CN115544592A - 一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置及方法，本发明通过外壳体和内壳体组成保护壳，将目标储存芯片密封在空腔里，通过栓‑母式引脚将保护壳固定在电路板上，且连接点隐藏在装置下方不可见，通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、调理电路和微处理器实时采集不同数据，从而控制告警装置进行告警；本发明通过多个传感器对工况进行采集能够快速监测到工况所出问题，全方位的保护芯片的安全，可靠性更高，拆解隐藏性更好。

Description

一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置及方法

技术领域

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置及方法。

背景技术

在信息技术发展的时代，信息安全是一个值得被重视的问题。尤其是在某些特定的情况下，诸如银行安保系统芯片、民航客机核心元件、国家重大研发资料存储芯片、户外巡逻机器人主控芯片等方面，信息的泄露会造成极大的损失。因此，亟需对核心芯片的异常状态检测及其防拆保护装置的研究。

对特定电子设备的保护，通常采用保护壳、隔离装置等对其进行封闭式保护，尽可能地增大保护装置的保护性能。若未按照预定的方式对装置进行正确拆除，就会启动相应的保护装置，从而达到对核心芯片保护的目的。现有的保护装置多采用螺丝螺母、卡扣、焊接等方式进行固定，且固定点裸漏在外，不利于保护装置的安全运行；同时对于外界暴力拆除或使用高频电磁工具进行干扰性拆除等异常手段没有足够的防护能力。广东天波信息技术股份有限公司在2022年公布了一种防拆卸装置、方法及电子设备(申请公布号：CN114113699A)，该装置使用屏蔽罩对目标进行防护，但仅考虑了屏蔽罩的拆除检测，并未考虑装置的温湿度、压力、频率等工作环境受外界影响后的可靠性问题。泰鑫高科(北京)技术有限公司曾在2020年公布了一种存储芯片防拆自毁密封体安全防护系统及其工作方法(申请公布号：CN111400781A)，其考虑了破拆对装置防护性能的影响，但未考虑高频电磁干扰的影响，且其安装采用的是裸漏的螺栓结构，不利于装置的安全运行；该装置的防拆不具有逻辑顺序和时间间隔功能，保护装置的可靠性不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置及方法，在特殊环境下反应速度快、装置体积小、便于安装、防拆范围广。

为了达到上述目的，一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，包括外壳体和内壳体，外壳体和内壳体组成保护壳，保护壳的底部具有用于密封目标存储芯片的空腔，内壳体上设置有温度传感器、湿度传感器、压力传感器和微处理器，外壳体的四个角上均设置有栓-母式引脚，所有栓-母式引脚均连接调理电路，调理电路和温度传感器、湿度传感器、压力传感器均连接微处理器，微处理器连接告警装置。

栓-母式引脚包括第一栓钉，第一栓钉的两端分别设置有第一母钉和第二母钉，第一栓钉垂直设置有第二栓钉，第一栓钉和第二栓钉为导体，第一母钉与外壳体接触的部位覆盖有绝缘材料，第二母钉与外壳体通过一个接触点连通构成回路。

调理电路包括双掷开关，双掷开关的两端连接两个电位点，两个电位点分别通过电阻分压，双掷开关的电压控制端连接栓-母式引脚，双掷开关的两个输出分别连接对应三极管的基极，两个三极管集电极和发射极串联并连接电压输出端，两个电位点设置在对应栓-母式引脚。

外壳体上设置有电源模块，电源模块连接温度传感器、湿度传感器、压力传感器、微处理器、调理电路和告警装置。

空腔的顶部设置有保护触发装置，保护触发装置连接自毁装置，自毁装置设置在空腔内，保护触发装置连接微处理器。

一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，包括以下步骤：

将目标存储芯片置于外壳体和内壳体组成的空腔内，通过栓-母式引脚将外壳体固定在电路板上，并使外壳体和内壳体保持密封；

当温度传感器、湿度传感器和压力传感器中任意一个或多个监测到的数据超过预设阈值时，微处理器控制告警装置进行告警；

当微处理器的时钟频率超过预设阈值时，微处理器控制告警装置进行告警；

当栓-母式引脚的回路触发，调理电路输出高电平，微处理器将检测到的高电平顺序与预设逻辑顺序进行比较，若正确，则启动时钟锁，否则控制告警装置进行告警；

在启动时钟锁的时间间隔内无动作，则时钟锁计时结束后关闭，微处理器继续检测调理电路的输出变化。

当温度传感器、湿度传感器、压力传感器和微处理器中的至少一项数据超过第一预设阈值时，微处理器控制告警装置进行告警，若所有数据低于第一预设阈值时，则告警结束；

当温度传感器、湿度传感器、压力传感器和微处理器中的至少一项数据超过第二预设阈值时，微处理器控制启动保护触发装置，保护触发装置触发自毁装置。

对栓-母式引脚旋转时，当第二母钉旋转到特定角度时，第二母钉的触点与外壳体接触后构成回路，触发调理电路形成高电平。

当电源模块的电流低于第一电量阈值时，发出间断性蜂鸣报警；当电源模块的电流低于第二电量阈值时，微处理器控制启动保护触发装置，保护触发装置触发自毁装置。

告警形式为蜂鸣和指示灯闪烁。

与现有技术相比，本发明通过外壳体和内壳体组成保护壳，将目标储存芯片密封在空腔里，通过栓-母式引脚将保护壳固定在电路板上，且连接点隐藏在装置下方不可见，通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、调理电路和微处理器实时采集不同数据，从而控制告警装置进行告警；本发明通过多个传感器对工况进行采集能够快速监测到工况所出问题，全方位的保护芯片的安全，可靠性更高，拆解隐藏性更好。

进一步的，本发明设置有自毁装置，自毁装置通过保护触发装置进行激活，通过设置自毁装置能够在极端情况下尽可能完全地损坏存储芯片，防止信息的泄露。

本发明的方法不仅能够通过传感器判断环境是否对芯片产生威胁，还能够通过栓-母式引脚拆解顺序和节奏判断是否有人对本装置进行拆解，本方法通过多环节的判断，能够可靠的保证芯片安全，放置他人对非法得到所要保护的芯片。

附图说明

图1为正常拆解动作的电平逻辑顺序图；

图2为三极管组合形成的图腾式调理电路原理图；

图3为本发明的底部投影图；

图4为本发明的保护壳内传感器、微处理器、保护触发装置安装示意图；

图5为本本发明中栓-母式引脚结构示意图；

图6为本发明封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置侧视图；

其中，1、外壳体；2、内壳体；3、电源模块；4、微处理器；5、温度传感器；6、湿度传感器；7、压力传感器；8、保护触发装置；9、空腔；10、栓-母式引脚；11、第一母钉；12、第二母钉；13、第一栓钉；14、第二栓钉；15、外部显示模块；16、调理电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图3、图4、图和图6，一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，包括外壳体1和内壳体2，外壳体1和内壳体2组成保护壳，保护壳的底部具有用于密封目标存储芯片的空腔9，外壳体1和内壳体2件具有间隙，间隙中设置有温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7和微处理器4，外壳体1的四个角上均设置有栓-母式引脚10，所有栓-母式引脚10均连接调理电路16，调理电路16和温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7均连接微处理器4，微处理器4连接告警装置。外壳体1上设置有电源模块3，电源模块3连接温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7、微处理器4、调理电路16和告警装置。空腔9的顶部设置有保护触发装置8，保护触发装置8连接自毁装置，自毁装置设置在空腔9内，保护触发装置8连接微处理器4。内壳体2顶部覆盖绝缘层，在各个控制单元和壳体之间形成电气绝缘，装有各传感器、微处理器4和电源模块3，微处理器是装置的核心部件，因此放置在中心位置，各传感器与电源模块呈环形排布在微处理器的周围，最大限度的扩大传感器检测范围，提高灵敏度；

栓-母式引脚10包括第一栓钉13，第一栓钉13的两端分别设置有第一母钉11和第二母钉12，第一栓钉13垂直设置有第二栓钉14，第一栓钉13和第二栓钉14为导体，第一母钉11与外壳体1接触的部位覆盖有绝缘材料，第二母钉12与外壳体1通过一个接触点连通构成回路。工作时，双层壳体扣合在核心芯片所处的电路板上，整个壳体将核心芯片保护在空腔(9)内，且边缘无缝隙，保护装置的拆除仅可通过壳体上露出的四个第一母钉11进行。

参见图2，调理电路16包括双掷开关，双掷开关的两端连接两个电位点，两个电位点分别通过电阻分压，双掷开关的电压控制端连接栓-母式引脚10，双掷开关的两个输出分别连接对应三极管的基极，两个三极管集电极和发射极串联并连接电压输出端，两个电位点设置在对应栓-母式引脚10。

用双层封装壳将微处理器4、调理电路16、各传感器与核心芯片进行电气隔离，所有装置均由内壳体2顶部的电源模块3供电，且电源电压不大于5V。

温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7分别用于监测封闭式装置内部温度、湿度和压力的变化，考虑到装置特殊的应用场合，设置温度正常范围20～85℃，相对湿度正常范围25％～95％，压力正常范围700～1100hPa；当环境温度高于上限或低于下限10℃判定为轻扰动，超过正常温度范围20℃判定为大扰动；环境湿度高于上限或低于下限将直接判定为大扰动；压力变化超过±50hPa判定为轻扰动，超过±200hPa则为大扰动；轻扰动时触发外部显示模块15的报警，大扰动时判定为异常拆解并由保护装置8发出信号。

当栓-母式引脚有拆解动作时，对应的双掷开关换向导通，切换三极管的工作状态，开关漏电流小于1微安，响应时间小于0.1毫秒，开关耐受电压在12V以上。

调理电路16中所使用的三极管，功率不超过1.5W，工作温度介于-55℃～+150℃，集电极与射极之间的击穿电压不小于40V，集电极电流不超过1A，特征频率至少200MHz，开关时延小于1ms。

用于检测拆解动作的栓-母式引脚结构，栓钉为良导体，其头部为凸起式用于第二母钉12的铆合连接；尾部与地相连，在内壳体2与外壳体1的间隙处通过焊盘与地线相连，焊盘处于保护装置之下不外露，与另一侧构成控制端的回路；母钉为半绝缘式，第一母钉11与外壳接触部分为绝缘材料，第二母钉12与第一栓钉13和第二栓钉14为半连接式，仅当旋转到特定位置时才可构成回路，否则为断开状态；考虑磨损，接触点可用次数不小于1000次。

在微处理器4中对32kHz的时钟信号进行监测，一旦检测到时钟信号的频率超出正常范围的±2kHz，即判定为外界电磁异常，触发保护装置8发出自毁信号。

微处理器4所在的主控板尺寸不大于30mm*30mm(长*宽)；所用温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7各个尺寸均不大于15mm*15mm(长*宽)；整个装置尺寸不大于70mm*70mm*20mm(长*宽*高)。

一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，包括以下步骤：

将目标存储芯片置于外壳体1和内壳体2组成的空腔9内，通过栓-母式引脚10将外壳体1固定在电路板上，并使外壳体1和内壳体2保持密封；

当无异常拆解动作时，装置处于正常带电工作状态，温度传感器、湿度传感器、压力传感器、时钟频率均处于正常范围内，调理电路16无输出，告警模块不报警；

当温度传感器5、湿度传感器6和压力传感器7中任意一个或多个监测到的数据超过预设阈值时，微处理器4控制告警装置进行告警；告警形式为蜂鸣和指示灯闪烁。

当微处理器4的时钟频率超过预设阈值时，微处理器4控制告警装置进行告警；

当栓-母式引脚10的回路触发，调理电路16输出高电平，微处理器4将检测到的高电平顺序与预设逻辑顺序进行比较，若正确，则启动时钟锁，否则控制告警装置进行告警；

在启动时钟锁的时间间隔内无动作，则时钟锁计时结束后关闭，微处理器4继续检测调理电路16的输出变化。微处理器4检测电平变化响应时间小于1ms，整个装置的响应动作时间最长不超过49ms。

当四个引脚的母钉均按照正确的逻辑顺序被旋开，且过程中各个传感器的输出值处于正常范围内，则判定为正常拆除；保护装置系统掉电，整个装置将可以垂直向上抬起，与保护装置分离，栓-母式引脚的第一栓钉13和第二栓钉14将留在电路板上。

当温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7和微处理器4中的至少一项数据超过第一预设阈值时，微处理器4控制告警装置进行告警，若所有数据低于第一预设阈值时，则告警结束；

当温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7和微处理器4中的至少一项数据超过第二预设阈值时，告警装置发出报警，蜂鸣器长鸣，指示灯频闪速度加快，此时系统判定为外界人为暴力损坏装置，如利用高温枪、角磨机切割、水切割、化学腐蚀、高频电磁干扰拆除装置，引起了内部温度、湿度、压力、频率、电量的剧变，微处理器4控制启动保护触发装置8，保护触发装置8触发自毁装置。这种情况下无需检测调理电路输出情况即可判定为异常拆解。

对栓-母式引脚10旋转时，当第二母钉12旋转到特定角度时，第二母钉12的触点与外壳体1接触后构成回路，触发调理电路16形成高电平。

温度传感器5响应时间不超过7ms，湿度传感器6响应时间不超过17ms，压力传感器7响应时间不超过30ms，电源模块3检测时间不超过48ms。

当电源模块的电流低于第一电量阈值时，发出间断性蜂鸣报警；当电源模块的电流低于第二电量阈值时，微处理器4控制启动保护触发装置8，保护触发装置8触发自毁装置。

实施例：

本发明一种封闭式芯片异常状态检测和防拆保护装置，包括外壳体1和内壳体2合成的保护壳、电源模块3、微处理器4、温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7、保护触发装置8、栓-母式结构引脚10、外部显示模块15以及调理电路16；

告警装置具有报警和充电的功能，其放置在外壳体1顶部中心位置，设置有蜂鸣器、指示灯；整个装置由栓-母式结构的引脚接点10固定在存储芯片所在的电路板上，且连接点不可见；

保护触发装置8安装在如图3所示的空腔顶部，保护触发装置需要接收微处理器4发送的指令方可发出自毁信号；微处理器的I/O口通过内壳体顶部小孔连接保护触发装置的控制端，二者可靠电气连接；

参见图4，内壳体2顶部中心为微处理器单元4，其周围分别是温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7以及电源模块3，各传感器呈环形排布在微处理单元的周围，其中电源模块(3)采用的是3.3V小体积的充电纽扣电池，电量低时可通过外部显示模块的充电口进行充电；

如图2所示，调理电路16双掷开关的输入分别是电阻分压后的两个电位点交错连接，输出接两只三极管的基极，双掷开关的电压控制端由栓-母式结构和电源3控制，当电压控制端的电压处于低电位时，三极管工作状态为上管导通，下管截止，输出高电平；

如图1所示，当某一级调理电路输出为高电平时，由微处理器4的I/O口检测其逻辑顺序是否正确，若正确，则启动时钟锁开始计时，当达到锁定区时，不可动作，若在此区域内检测到有拆解动作(即有高电平输出)，则判定为异常拆解，由保护触发装置8发出信号；时钟锁计时结束后，即可进行下一引脚的拆解，按照图1所设定的逻辑顺序，假设引脚B拆除时，由微处理器4检测引脚A必须为高电平，否则判定拆解顺序错误，由保护触发装置8发出信号；所有引脚全部正确拆除，即A、B、C、D引脚输出均为高电平，且各传感器输出值处于正常范围内，则拆解成功，装置掉电；

栓-母式引脚10具有分合和连接两种状态，如图4所示为分合状态，二者无电气连接，即双掷开关的电压控制端为低电位；如图5所示为连接状态，电压控制端通过栓-母式结构导通，双掷开关控制端为高电平，此时为正常运行情况，即引脚锁定状态；

本发明的使用步骤如下：

步骤一，将本发明盖在存储芯片的正上方，并利用四个栓-母式引脚10将本装置固定在电路板对应的位置上，保证本装置不松动，不漏孔；

步骤二，将栓-母式引脚10的第一母钉旋11转到锁定的位置，从外部显示模块15向电源充电，即上电启动，保护装置开始工作；

步骤三，按照设定的逻辑拆解顺序进行操作，检查顺序检测是否正常；

步骤四，当电源电量不足30％时，微处理器4控制告警装置进行报警，蜂鸣器响动，指示灯闪烁；当电量低于20％时，将会由保护触发装置8发出信号，激活自毁装置；

步骤五，实时采集温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器7的工作是否超出设定的范围，若超过范围将会激活告警装置或保护触发装置8。

Claims (10)

1.一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，其特征在于，包括外壳体(1)和内壳体(2)，外壳体(1)和内壳体(2)组成保护壳，保护壳的底部具有用于密封目标存储芯片的空腔(9)，内壳体(2)上设置有温度传感器(5)、湿度传感器(6)、压力传感器(7)和微处理器(4)，外壳体(1)的四个角上均设置有栓-母式引脚(10)，所有栓-母式引脚(10)均连接调理电路(16)，调理电路(16)和温度传感器(5)、湿度传感器(6)、压力传感器(7)均连接微处理器(4)，微处理器(4)连接告警装置。

2.根据权利要求1所述一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，其特征在于，栓-母式引脚(10)包括第一栓钉(13)，第一栓钉(13)的两端分别设置有第一母钉(11)和第二母钉(12)，第一栓钉(13)垂直设置有第二栓钉(14)，第一栓钉(13)和第二栓钉(14)为导体，第一母钉(11)与外壳体(1)接触的部位覆盖有绝缘材料，第二母钉(12)与外壳体(1)通过一个接触点连通构成回路。

3.根据权利要求1所述一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，其特征在于，调理电路(16)包括双掷开关，双掷开关的两端连接两个电位点，两个电位点分别通过电阻分压，双掷开关的电压控制端连接栓-母式引脚(10)，双掷开关的两个输出分别连接对应三极管的基极，两个三极管集电极和发射极串联并连接电压输出端，两个电位点设置在对应栓-母式引脚(10)。

4.根据权利要求1所述一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，其特征在于，外壳体(1)上设置有电源模块(3)，电源模块(3)连接温度传感器(5)、湿度传感器(6)、压力传感器(7)、微处理器(4)、调理电路(16)和告警装置。

5.根据权利要求1所述一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护装置，其特征在于，空腔(9)的顶部设置有保护触发装置(8)，保护触发装置(8)连接自毁装置，自毁装置设置在空腔(9)内，保护触发装置(8)连接微处理器(4)。

6.一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

将目标存储芯片置于外壳体(1)和内壳体(2)组成的空腔(9)内，通过栓-母式引脚(10)将外壳体(1)固定在电路板上，并使外壳体(1)和内壳体(2)保持密封；

当温度传感器(5)、湿度传感器(6)和压力传感器(7)中任意一个或多个监测到的数据超过预设阈值时，微处理器(4)控制告警装置进行告警；

当微处理器(4)的时钟频率超过预设阈值时，微处理器(4)控制告警装置进行告警；

当栓-母式引脚(10)的回路触发，调理电路(16)输出高电平，微处理器(4)将检测到的高电平顺序与预设逻辑顺序进行比较，若正确，则启动时钟锁，否则控制告警装置进行告警；

在启动时钟锁的时间间隔内无动作，则时钟锁计时结束后关闭，微处理器(4)继续检测调理电路(16)的输出变化。

7.根据权利要求6所述的一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，其特征在于，当温度传感器(5)、湿度传感器(6)、压力传感器(7)和微处理器(4)中的至少一项数据超过第一预设阈值时，微处理器(4)控制告警装置进行告警，若所有数据低于第一预设阈值时，则告警结束；

当温度传感器(5)、湿度传感器(6)、压力传感器(7)和微处理器(4)中的至少一项数据超过第二预设阈值时，微处理器(4)控制启动保护触发装置(8)，保护触发装置(8)触发自毁装置。

8.根据权利要求6所述的一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，其特征在于，对栓-母式引脚(10)旋转时，当第二母钉(12)旋转到特定角度时，第二母钉(12)的触点与外壳体(1)接触后构成回路，触发调理电路(16)形成高电平。

9.根据权利要求6所述的一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，其特征在于，当电源模块的电流低于第一电量阈值时，发出间断性蜂鸣报警；当电源模块的电流低于第二电量阈值时，微处理器(4)控制启动保护触发装置(8)，保护触发装置(8)触发自毁装置。

10.根据权利要求6所述的一种封闭式芯片异常状态检测与防拆保护方法，其特征在于，告警形式为蜂鸣和指示灯闪烁。

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