另一结构的芯片状态信号可指示，所述另一结构的MEMS处于错误状态（例如，一种状况）下，因此结构100的MEMS105也应处于错误状态下。

在各实施例内，状况检测模块125A可包括存储器或电路125B，其可由用户编程来包括所述预定状况，例如将状况通知信号设置为高电平的上述状况。此外，存储器或电路125B可用于存储例如所述芯片状态信号、所述状况通知信号以及即使IC停用和/或电源中断时需要保持的其它数据。

当所述状况通知信号因为所检测到的状况之一而设置为高电平时，在反向器门130处反转高状况通知信号，并且“与”门135经由“或”门140输出低逻辑电压电平信号或激活信号（“激活”）至MEMS控制模块120。因此，来自“或”门140的低逻辑电压电平信号向MEMS控制模块120指示已经发生一种状况（例如，用户违反版权），并且应停用所述IC和/或其功能。在这种情况下，MEMS控制模块120将MEMS105移动（例如激活）至相对于部件175和激活电路110的错误状态，例如开放位置。要指出的是，在此停用过程期间，超控信号并未激活，并且到“或”门140的另一输入经由下拉机构190维持在低逻辑电压电平。

有利地，MEMS105可由构成超控电路115的I/O焊垫或引脚155以及ESD模块160重设，例如移动进入芯片启用状态。具体地说，在各实施例内，I/O引脚155可为IC的外部引脚，装配入另一IC的插座。在各实施例内，I/O引脚155可断言将重设MEMS105的超控信号（“超控（override）”）。

在各实施例内，当所述IC连接至另一IC的插座而允许断言超控信号时，I/O引脚155可重设MEMS105。所述超控信号可通过“或”门140和MEMS控制模块120传输至MEMS105，使得MEMS105物理地移动回到芯片启用状态。备选地，I/O引脚155可连接至MEMS控制模块120，并且可传输超控信号（例如高逻辑电压电平信号）至MEMS控制模块120，从而将MEMS105重设。为了安全起见，I/O引脚155可在内部（例如所述IC内），和/或除了通过特殊设备和/或另一IC的特殊插座以外无法从外部窜改。

在各实施例内，I/O引脚155可接收来自所述IC内的部件，例如所述IC的存储器和/或处理器的超控信号。用于提供超控信号的这些部件及方法可取决于IC的安全要求。在各实施例内，超控电路115可包括定时器，其针对预定时段和/或直到事件发生而延迟MEMS105的重设（例如电压岛165的重新激活）。此定时器可例如集成在MEMS控制模块120内。在操作上，当已断言超控信号时，MEMS105移动回芯片启用状态或相对于部件175和激活电路110的闭合位置，并恢复所述IC的正常功能。

在各实施例内，ESD模块160可保护I/O引脚155和/或“或”门140，避免I/O引脚155处的所述IC内产生ESD事件。例如：在不想改变的情况下，ESD事件可造成所述芯片状态信号、所述状况通知信号和/或所述超控信号改变，因而造成MEMS105改变。因此ESD模块160可使结构100避免ESD事件期间所述芯片状态信号、所述状况通知信号和/或所述超控信号内的错误。例如如果在I/O引脚155处存在ESD事件，则ESD模块160可将电流从I/O引脚155转至地，避免ESD事件错误地改变MEMS105的状况。ESD模块160也可保护结构100的部件（例如“或”门140）避免因为ESD事件受损。

图2A为根据本发明的各方面的包括处于芯片启用状态下的MEMS205的结构200的另一个示意图。所述芯片启用状态指示关于MEMS205的IC在工作状态下。在各实施例内，MEMS205可为旋转齿轮，并且处于相对于部件210的闭合位置。因此，MEMS205与部件210形成闭合电路，并且将芯片状态信号（“芯片状态”）传输至部件210，向部件210指示MEMS205处于芯片启用状态并且所述IC处于工作状态。

图2B为根据本发明的各方面的图2A中所述MEMS205处于错误状态的示意图。所述错误状态指示相关IC处于已停用状态。MEMS205移动进入相对于部件210的开放位置，因而不再与部件210形成闭合电路并将芯片状态信号传输至部件210。反而，所述芯片状态信号通过下拉机构215设置为低逻辑电压电平信号，从而向部件210指示MEMS205处于错误状态并且所述IC处于停用状态。在各实施例内，部件210可包括所述IC的电路，其根据所述低芯片状态信号停用所述IC和/或其功能。

图3为根据本发明的各方面操作MEMS（例如图1内的MEMS105）的过程的示意性流程图300。在步骤305，所述过程开始。在步骤310，激活电路（例如激活电路110）和/或超控电路（例如超控电路115）将所述MEMS设置为芯片启用状态，以及设置为相对于部件（例如部件175）和激活电路的闭合位置。在步骤315，所述激活电路接收来自状况检测模块（例如状况检测模块125A）或另一IC的高状况通知信号，例如：当所述状况检测模块检测到用户违反版权时，可触发所述高状况通知信号。

在步骤320，所述激活电路将所述MEMS设置为错误状态，以及设置为相对于所述部件和所述激活电路的开放位置。在步骤325，所述超控电路断言超控信号至所述MEMS和/或MEMS控制模块（例如MEMS控制模块120）之上，例如：当I/O引脚（例如I/O引脚155）插入另一IC的插座时，则其可断言所述超控信号。然后过程回到步骤310。

本文中所用的术语，仅仅是为了描述特定的实施例，而不意图限定本发明。本文中所用的单数形式的“一”和“该”，旨在也包括复数形式，除非上下文中明确地另行指出。还要知道，“包含”和/或“包括”在本说明书中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，以及/或者它们的组合。

以下的权利要求中的对应结构、材料、操作以及所有功能性限定的装置或步骤的等同替换（如果适用），旨在包括任何用于与在权利要求中具体指出的其它单元相组合地执行该功能的结构、材料或操作。所给出的对本发明的描述其目的在于示意和描述，并非是穷尽性的，也并非是要将本发明限定到所表述的形式。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不偏离本发明范围和精神的情况下，显然可以作出许多修改和变型。对实施例的选择和说明，是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，使所属技术领域的普通技术人员能够明了，本发明可以有适合所要的特定用途的具有各种改变的各种实施方式。因此，虽然根据各实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以修改并在所附权利要求的精神和范围内实现本发明。

Claims (18)

1.一种用于实现集成电路(IC)的非破坏性和安全停用以及重新启用的结构，所述结构包括：

微机电结构MEMS，其初始设置为芯片启用状态；以及

激活电路，其可操作以根据所述IC的所检测的预定状况，将所述MEMS设置为错误状态，

其中当所述MEMS处于所述错误状态时，停用所述IC,

其中所述激活电路可操作以：

接收状况通知信号，其指示所述IC的所检测的预定状况；以及

根据所述状况通知信号将所述MEMS设置为所述错误状态。

2.如权利要求1的结构，还包括超控电路，其可操作以向所述MEMS和所述激活电路中的至少一个断言超控信号，

其中根据所述超控信号，将所述MEMS重设为所述芯片启用状态，并且当所述MEMS处于所述芯片启用状态时，重新启用所述IC。

3.如权利要求2的结构，其中所述超控电路包括：

所述IC的一个引脚，其可操作以向所述MEMS和所述激活电路中的至少一个断言所述超控信号，其中另一IC的插座可操作以装配到所述引脚上并允许向所述引脚断言所述超控信号。

4.如权利要求2的结构，其中：

所述MEMS包含在电压岛内，所述电压岛在所述芯片启用状态下接收电源电压；以及

所述超控电路包括定时器，其针对预定时段和直到事件发生中的至少一个而延迟所述电压岛的重新激活。

5.如权利要求2的结构，还包括静电放电ESD模块，其在ESD事件期间使所述结构避免芯片状态信号、所述状况通知信号以及所述超控信号内的错误。

6.如权利要求1的结构，其中所述激活电路包括存储器，其可操作以存储所述IC的将所述MEMS设置为所述错误状态的至少一个预定状况。

7.如权利要求1的结构，其中所述激活电路生成指示所述MEMS是否处于所述芯片启用状态和所述错误状态之一的芯片状态信号，并且将所述芯片状态信号输出到所述IC、所述IC内的电路以及另一IC中的至少一个。

8.一种用于实现集成电路(IC)的非破坏性和安全停用以及重新启用的方法，所述方法包括：

将微机电结构MEMS初始设置为芯片启用状态；以及

根据所述IC的所检测的预定状况，将所述MEMS设置为错误状态，

其中当所述MEMS处于所述错误状态时，停用所述IC，

所述根据所述IC的所检测的预定状况，将所述MEMS设置为错误状态还包括：

接收状况通知信号，其指示所述IC的所检测的预定状况；以及

根据所述状况通知信号将所述MEMS设置为所述错误状态。

9.如权利要求8的方法，还包括：

向所述MEMS和激活电路中的至少一个断言超控信号；以及

根据所述超控信号，将所述MEMS重设为所述芯片启用状态，其中当所述MEMS处于所述芯片启用状态时，重新启用所述IC。

10.如权利要求9的方法，还包括：允许在所述IC的装配到另一IC的插座中的一个引脚上断言所述超控信号。

11.如权利要求9的方法，其中：

所述MEMS包含在电压岛内，所述电压岛在所述芯片启用状态下接收电源电压；以及

所述MEMS的重设包括针对预定时段和直到事件发生中的至少一个而延迟所述电压岛的重新激活。

12.如权利要求9的方法，还包括：在ESD事件期间避免芯片状态信号、所述状况通知信号以及所述超控信号内的错误。

13.如权利要求8的方法，存储所述IC的将所述MEMS设置为所述错误状态的至少一个预定状况。

14.如权利要求8的方法，还包括：

生成指示所述MEMS是否处于所述芯片启用状态和所述错误状态之一的芯片状态信号；以及

将所述芯片状态信号输出到所述IC、所述IC内的电路以及另一IC中的至少一个。

15.一种用于实现集成电路(IC)的非破坏性和安全停用以及重新启用的方法，所述方法包括：

将微机电结构MEMS初始设置为芯片启用状态；

接收状况通知信号，其指示所述IC的所检测的预定状况；

根据所述状况通知信号，将所述MEMS设置为错误状态，其中当所述MEMS处于所述错误状态时，停用所述IC；

向所述MEMS和激活电路中的至少一个断言超控信号；以及

根据所述超控信号，将所述MEMS重设为所述芯片启用状态，其中当所述MEMS处于所述芯片启用状态时，重新启用所述IC。

16.如权利要求15的方法，还包括：允许在所述IC的装配到另一IC的插座中的一个引脚上断言所述超控信号。

17.如权利要求16的方法，还包括：

生成指示所述MEMS是否处于所述芯片启用状态和所述错误状态之一的芯片状态信号；以及

将所述芯片状态信号输出到所述IC、所述IC内的电路以及另一IC中的至少一个。

18.如权利要求17的方法，还包括：在ESD事件期间避免芯片状态信号、所述状况通知信号以及所述超控信号内的错误。