CN110442896B - 具有工艺偏差和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明混合信号集成电路设计技术领域，尤其涉及一种具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻‑电压转换电路，由三个运算放大器A1、A2、A3、电流传输器CCII‑、参考电阻RREF和顶层金属等效电阻RTOP构成；A1的同向输入端接参考电压RREF1，A1反向输入端与其自身的输出端相连，RREF接在A1的输出端与CCII‑的X端之间，Y端接参考电压VREF2，Z端与A3的同向输入端相连，A3的反向输入端输出端相连；在Z端和A2的反向输入端之间接入RTOP，A2的反向输入端与输出端相连，同相输入端接参考电压VREF2。本发明提出的改进型电阻电压转换装置，结构简单，原理简明，便于集成，与标准CMOS工艺完全兼容，巧妙引入参考电阻，消除了工艺偏差和工作温度对电阻式传感器等集成电路的影响。

Description

具有工艺偏差和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路
技术领域
本发明涉及混合信号集成电路设计技术领域，尤其涉及一种具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路。
背景技术
随着物理攻击技术的发展，面向集成电路敏感信息的获取方法日渐增多，严重威胁着集成电路安全。物理攻击方式中，以FIB攻击和微探针攻击最为有效。针对FIB和微探针攻击的主流抗攻击手段是采用顶层金属防护层作为攻击感知结构。顶层金属防护层使用一层金属走线，形成复杂的网络结构，遮蔽金属层下方的加密模块、存储器模块等关键组件。攻击者若想实施攻击，必须对顶层金属进行修改。金属布线屏蔽层的走线发生变化，金属等效电阻就会发生改变。因此，通过检测顶层金属屏蔽层电阻值，即可判别是否受到攻击。
由于顶层金属等效电阻的工艺参数的差异和工作温度的不稳定，对于高精度的传感系统，普通的电阻电压转换电路不能满足其要求。因此，减少工艺偏差和温度偏差的影响成为提升传感系统精度的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路，消除工艺偏差和温度偏差对于电路的影响。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路，其特征在于：由三个运算放大器A1、A2、A3、电流传输器CCII-、参考电阻RREF和顶层金属等效电阻RTOP构成；所述运算放大器A1的同向输入端接参考电压VREF1，运算放大器A1反向输入端与其自身的输出端相连，参考电阻RREF接在运算放大器A1的输出端与电流传输器CCII-的X端之间，电流传输器CCII-的Y端接参考电压VREF2，电流传输器CCII-的Z端与运算放大器A3的同向输入端相连，运算放大器A3的反向输入端与其自身的输出端相连，并接VTOP作为输出电压；在电流传输器CCII-的Z端和运算放大器A2的反向输入端之间接入顶层金属等效电阻RTOP，运算放大器A2的反向输入端与其自身的输出端相连，同相输入端接参考电压VREF2。
优选地，所述参考电阻RREF与顶层金属等效电阻RTOP为同一材质。
优选地，输出电压VTOP是等效金属RTOP的转换电压。
本发明的有益效果是:本发明提出的改进型电阻电压转换装置，结构简单，原理简明，便于集成，与标准CMOS工艺完全兼容，巧妙引入参考电阻，消除了工艺偏差和工作温度对电阻式传感器等集成电路的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路，由三个运算放大器A1、A2、A3、电流传输器CCII-、参考电阻RREF和顶层金属等效电阻RTOP构成；所述参考电阻RREF与顶层金属等效电阻RTOP为同一材质。
所述运算放大器A1的同向输入端接参考电压VREF1，运算放大器A1反向输入端与其自身的输出端相连，参考电阻RREF接在运算放大器A1的输出端与电流传输器CCII-的X端之间，电流传输器CCII-的Y端接参考电压VREF2，电流传输器CCII-的Z端与运算放大器A3的同向输入端相连，运算放大器A3的反向输入端与其自身的输出端相连，并接VTOP作为输出电压；在电流传输器CCII-的Z端和运算放大器A2的反向输入端之间接入顶层金属等效电阻RTOP，运算放大器A2的反向输入端与其自身的输出端相连，同相输入端接参考电压VREF2。VTOP是等效金属RTOP的转换电压。
改进型电阻-电压转换电路基于第二代电流传输器CCII-实现。在CCII-中，X和Y是输入端，Z是输出端。CCII-的输入输出特性可以用以下矩阵方程表示：
Figure BDA0002079796920000021
即IY＝0,VX＝VY,IZ＝-IX
VREF1、VREF2为两个基准电压，由带隙基准源提供。运算放大器A1如图1接成单位增益负反馈形式(输出端与反向输入端相连)，RREF用于驱动参考电阻，接在A1的输出端与CCII-X之间。CCII-Y端接参考电压VREF2，根据运算放大器的虚短路现象，运放的同向和反向输入端拥有相同的电位，故X端电位被钳制为VREF2，因此，流过参考电阻RREF上的电流为
Figure BDA0002079796920000031
因此Z端口的电流值为
Figure BDA0002079796920000032
方向为流出Z端口。
根据运算放大器的虚短现象，电流IZ全部流经待测电阻RTOP。运算放大器A2也接成单位增益负馈形式(输出端与反向输入端相连)，故RTOP下端的电位被钳位为VREF2。因此,Z端口的电位为：
Figure BDA0002079796920000033
运算放大器A2也接成单位增益负反馈形式(输出端与反向输入端相连)，故输出电压值为：
Figure BDA0002079796920000034
首先解释改进电路能消除工作温度的偏差影响：
当寄生电阻值会随着工作温度变化而变化，故考虑温度时，式5将改为：
Figure BDA0002079796920000035
其中，RTOP(tnom)为RTOP电阻在标称温度tnom下的电阻值，RREF(tnom)为电阻RREF在标称温度tnom下的电阻值，TC1为屏蔽层金属寄生电阻的一阶温度系数,T为实际温度值。因此，通过参考电阻RREF的引入，利用参考电阻RREF和顶层金属等效电阻RTOP的比例关系，消除了温度对于测量精度的影响。
然后解释改进电路能消除工艺偏差的影响：
屏蔽层金属寄生电阻与方块电阻、屏蔽层线长和线宽的参数相关，故式6可以写为:
Figure BDA0002079796920000041
其中，R□(tnom)为顶层金属走线在标称温度下的方块电阻值，LTOP和LREF分别是待测区域屏蔽层走线长度和参考区域屏蔽层走线长度，W是屏蔽层走线宽度。由于工艺偏差主要影响的参数为R□(tnom)，而该参数通过电阻比消除，故工艺偏差不会对检测结果产生影响。使用者在设计完成时，就可以通过走线长度比，获得较为准确的转换电压值。

Claims (3)

1.一种具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路，其特征在于：由三个运算放大器
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、电流传输器CCII-、参考电阻/>
Figure 469174DEST_PATH_IMAGE002
和顶层金属等效电阻/>
Figure DEST_PATH_IMAGE003
构成；所述运算放大器/>
Figure 321067DEST_PATH_IMAGE004
的同向输入端接参考电压/>
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，运算放大器/>
Figure 694280DEST_PATH_IMAGE006
反向输入端与其自身的输出端相连，参考电阻/>
Figure 634030DEST_PATH_IMAGE002
接在运算放大器/>
Figure DEST_PATH_IMAGE007
的输出端与电流传输器CCII-的X端之间，电流传输器CCII-的Y端接参考电压/>
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，电流传输器CCII-的Z端与运算放大器/>
Figure DEST_PATH_IMAGE011
的同向输入端相连，运算放大器/>
Figure 845741DEST_PATH_IMAGE012
的反向输入端与其自身的输出端相连，并接/>
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作为输出电压；在电流传输器CCII-的Z端和运算放大器/>
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的反向输入端之间接入顶层金属等效电阻/>
Figure 322520DEST_PATH_IMAGE017
，运算放大器/>
Figure 413098DEST_PATH_IMAGE019
的反向输入端与其自身的输出端相连，同向输入端接参考电压/>
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
2.根据权利要求1所述的具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路，其特征在于：所述参考电阻
Figure DEST_PATH_IMAGE022
与顶层金属等效电阻/>
Figure 564200DEST_PATH_IMAGE017
为同一材质。
3.根据权利要求2所述的具有工艺偏差补偿和温度偏差补偿的电阻-电压转换电路，其特征在于：输出电压
Figure DEST_PATH_IMAGE023
是顶层金属等效电阻/>
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的转换电压。/>
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