CN104516011B - 识别电路的方法、集成电路设备和用于检测烟尘的设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了识别电路的方法、集成电路设备和用于检测烟尘的设备。所述方法包括：提供包括电路硬件装置和放射源的装置，其中放射源机械地连接到电路硬件装置，并且放射源具有预定的放射性指纹，所述预定的放射性指纹具有至少包括第一放射性指纹特性的一组放射性指纹特性；基于由放射源发出的辐射，检测至少一些放射性指纹特性；以及至少部分地基于检测到的放射性指纹特性，识别电路硬件装置的至少第一识别特性。

Description

识别电路的方法、集成电路设备和用于检测烟尘的设备
技术领域
本发明一般涉及电子电路装置的领域，所述电子电路装置包括放射性检测器和/或与电子电路“放射性通信”(参见下面在具体实施方式部分的定义子部分中的定义)的放射源。
背景技术
当不是天然放射性的一些同位素原子核采用某些高能粒子轰击时，会产生人工产生的放射性同位素。每个放射性同位素通过半衰期值(其涉及放射性材料随着时间的推移而变得具有更小放射性的方式)以及通常以居里(Ci)或以贝克勒尔(Bq)为单位测量的活度来表征。一个Ci单位等于每秒3.7X1010次衰变。一个Bq单位等于每秒1次衰变。更具体地，半衰期是一部分放射性材料中的原子核的一半衰变掉所花费的时间的平均长度。人工产生的放射性同位素和天然放射性同位素之间的比较/对比的一些点如下：(i)天然和人工放射性材料都根据半衰期值“衰变”；和(ii)人工放射性同位素一般相对于天然放射性同位素具有较短的半衰期周期值。
存在着集成电路芯片(IC)形式的传统装置，其具有被机械连接从而与IC的电路“放射性通信”的放射性材料。在该文件中，放射源材料与电路放射性通信的装置在本文中将有时被描述为具有“嵌入源”。存在着IC形式的传统装置，其具有与IC进行数据通信的放射性检测器(在本文中有时被称为“辐射检测器”，其不应与例如可见光检测器混淆)。在该文件中，放射性检测器与电路进行数据通信的装置在本文中将有时被描述为具有“嵌入检测器”。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了用于识别电路的方法和相关联的硬件。该方法包括以下步骤(不一定按下面的顺序)：(i)提供包括电路硬件装置和放射源的装置，其中放射源机械地连接到电路硬件装置，并且放射源具有预定的放射性指纹，所述预定的放射性指纹具有至少包括第一放射性指纹特性的一组放射性指纹特性；(ii)基于由放射源发出的辐射，检测至少一些放射性指纹特性；以及(iii)至少部分地基于检测到的放射性指纹特性，识别电路硬件装置的至少第一识别特性。
根据本发明的另一方面，集成电路设备包括：集成电路芯片；放射源；连接硬件装置；以及辐射检测模块。放射源通过连接硬件装置机械地连接到集成电路芯片。辐射检测模块可操作地连接到集成电路芯片，使得辐射检测模块与放射源放射性通信。辐射检测模块被构造、定位、编程和/或连接以确定下述中的至少一种：(i)随着时间的推移从被总计地考虑的放射源和外部辐射源接收的总辐射剂量，和/或(ii)在给定的时间点从被总计地考虑的放射源和外部辐射源接收的总辐射量。
根据本发明的另一方面，用于检测烟尘的设备包括：放射源；辐射检测器；以及烟尘警报模块。放射源与辐射检测器放射性通信。辐射检测器将检测信号发送给烟尘检测器模块，其中检测信号至少部分地基于从放射源发出的辐射。烟尘检测器模块被连接、构造和/或编程为在检测信号指示烟尘存在的情况下发送出警报信号。放射源是具有小于432年的半衰期的人工产生的放射性同位素。
附图说明
图1是根据本发明的示例性多用途设备的实施例的框图。
具体实施方式
图1是示出设备100的框图，其包括：IC基板101；源固定硬件102；放射源材料(在本文中有时也被称为辐射源材料)104；辐射检测器106；控制模块(“mod”)108；硬件完整性子模块110(包括指纹数据库111)；经过时间子模块112(包括速率与时间(rate versus time)数据库113)；辐射限制子模块114；烟尘检测器子模块118；输入/输出(I/O)路径120；以及被连接器具组122(包括扬声器213、显示器214以及气囊216)。非常概括地描述设备100：(i)源固定硬件102机械地固定辐射源材料104；(ii)检测器106检测由源104发出的辐射，并且发送该信息给控制模块108；(iii)控制模块108具有用于执行各种逻辑功能的硬件、软件和/或固件，其中一些逻辑功能使用检测到的辐射作为输入；以及(iv)被连接的器具组122具有至少部分地由控制模块108控制的各种器具(例如扬声器213由控制模块108控制以充当烟尘警报)。
应当记住的是，设备100是被讨论以示出本发明许多方面的示例性多用途装置，本公开的许多以商业产品为导向的实施例仅具有示例性设备100的新颖特征和特性的某个子集。
源固定硬件102将源材料104机械连接(参见下面的定义)到IC基板101，使得放射源材料104与电路(具体是辐射检测器106)放射性通信。在该实施例中，源材料是基板自身的一个层，其嵌入层叠形式的IC基板的其它层中，并且源固定硬件是IC基板的其它层，其嵌入并固定放射源层。可替换地，固定硬件可以以包括但不限于下述方式的方式固定源材料：(i)跨越基板的外表面伸展(例如作为放射性底部填充(radioactive underfill))；(ii)作为包装在IC基板材料内的粒子；(iii)作为安装在IC基板的外表面上或其附近的粒子；(iv)采用IC基板中的网目(mesh)或迹线(或网目或迹线上的薄层)的形式；和/或(v)在IC基板上、IC基板中和/或IC基板附近的其它位置和/或几何结构。
在该实施例中，放射源材料104是可以包括放射性同位素以及诸如粘合剂(binder)之类的其它材料的混合物的层。在该实施例中，组成放射源104的放射性同位素可以是天然存在的或人造的，并且具有“相对短的半衰期”(即小于432年)。可替换地，本公开的各种实施例中的放射源材料可以：(i)专门由单个放射性同位素形成；(ii)由与诸如粘合剂之类的其它非放射性材料一起混合的单个放射性同位素形成；(iii)人造放射性同位素；(iv)天然存在的放射性同位素；和/或(v)人造和天然存在的同位素(在混合物中具有或不具有非放射性材料)的混合物。当在下面讨论控制模块108的子模块时，将有关于什么种类的放射源材料在本公开的各种实施例中最优地工作的一些更详细的讨论。本公开的一些实施例甚至可能不需要在设备中存在辐射源。
放射源通过放射性衰变产生辐射。放射源可以通过包括下述特性的特性来描述：(i)发射的辐射类型，诸如：(a)阿尔法粒子、(b)贝塔粒子、(c)中子、(d)x射线、和/或(e)伽玛；(ii)相应的半衰期；以及(iii)相应的活度。阿尔法粒子是辐射类型中具有最小穿透性的。具有最大穿透性的粒子是中性粒子，其包括：(i)中子；(ii)x射线；以及(iii)伽玛射线。半衰期是给定样本中的同位素原子的一半经历衰变的时间量。一般地，具有长半衰期的天然存在的放射性同位素不具有非常高水平的放射性。人工产生的放射性同位素可以以变化的强度或活度来制备以适合于应用，并且可以具有相对短的半衰期。对于包括多种分别具有不同半衰期的放射性同位素的单个放射源：有时有可能基于发射出一定强度的辐射的类型和发射出的辐射的相应能量来分别单独地跟踪单个组分同位素的衰变。
本公开的一些实施例包括具有经证实的初始放射性水平的单个或多个同位素的辐射源。本公开的一些实施例将辐射源嵌入到芯片或电路中或者紧邻着芯片或电路。
现在将讨论辐射检测器106。在该实施例中，辐射检测器是“嵌入型辐射检测器”。本发明的一些实施例可能不需要在设备中存在辐射检测器。
现在将讨论控制模块的各种子模块，以硬件完整性子模块110和其“指纹”数据库111开始。更具体地，本发明的一些实施例包括在IC组件中和/或IC组件上的放射源材料，使得从源材料发出的辐射的模式(或“指纹”)充当用于识别IC组件的制造商和/或示出IC组件并非伪造品的方式。指纹可能包括：辐射类型、强度、在一定时间间隔内发生的强度变化、发出的辐射的动量、和/或能量分布。指纹数据库111包括与一个或多个IC制造商相关联的模式信息。子模块110提供用于确定由检测器106检测的辐射是否满足分别与授权且合格的代工厂(foundry)相关联的多个模式中的至少一个模式的逻辑。如果由检测器106检测并且由子模块110分析的模式并非来自受信任的代工厂，则子模块110可以被构造和/或编程为采取各种动作，诸如禁用IC和/或警告IC的用户。作为备选方案，用于分析由IC发出的辐射的检测器和/或逻辑可以不包括在IC和/或IC所存在于的设备中或不包括在其上。
在本发明的一些实施例中，外部辐射检测器可以用于检测诸如x射线或伽玛射线的中性辐射源，以确定来自一个批次的哪些芯片或电路具有适当的辐射类型和强度。外部辐射检测器可以是：(i)电离检测器(手持式或其它形式)；(ii)盖革计数器；或(iii)其它检测器，其取决于：(i)放射源活度、(ii)辐射类型、和(iii)能量。
对于阿尔法粒子辐射源，由于阿尔法粒子的短程，辐射检测器可以嵌入到电路中。使用阿尔法粒子辐射的一个优点在于不会造成安全危害，因为辐射通常不会到达封装外侧。内部检测器可以是微盖革计数器(micro-Geiger counter)或甚至是基于单事件翻转(SEU)的检测器(诸如静态随机存取存储器(SRAM)，其中单事件翻转的数量与检测到的辐射量成比例)。
为了更详细地解释，本发明的一些实施例包括在芯片或电路中建立的具有经证实的初始放射性水平的(单个或多个同位素的)放射源材料。对于这些实施例，内部或外部检测器确定来自一个批次的哪些芯片或电路具有适当的辐射类型和强度(即“辐射指纹”)。来自不受信任的代工厂的芯片或电路或伪造部件将不会具有正确的辐射指纹，即使在伪造芯片/电路中存在某种类型的嵌入放射源。辐射指纹的细节(类型、通量等)将几乎肯定与受信任的代工厂所使用的那些不同。
在确定更换部件的起源很重要的情况下，本公开的一些实施例具有有用的应用，诸如在航空、航天和汽车工业中。此外，在需要认证经证实的更换部件确实被安装的认证领域中可以具有有用性。
总之，子模块110基于放射性指纹确定IC的一个或多个“识别特性”。一些可能的识别特性包括：电路的真伪性，电路的制造位置，电路的制造实体，电路的制造日期，电路的指定客户，电路的型号/修订版，与电路相关联的保修政策，对于每个电路而言唯一的序列号，用于电路的端口映射，被授权与该电路一起使用的软件、硬件和/或固件的标识，和/或针对该电路的期望地域市场。在基于放射性指纹确定电路的制造日期的实施例中，该日期标识通过让电路制造商在不同时间使用具有不同指纹(例如，一个指纹用于2013年8月的IC版本，以及另一个指纹用于2013年9月的IC版本)的放射源来实现。这与下面将结合经过时间子模块112讨论的、使用放射源以通过在各个时刻测量来自源的放射性来进行经过时间的测量不同。
现在将讨论经过时间子模块112。在该实施例中，子模块112基于来自检测器106的输入，确定在由源材料发出的辐射水平的当前测量和初始测量之间的经过时间。这在包括但不限于以下应用的应用中会是有用的：(i)要知道自从备用电池更换以来的时间(例如，烟尘检测器中的电池)；以及(ii)要知道关键组件的寿命(例如，汽车电池的寿命)。应该注意的是，根据本发明的时间测量方面的实施例不一定需要辐射检测器。
与确定经过时间相关联的科学原理和数学等式的解释如下。
辐射强度由指数衰变公式支配：
I＝I0e-λt
其中示出初始活度I0以及在时间t的活度I。根据以下公式，衰变常数λ与半衰期T1/2相关：
在给定衰变常数λ的情况下，人们能够通过求解在时间t的指数衰变公式，来计算在两个辐射水平或放射性的测量之间的经过时间，如下所示：
现在将讨论辐射限制子模块114。在该实施例中，子模块114基于来自检测器106的输入来计算两个限制：(i)环境辐射限制；以及(ii)总剂量辐射限制。关于这些辐射限制，在内部的嵌入式检测器的情况下，如果子模块114确定来自外部x射线、伽玛射线、电子束探针等的额外辐射的存在，则芯片或电路可以被禁用(或发出警报或示出警告)。检测到的外部辐射可以或者可以不由放射性衰变引起。子模块114还(基于来自内部嵌入型检测器106的输入)确定设备100从内部源和任何外部辐射两者(有意或无意)已经遭受的总放射性剂量。该应用的一个示例是下面进一步讨论的电离烟尘检测器。应该注意的是，根据本发明的辐射限制方面的实施例不一定需要辐射源。
现在将讨论烟尘检测器子模块118。使用辐射源和电路的另一个应用是把在烟尘检测器中通常使用的放射源从具有432年的半衰期的241Am改为具有更短半衰期的放射源。当前使用的大多数旧式烟尘检测器在辐射水平衰变完之前就将在垃圾填埋井中告终，这会引起环境危害。当烟尘进入电离室时烟尘检测器电路检测电离的变化。在这些实施例中，电离检测器应当足够“智能”，使得其能够在从放射源接收的放射性随着时间的推移而减小的环境中有效地操作。
在本公开的一些实施例中，辐射限制子模块114和烟尘检测器子模块118一起操作。辐射限制子模块检测在不存在烟尘的情况下与来自辐射源的辐射的减少相称的电离减少。以该方式，电离检测器能够根据放射源活度的检测到的减少来调节。可替换地，当电压降到指定值以下时，烟尘检测器子模块118采取响应动作以通过扬声器213发出声音警报，以发信号通知烟尘检测器的可用寿命的结束，例如告知“更换辐射源”。可替换地，烟尘检测器的更换可以由可听警报指示。可替换地，不存在可听警报，而是通过显示器214显示可视警报。然而，在这些种类的实施例中，系统设计者应当小心以便使子模块118的逻辑足够智能以便把由减弱的放射源导致的现象与例如耗尽的电池、松动的电池、烟尘等的其它现象区分开。
I/O路径120运送在控制模块108的各种子模块以及被连接器具组122之间的控制信号。在该实施例中，这些I/O路径是电气信号通信路径，但是它们可以是或者可以包括诸如由智能电话和/或计算机常规地使用的无线传输路径之类的其它类型的数据通信连接(参见下面的定义)。在该实施例中，检测器、控制模块、I/O路径和被连接器具全部需要由传统的并且因此在图1中未示出的电源子系统提供的电力。
扬声器213从控制模块108接收各种模拟音频信号，并将这些模拟信号转换成声波。以这种方式，不同类型的警报或信息叙述可以针对诸如下述的条件发出声音：(i)指纹相关信息；(ii)总剂量和/或环境辐射警报；(iii)与经过时间相关的信息(诸如需要新气囊警告)；以及(iv)烟尘警报。
显示器214从控制模块108接收各种图像和/或视频信号，并根据这些信号生成视频和/或图像显示。以这种方式，不同类型的显示可以针对诸如下述的条件而被显示：(i)指纹相关信息；(ii)总剂量和/或环境辐射可视警报；(iii)与经过时间相关的信息(诸如需要新气囊警告)；以及(iv)烟尘可视警报。
用于车辆(未示出)的气囊216是在其操作方面不由辐射检测器的输出直接控制、而是使用检测到的辐射执行对其主要功能而言起辅助作用的功能的器具的示例。在该情况下，由检测到的辐射执行的辅助功能在于其帮助确定何时气囊应当被更换和/或检查。
现在将在以下段落中阐述一些定义。
本发明：不应当被视为以下绝对指示：由术语“本发明”描述的主题由所提交的权利要求覆盖、或者由在专利审查过程之后最终发布的权利要求覆盖；虽然术语“本发明”用于帮助读者获得本文中的公开被认为可能是新的一般感觉，但是通过使用术语“本发明”所指示的该理解是暂定且临时的，并且在相关信息被产生时以及在权利要求潜在地被修改时在专利审查的过程中会受到更改。
实施例：参见上面的“本发明”的定义—类似的提醒也适用于术语“实施例”。
和/或：非排他性的或；例如，A和/或B指：(i)A是真并且B是假；或(ii)A是假并且B是真；或(iii)A和B两者都是真。
电气连接：指直接电气连接，或间接电气连接使得居间元件存在；在间接电气连接中，居间元件可以包括电感器和/或变压器。
机械连接：包括直接机械连接和通过中间组件进行的间接机械连接两者；包括刚性机械连接以及允许在机械连接的组件之间相对运动的机械连接；包括但不限于焊接连接、焊料连接、用紧固件(例如钉、螺栓、螺钉、螺母、钩和环紧固件、结(knot)、铆钉、快速释放连接、闩锁和/或磁连接)连接、压入配合连接、摩擦配合连接、利用由重力导致的接合而固定的连接、枢转或可旋转连接、和/或可滑动机械连接。
数据通信：现在已知的或将来开发的任何类型的数据通信方案，包括无线通信、有线通信以及具有无线和有线部分的通信路径；数据通信不一定限于：(i)直接数据通信；(ii)间接数据通信；和/或(iii)在数据通信的整个过程内格式、分组化状态、介质、加密状态和/或协议保持恒定的数据通信。
接收/提供/发送/输入/输出：除非另有明确规定，否则这些词语不应该被认为是在暗示：(i)关于它们的宾语和主语之间关系的任何特定程度的直接性；和/或(ii)不存在介于它们的宾语和主语之间的中间组件、动作和/或事物。
模块/子模块：硬件、固件和/或软件的任何集合，其可操作地工作以执行某种功能，而不管该模块是否：(i)在单个本地近程内；(ii)在广阔区域内分布；(iii)在较大的一条软件代码内的单个近程内；(iv)位于单条软件代码内；(v)位于单个存储装置、存储器或介质中；(vi)被机械地连接；(vii)被电气地连接；和/或(viii)在数据通信中连接。
软件存储装置：能够以比在运送中的信号更小瞬态的方式存储计算机代码的任何装置(或装置组)。
有形介质软件存储装置：在有形介质中和/或有形介质上存储计算机代码的任何软件存储装置(参见以上定义)。
非暂时性软件存储装置：以非暂时性方式存储计算机代码的任何软件存储装置(参见以上定义)。
计算机：具有显著数据处理和/或机器可读指令读取能力的任何装置，包括但不限于：台式计算机、大型计算机、膝上型计算机、基于场可编程门阵列(FPGA)的装置、智能电话、个人数字助理(PDA)、安装或嵌入身体内的计算机、嵌入装置型计算机、基于专用集成电路(ASIC)的装置。
放射性通信：当对象被定位和/或机械连接以便可预测且可靠地从放射源接收放射性时，则该对象与源“放射性通信”。

Claims (15)

1.一种识别电路的方法，所述方法包括：
提供包括电路硬件装置和放射源的装置，其中所述放射源机械地连接到所述电路硬件装置，并且所述放射源具有预定的放射性指纹，所述预定的放射性指纹具有至少包括第一放射性指纹特性的一组放射性指纹特性；
基于由所述放射源发出的辐射，检测至少一些放射性指纹特性；以及
至少部分地基于检测到的放射性指纹特性，识别所述电路硬件装置的至少第一识别特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一识别特性是下述中的一种：电路的真伪性，电路的制造位置，电路的制造实体，电路的制造日期，电路的指定客户，电路的型号/修订版，与电路相关联的保修政策，对于每个电路而言唯一的序列号，用于电路的端口映射，被授权与电路一起使用的软件、硬件和/或固件的标识，和/或针对电路的期望地域市场。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述电路硬件装置采取集成电路的形式。
4.如权利要求1所述的方法，其中检测到的放射性指纹特性包括下述中的至少一种：辐射类型、强度、在一定时间间隔内发生的强度变化、发出的辐射的动量、和/或能量分布。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述放射源包括多个不同的放射性同位素。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述放射源永久且机械地连接到所述电路硬件装置，使得在不毁坏下述中的至少一个的情况下不能将所述电路硬件装置与所述放射源分离：所述放射源、和/或所述电路硬件装置。
7.一种集成电路设备，包括：
集成电路芯片；
放射源；
连接硬件装置；以及
辐射检测模块；
其中：
所述放射源通过所述连接硬件装置机械地连接到所述集成电路芯片；
所述辐射检测模块可操作地连接到所述集成电路芯片，使得所述辐射检测模块与所述放射源放射性通信；以及
所述辐射检测模块被构造、定位、编程和/或连接以确定下述中的至少一种：(i)随着时间的推移从被总计地考虑的所述放射源和外部辐射源接收的总辐射剂量，和/或(ii)在给定的时间点从被总计地考虑的所述放射源和外部辐射源接收的总辐射量。
8.如权利要求7所述的设备，还包括响应模块，所述响应模块被构造、编程、定位和/或连接以便当下述中的至少一个超过预定的阈值水平时引起响应动作：(i)所述总辐射剂量，和/或(ii)在给定的时间点的总辐射量。
9.如权利要求7所述的设备，其中所述辐射检测模块包括静态随机存取存储器SRAM。
10.如权利要求7所述的设备，其中所述辐射检测模块包括微盖革计数器。
11.如权利要求7所述的设备，其中所述辐射检测模块被构造、定位、编程和/或连接以确定随着时间的推移从被总计地考虑的所述放射源和外部辐射源接收的总辐射剂量。
12.如权利要求7所述的设备，其中所述辐射检测模块被构造、定位、编程和/或连接以确定在给定的时间点从被总计地考虑的所述放射源和外部辐射源接收的总辐射量。
13.如权利要求7所述的设备，其中所述连接硬件装置至少部分地由所述集成电路芯片的基板材料形成。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述放射源采取所述集成电路芯片中的层堆栈中的叠片层的形式。
15.如权利要求7所述的设备，其中所述连接硬件将所述放射源机械地连接到所述集成电路芯片的外表面。
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