CN105116353A - 基于信息系统的低功耗电源检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于信息系统的低功耗电源检测装置，包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管以及第四PMOS管。本发明提供的基于信息系统的低功耗电源检测装置，不受直流供电电压影响、功耗小、正向电源毛刺电压的频率采集范围宽。

Description

基于信息系统的低功耗电源检测装置

技术领域

本发明涉及嵌入式系统技术领域，特别涉及一种基于信息系统的低功耗电源检测装置。

背景技术

信息系统是由计算机硬件、网络和通讯设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统，其主要任务是最大限度地利用现代计算机及网络通讯技术加强企业的信息管理，通过对企业拥有的人力、物力、财力、设备、技术等资源的调查了解建立正确的数据，加工处理并编制成各种信息资料及时提供给管理人员，以便进行正确的决策，不断提高企业的管理水平和经济效益。信息系统处理的各种数据（用户数据、系统数据、业务数据等）在维持系统正常运行上起着至关重要的作用，一旦数据遭到破坏（泄漏、修改、毁坏），都会在不同程度上造成影响，从而危害到整个信息系统的正常运行。

目前针对数据安全的攻击方式有很多，电源毛刺电压攻击就是一种常用的攻击方式。电源毛刺电压攻击是通过快速改变系统供电电压的一种缺陷注入攻击方式，为了保证信息交互系统的安全，系统的供电电压检测电路要能够适应供电电压的变化和能够检测毛刺电压信号。申请号为“200910088706.7”的中国发明专利公开了一种防电源毛刺攻击的检测电路，该检测电路采用电阻网络来采集电源毛刺电压。采用电阻网络采集电源毛刺电压不仅存在直流功耗，且电阻网络只能采集电源上的低频信号，对于电源上的高频信号无法实现同比例采集，受到毛刺攻击电压幅度和频率的限制，而该结构的检测电路正常工作时还会受到被检测的电压的直流值影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种基于信息系统的低功耗电源检测装置，提高正向电源毛刺电压的频率采集范围，减小系统静态功耗。

为解决上述问题，本发明提供一种基于信息系统的低功耗电源检测装置，包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管以及第四PMOS管；

所述第一电容的一端连接电源负极，所述第一电容的另一端连接所述第一电阻的一端、所述第三电阻的一端以及所述第二NMOS管的栅极，所述第二电容的一端连接电源正极，所述第二电容的另一端连接所述第二电阻的一端、所述第三电阻的另一端以及所述第一NMOS管的栅极，所述第一电阻的另一端适于接收第一偏置电流，所述第二电阻的另一端、所述第四NMOS管的源极、所述第五NMOS管的源极、所述第六NMOS管的源极以及所述第七NMOS管的源极接地；

所述第一NMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的漏极、所述第三NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的漏极、所述第一PMOS管的栅极以及所述第三PMOS管的栅极，所述第一NMOS管的源极连接所述第二NMOS管的源极和所述第四NMOS管的漏极，所述第四NMOS管的栅极连接所述第五NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的漏极并适于接收第二偏置电流，所述第二NMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的源极、所述第二PMOS管的漏极、所述第二PMOS管的栅极以及所述第四PMOS管的栅极，所述第三PMOS管的漏极连接所述第六NMOS管的漏极、所述第六NMOS管的栅极以及所述第七NMOS管的栅极，所述第四PMOS管的漏极连接所述第七NMOS管的漏极并适于输出第一检测信号，所述第一PMOS管的源极、所述第二PMOS管的源极、所述第三PMOS管的源极以及所述第四PMOS管的源极适于接收工作电压。

可选的，所述第三电阻为可调电阻。

可选的，所述基于信息系统的低功耗电源检测装置还包括缓冲器；所述缓冲器适于对所述第一检测信号进行放大处理以产生第二检测信号

可选的，所述缓冲器包括第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管以及第七PMOS管；

所述第八NMOS管的栅极连接所述第五PMOS管的栅极并适于接收所述第一检测信号，所述第八NMOS管的漏极连接所述第五PMOS管的漏极、所述第九NMOS管的栅极以及所述第六PMOS管的栅极，所述第九NMOS管的漏极连接所述第六PMOS管的漏极、所述第十NMOS管的栅极以及所述第七PMOS管的栅极，所述第十NMOS管的漏极连接所述第七PMOS管的漏极并适于输出所述第二检测信号，所述第八NMOS管的源极、所述第九NMOS管的源极以及所述第十NMOS管的源极接地，所述第五PMOS管的源极、所述第六PMOS管的源极以及所述第七PMOS管的源极适于接收工作电压。

可选的，所述基于信息系统的低功耗电源检测装置还包括锁存器；所述锁存器适于对所述第二检测信号进行锁存处理以产生报警信号。

可选的，所述锁存器包括延时电路、二选一数据选择器、第一反相器以及第二反相器；

所述延时电路的输入端连接所述二选一数据选择器的第一输入端并适于接收所述第二检测信号，所述延时电路的输出端连接所述二选一数据选择器的控制端，所述二选一数据选择器的输出端连接所述第一反相器的输入端并适于输出所述报警信号，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述二选一数据选择器的第二输入端。

可选的，所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置还包括偏置电流产生电路；所述偏置电流产生电路适于提供所述第一偏置电流和所述第二偏置电流。

可选的，所述偏置电流产生电路包括第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第十三PMOS管以及第四电阻；

所述第十一NMOS管的栅极连接所述第十一NMOS管的漏极、所述第八PMOS管的漏极以及所述第九PMOS管的栅极，所述第十一NMOS管的源极、所述第十二NMOS管的源极以及所述第四电阻的一端接地，所述第八PMOS管的栅极适于接收启动信号，所述第八PMOS管的源极、所述第九PMOS管的源极、所述第十PMOS管的源极、所述第十一PMOS管的源极、所述第十二PMOS管的源极以及所述第十三PMOS管的源极适于接收工作电压；

所述第十二NMOS管的栅极连接所述第十二NMOS管的漏极、所述第九PMOS管的漏极、所述第十PMOS管的漏极以及所述第十三NMOS管的栅极，所述第十三NMOS管的源极连接所述第四电阻的另一端，所述第十三NMOS管的漏极连接所述第十PMOS管的栅极、所述第十一PMOS管的栅极、所述第十一PMOS管的漏极、所述第十二PMOS管的栅极以及所述第十三PMOS管的漏极，所述第十二PMOS管的漏极适于输出所述第一偏置电压，所述第十三PMOS管的漏极适于输出所述第二偏置电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于信息系统的低功耗电源检测装置，采用电容来采集电源上的正向毛刺信号，能够隔离直流供电电压，因而不存在直流功耗。并且，电容能够无失真地采集高频交流信号，使得被检测的毛刺电压信号的范围变宽。通过电容的隔直作用，电源提供的直流供电电压发生变化不会对本检测电路产生影响，因而本检测电路使用灵活。

附图说明

图1是本发明实施例的基于信息系统的低功耗电源检测装置的电路图；

图2是本发明实施例的缓冲器的电路图；

图3是本发明实施例的锁存器的电路结构示意图；

图4是本发明实施例的偏置电流产生电路的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明实施例的基于信息系统的低功耗电源检测装置的电路图，所述基于信息系统的低功耗电源检测装置包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5、第六NMOS管N6、第七NMOS管N7、第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3以及第四PMOS管P4。在本实施例中，所述第三电阻R3为可调电阻。

具体地，所述第一电容C1的一端连接电源负极VSS，所述第一电容C1的另一端连接所述第一电阻R1的一端、所述第三电阻R3的一端以及所述第二NMOS管N2的栅极，所述第二电容C2的一端连接电源正极VCC，所述第二电容C2的另一端连接所述第二电阻R2的一端、所述第三电阻R3的另一端以及所述第一NMOS管N1的栅极，所述第一电阻R1的另一端适于接收第一偏置电流IB1，所述第二电阻R2的另一端、所述第四NMOS管N4的源极、所述第五NMOS管N5的源极、所述第六NMOS管N6的源极以及所述第七NMOS管N7的源极接地；

所述第一NMOS管N1的漏极连接所述第三NMOS管N3的漏极、所述第三NMOS管N3的栅极、所述第一PMOS管P1的漏极、所述第一PMOS管P1的栅极以及所述第三PMOS管P3的栅极，所述第一NMOS管N1的源极连接所述第二NMOS管N2的源极和所述第四NMOS管N4的漏极，所述第四NMOS管N4的栅极连接所述第五NMOS管N5的栅极和所述第五NMOS管N5的漏极并适于接收第二偏置电流IB2，所述第二NMOS管N2的漏极连接所述第三NMOS管N3的源极、所述第二PMOS管P2的漏极、所述第二PMOS管P2的栅极以及所述第四PMOS管P4的栅极，所述第三PMOS管P3的漏极连接所述第六NMOS管N6的漏极、所述第六NMOS管N6的栅极以及所述第七NMOS管N7的栅极，所述第四PMOS管P4的漏极连接所述第七NMOS管N7的漏极并适于输出第一检测信号VO1，所述第一PMOS管P1的源极、所述第二PMOS管P2的源极、所述第三PMOS管P3的源极以及所述第四PMOS管P4的源极适于接收工作电压VDD。需要说明的是，所述电源负极VSS和地可以是同一电源也可以是不同电源，所述工作电压VDD可以由电池提供，本实施例对此不作限定。

在本实施例中，所述第一电容C1和所述第二电容C2对出现在电源电压上的正向毛刺电压进行采样，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2以及所述第三电阻R3为所述第一NMOS管N1~所述第七NMOS管N7、所述第一PMOS管P1~第四PMOS管P4构成的电压比较电路提供直流偏置。由于电源正极VCC和电源负极VSS的电压都是通过电容交流耦合到电压比较电路的输入端，所以电压比较电路输入端信号与电源提供的直流供电电压无关。只考虑电源正极VCC和电源负极VSS的交流信号成分，且将所述第一电容C1和所述第二电容C2设置为相同的电容值，存在关系：Vp-Vn=0.5×（Vc-Vs）-Ib1×r3，其中，Vp为所述第一NMOS管N1的栅极电压，Vn为所述第二NMOS管N2的栅极电压，Vc为电源正极VCC上的交流电压，Vs为电源负极VSS上的交流电压，Ib1为所述第一偏置电流IB1的电流值，r3为所述第三电阻R3的电阻值。

从上式可以看出，电压比较电路将电源正极VCC和电源负极VSS的交流电压差的二分之一和固定的偏置电压Ib1×r3进行比较，偏置电压的电压值即为电压比较电路发生翻转的阈值。通过设置偏置电压的电压值，即调整所述第三电阻R3的电阻值，就能实现设置被检测电源正向毛刺电压的幅值水平。

电压比较电路产生的第一检测信号VO1通常驱动能力较弱，因而本发明实施例还提供另一种结构的基于信息系统的低功耗电源检测装置，所述基于信息系统的低功耗电源检测装置还包括缓冲器，所述缓冲器适于对所述第一检测信号VO1进行放大处理以产生第二检测信号。图2是本发明实施例的缓冲器的电路图，所述缓冲器包括第八NMOS管N8、第九NMOS管N9、第十NMOS管N10、第五PMOS管P5、第六PMOS管P6以及第七PMOS管P7。

具体地，所述第八NMOS管N8的栅极连接所述第五PMOS管P5的栅极并适于接收所述第一检测信号VO1，所述第八NMOS管N8的漏极连接所述第五PMOS管P5的漏极、所述第九NMOS管N9的栅极以及所述第六PMOS管P6的栅极，所述第九NMOS管N9的漏极连接所述第六PMOS管P6的漏极、所述第十NMOS管N10的栅极以及所述第七PMOS管P7的栅极，所述第十NMOS管N10的漏极连接所述第七PMOS管P7的漏极并适于输出所述第二检测信号VO2，所述第八NMOS管N8的源极、所述第九NMOS管N9的源极以及所述第十NMOS管N10的源极接地，所述第五PMOS管P5的源极、所述第六PMOS管P6的源极以及所述第七PMOS管P7的源极适于接收工作电压VDD。本实施例的缓冲器由三级CMOS反相器构成，在其他实施例中，也可以为更多级数的CMOS反相器。

获得所述第二检测信号VO2后，可以利用所述第二检测信号VO2对毛刺攻击进行报警。本发明实施例还提供另一种结构的基于信息系统的低功耗电源检测装置，所述基于信息系统的低功耗电源检测装置还包括锁存器，所述锁存器适于对所述第二检测信号VO2进行锁存处理以产生报警信号。图3是本发明实施例的锁存器的电路结构示意图，所述锁存器包括延时电路31、二选一数据选择器32、第一反相器33以及第二反相器34。

具体地，所述延时电路31的输入端连接所述二选一数据选择器32的第一输入端并适于接收所述第二检测信号VO2，所述延时电路31的输出端连接所述二选一数据选择器32的控制端，所述二选一数据选择器32的输出端连接所述第一反相器33的输入端并适于输出所述报警信号AS，所述第一反相器33的输出端连接所述第二反相器34的输入端，所述第二反相器34的输出端连接所述二选一数据选择器32的第二输入端。

未出现毛刺攻击时，所述第二检测信号VO2为第一电平，所述第一电平经过所述延时电路31延时后控制所述二选一数据选择器32选择其第一输入端的信号输出；出现毛刺攻击时，所述第二检测信号VO2为第二电平，所述第二电平经过所述延时电路31延时后控制所述二选一数据选择器32选择其第二输入端的信号输出，形成数据锁存，以供报警电路进行处理。

本发明实施例还提供一种偏置电流产生电路，所述偏置电流产生电路适于提供所述第一偏置电流IB1和所述第二偏置电流IB2。图4是本发明实施例的偏置电流产生电路的电路图，所述偏置电流产生电路包括第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第十三NMOS管N13、第八PMOS管P8、第九PMOS管P9、第十PMOS管P10、第十一PMOS管P11、第十二PMOS管P12、第十三PMOS管P13以及第四电阻R4。

所述第十一NMOS管N11的栅极连接所述第十一NMOS管N11的漏极、所述第八PMOS管P8的漏极以及所述第九PMOS管P9的栅极，所述第十一NMOS管N11的源极、所述第十二NMOS管N12的源极以及所述第四电阻R4的一端接地，所述第八PMOS管P8的栅极适于接收启动信号ST，所述第八PMOS管P8的源极、所述第九PMOS管P9的源极、所述第十PMOS管P10的源极、所述第十一PMOS管P11的源极、所述第十二PMOS管P12的源极以及所述第十三PMOS管P13的源极适于接收工作电压VDD；

所述第十二NMOS管N12的栅极连接所述第十二NMOS管N12的漏极、所述第九PMOS管P9的漏极、所述第十PMOS管P10的漏极以及所述第十三NMOS管N13的栅极，所述第十三NMOS管N13的源极连接所述第四电阻R4的另一端，所述第十三NMOS管N13的漏极连接所述第十PMOS管P10的栅极、所述第十一PMOS管P11的栅极、所述第十一PMOS管P11的漏极、所述第十二PMOS管P12的栅极以及所述第十三PMOS管P13的漏极，所述第十二PMOS管P12的漏极适于输出所述第一偏置电压IB1，所述第十三PMOS管P13的漏极适于输出所述第二偏置电压IB2。

所述第十二NMOS管N12、所述第十三NMOS管N13、所述第十PMOS管P10、所述第十一PMOS管P11以及所述第四电阻R4组成PTAT电流产生电路的主电路，并通过所述第十二PMOS管P12和所述第十三PMOS管P13将基准电流镜像出去，所述第十一NMOS管N11、所述第八PMOS管P8以及所述第九PMOS管P9构成启动电路。当电路正常启动之后，所述启动信号ST使所述第八PMOS管P8导通、所述第九PMOS管P9截止，启动电路和主电路断开，主电路不受启动电路的影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管以及第四PMOS管；

所述第一电容的一端连接电源负极，所述第一电容的另一端连接所述第一电阻的一端、所述第三电阻的一端以及所述第二NMOS管的栅极，所述第二电容的一端连接电源正极，所述第二电容的另一端连接所述第二电阻的一端、所述第三电阻的另一端以及所述第一NMOS管的栅极，所述第一电阻的另一端适于接收第一偏置电流，所述第二电阻的另一端、所述第四NMOS管的源极、所述第五NMOS管的源极、所述第六NMOS管的源极以及所述第七NMOS管的源极接地；

所述第一NMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的漏极、所述第三NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的漏极、所述第一PMOS管的栅极以及所述第三PMOS管的栅极，所述第一NMOS管的源极连接所述第二NMOS管的源极和所述第四NMOS管的漏极，所述第四NMOS管的栅极连接所述第五NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的漏极并适于接收第二偏置电流，所述第二NMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的源极、所述第二PMOS管的漏极、所述第二PMOS管的栅极以及所述第四PMOS管的栅极，所述第三PMOS管的漏极连接所述第六NMOS管的漏极、所述第六NMOS管的栅极以及所述第七NMOS管的栅极，所述第四PMOS管的漏极连接所述第七NMOS管的漏极并适于输出第一检测信号，所述第一PMOS管的源极、所述第二PMOS管的源极、所述第三PMOS管的源极以及所述第四PMOS管的源极适于接收工作电压。

2.根据权利要求1所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，所述第三电阻为可调电阻。

3.根据权利要求1所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，还包括缓冲器；

所述缓冲器适于对所述第一检测信号进行放大处理以产生第二检测信号。

4.根据权利要求3所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，所述缓冲器包括第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管以及第七PMOS管；

所述第八NMOS管的栅极连接所述第五PMOS管的栅极并适于接收所述第一检测信号，所述第八NMOS管的漏极连接所述第五PMOS管的漏极、所述第九NMOS管的栅极以及所述第六PMOS管的栅极，所述第九NMOS管的漏极连接所述第六PMOS管的漏极、所述第十NMOS管的栅极以及所述第七PMOS管的栅极，所述第十NMOS管的漏极连接所述第七PMOS管的漏极并适于输出所述第二检测信号，所述第八NMOS管的源极、所述第九NMOS管的源极以及所述第十NMOS管的源极接地，所述第五PMOS管的源极、所述第六PMOS管的源极以及所述第七PMOS管的源极适于接收工作电压。

5.根据权利要求3所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，还包括锁存器；

所述锁存器适于对所述第二检测信号进行锁存处理以产生报警信号。

6.根据权利要求5所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，所述锁存器包括延时电路、二选一数据选择器、第一反相器以及第二反相器；

所述延时电路的输入端连接所述二选一数据选择器的第一输入端并适于接收所述第二检测信号，所述延时电路的输出端连接所述二选一数据选择器的控制端，所述二选一数据选择器的输出端连接所述第一反相器的输入端并适于输出所述报警信号，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述二选一数据选择器的第二输入端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，还包括偏置电流产生电路；

所述偏置电流产生电路适于提供所述第一偏置电流和所述第二偏置电流。

8.根据权利要求7所述的基于信息系统的低功耗电源检测装置，其特征在于，所述偏置电流产生电路包括第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第十三PMOS管以及第四电阻；

所述第十一NMOS管的栅极连接所述第十一NMOS管的漏极、所述第八PMOS管的漏极以及所述第九PMOS管的栅极，所述第十一NMOS管的源极、所述第十二NMOS管的源极以及所述第四电阻的一端接地，所述第八PMOS管的栅极适于接收启动信号，所述第八PMOS管的源极、所述第九PMOS管的源极、所述第十PMOS管的源极、所述第十一PMOS管的源极、所述第十二PMOS管的源极以及所述第十三PMOS管的源极适于接收工作电压；

所述第十二NMOS管的栅极连接所述第十二NMOS管的漏极、所述第九PMOS管的漏极、所述第十PMOS管的漏极以及所述第十三NMOS管的栅极，所述第十三NMOS管的源极连接所述第四电阻的另一端，所述第十三NMOS管的漏极连接所述第十PMOS管的栅极、所述第十一PMOS管的栅极、所述第十一PMOS管的漏极、所述第十二PMOS管的栅极以及所述第十三PMOS管的漏极，所述第十二PMOS管的漏极适于输出所述第一偏置电压，所述第十三PMOS管的漏极适于输出所述第二偏置电压。