KR20160027773A - 모놀리틱 집적 회로 디바이스에서 공급 전압 글리치를 검출하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

모놀리틱 집적 회로 디바이스는 부적절한 공급 전압 조건을 검출하는 공급 전압 글리치 검출기를 포함할 수 있다. 유리하게는, 상기 공급 전압 글리치 검출기의 검출 임계값은 커맨드, 인터럽트, 제어 신호 등과 같은 디바이스에 의해 수신된 특정 입력에 기초하여 디바이스에 내부적으로 알려져 있는 디바이스 또는 디바이스의 특정 부분의 동작 모드에 기초하여 적응적으로 설정된다.

Description

모놀리틱 집적 회로 디바이스에서 공급 전압 글리치를 검출하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUPPLY VOLTAGE GLITCH DETECTION IN A MONOLITHIC INTEGRATED CIRCUIT DEVICE}

본 발명은 모놀리틱 집적 회로 디바이스의 사양 밖 동작(out-of-spec operation)을 검출하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모놀리틱 집적 회로 디바이스에서 공급 전압 글리치(glitch)를 검출하는 것에 관한 것이다.

일부 유형의 모놀리틱 집적 회로 디바이스는, 예를 들어, 공급 또는 내부 전압, 온도 및 클록 속도와 같은 디바이스의 동작 조건을 모니터링하여, 디바이스가 특정 마진(margin) 밖에서 동작할 때를 검출하는 하나 이상의 아날로그 검출 회로를 포함한다. 이러한 사양 밖 조건이 검출되면, 아날로그 검출 회로에 의해 모놀리틱 실리콘 디바이스는 파워 오프(power off) 또는 리셋과 같은 상태에 놓여 디바이스의 부정확한 동작이나 또는 디바이스 또는 디바이스를 사용하는 시스템에의 손상을 방지한다.

동작 조건의 마진을 수립하는 것은 마진이 너무 좁은 경우 검출 회로가 잘못 트리거될 수 있고, 마진이 너무 넓은 경우 과도하게 응답하지 않아서 문제시된다.

디바이스 검출 회로의 동작 조건의 모니터링을 개선하는 것이 한편으로는 잘못 트리거될 위험과, 다른 한편으로는 응답하지 않는 위험을 감소시키는데 요구된다.

본 발명의 일 실시형태는 다수의 동작 모드를 구비하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스에 제공되는 공급 전압에서 글리치를 검출하는 방법으로서, 디바이스를 동작 모드들 중에서 선택된 제1 동작 모드에서 동작시키는 단계; 상기 제1 동작 모드에서 동작시키는 단계에 응답하여, 구성가능한 검출 임계값을, 상기 제1 동작 모드에 따라, 상기 동작 모드 중 하나 이상과 각각 연관된 복수의 검출 임계값 중 하나로서 구성하는 단계; 및 상기 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 검출 임계값을 위반하는 글리치에 대해 상기 공급 전압을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법에 있다.

본 발명의 다른 실시형태는 다수의 동작 모드를 구비하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스에 제공되는 공급 전압에서 글리치를 검출하는 방법으로서, 디바이스를 판독, 소거 또는 프로그램 동작 모드 중 하나의 동작 모드에서 동작시키는 단계; 상기 동작시키는 단계에 응답하여, 구성가능한 로우 검출 임계값(low detection threshold)을 상기 판독 동작 모드와 연관된 제1 로우 검출 임계값으로서 또는 상기 소거 및 프로그램 동작 모드와 연관된 제2 로우 검출 임계값으로서 구성하는 단계; 상기 동작시키는 단계에 더 응답하여, 구성가능한 하이 검출 임계값(high detection threshold)을 상기 판독 동작 모드와 연관된 제1 하이 검출 임계값으로서 또는 상기 소거 및 프로그램 동작 모드와 연관된 제2 하이 검출 임계값으로서 구성하는 단계; 및 상기 구성가능한 로우 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 로우 검출 임계값 또는 상기 구성가능한 하이 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 하이 검출 임계값을 위반하는 글리치에 대해 공급 전압을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법에 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 다수의 동작 모드를 구비하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스로서, 다수의 동작 모드에서 각각 동작하도록 구성된 복수의 기능 회로; 상기 다수의 동작 모드 중 현재 활성(active) 모드를 나타내는 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어 로직; 및 상기 동작 모드들 중 하나 이상과 각각 연관된 복수의 검출 임계값 중 하나 이상에서 구성가능한 공급 전압 임계값 검출 회로를 포함하되, 상기 공급 전압 모니터링 회로는 상기 제어 로직에 연결되고, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 공급 전압이 상기 현재 활성 모드에 따라 상기 검출 임계값들 중 하나를 위반할 때 그 출력에 알람을 제공하도록 구성가능한 것인, 디바이스에 있다.

도 1은 예시적인 적응적 공급 전압 글리치 검출기와 연관된 다수의 신호의 개략 블록도;
도 2는 도 1의 글리치 검출기에 대한 예시적인 임계값 전압 레벨 및 펄스 폭 설정을 표시하는 테이블을 도시한 도면;
도 3은 도 1의 글리치 검출기의 다수의 동작을 도시하는 파형 세트를 도시한 도면;
도 4는 적응적 공급 전압 글리치 검출을 사용하여 도 1의 적응적 글리치 검출기의 로우 및 하이 공급 전압 알람의 설정 및 리셋을 위한 이상적인 타이밍 파형 세트를 도시한 도면;
도 5는 도 1의 적응적 글리치 검출기(10)의 예시적인 구현예의 개략 회로도;
도 6은 도 1의 적응적 글리치 검출기의 예시적인 동작 시퀀스를 표시한 흐름도;
도 7은 예시적인 보안 모놀리틱 집적 회로 디바이스의 개략 블록도;
도 8은 예시적인 비-보안 모놀리틱 집적 회로 디바이스의 개략 블록도.

모놀리틱 집적 회로 디바이스는 EEPROM, 플래시 및 SRAM과 같은 다수의 유형의 하나 이상의 비휘발성 디지털 메모리 어레이, 및 버퍼, 레지스터, 제어 로직, 어드레싱 회로, 및 전압 펌프와 같은 관련된 회로를 포함할 수 있다. 기능 요구조건에 따라, 디바이스는 프로세서, 입력/출력 제어기, 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 컨버터, 리셋 및 인터럽트 회로, 전계-프로그래밍가능한 게이트 어레이("FPGA") 및/또는 다른 회로와 같은 다른 회로를 더 포함할 수 있다. 집적 회로 디바이스는 부적절한 과도(transient) 공급 전압 조건을 검출하는 공급 전압 글리치 검출기를 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 공급 전압 글리치 검출기의 검출 임계값은 커맨드, 인터럽트, 제어 신호 등과 같은 디바이스에 의해 수신된 특정 입력에 기초하여 디바이스에 내부적으로 알려진 디바이스 또는 디바이스의 특정 부분의 동작 모드에 기초하여 적응적으로 구성된다. 예를 들어, 집적 회로 디바이스에서 플래시 메모리 어레이의 동작 모드의 기능으로 변하는 적응적 로우 전압 임계값을 구비하는 공급 전압 글리치 검출기를 고려해 보자. 이러한 디바이스의 최소 공급 전압은 1.62 볼트로 지정될 수 있고, 공급 전압 모니터링은 메모리 판독 동작을 포함하는 많은 공통 동작에 적절한 1.4 볼트(0.22 볼트 마진)의 디폴트 로우 전압 임계값을 구비할 수 있다. 그러나, 로우 전압 임계값은 로우 임계값이 적응적으로 변경되지 않는 경우 보호 상태를 잘못 트리거할 수 있는 1.4 볼트 미만의 전압 글리치를 야기할 수 있는 메모리 프로그램 및 소거 동작과 같은 동작에 대해 1.3 볼트(0.32 볼트 마진)로 순간적으로 감소될 수 있다. 1.3 볼트 및 1.4 볼트 임계값 레벨은 예시적인 것이나, 실제 다수의 임계값이 공정, 전압 및 온도(process, voltage and temperature: "PVT") 변동 효과 및 내부 전류 소비 효과와 같은 다수의 팩터에 기초하여 설정될 수 있다.

도 1은 예시적인 적응적 공급 전압 글리치 검출기(10)와 연관된 다수의 신호의 개략 블록도이다. 예시적으로, 글리치 검출기(10)는 로우 전압 및 하이 전압 글리치를 모니터링하며, 로우 임계값 알람 조건 및 하이 임계값 알람 조건을 각각 나타내는 출력 신호(LVcc_알람 및 HVcc_알람)을 제공한다. 예시적으로, LVcc_알람 및 HVcc_알람은 각 임계값이 위반될 때; 구체적으로 공급 전압이 각각 로우 임계값 미만으로 하강하거나 또는 하이 임계값을 초과할 때 래치 알람 상태로 설정된 래치 신호이다. 신호(LVcc_임계값 및 HVcc_임계값)는 디바이스 또는 디바이스의 특정 부분의 동작 모드에 기초하여 공급 전압 글리치 검출기의 검출 임계값을 적응적으로 설정하는데 사용될 수 있다. 추가적인 입력 신호는 레퍼런스 전압(CMOS REF 또는 V_REF(BGR)), 리셋 신호(GD_리셋), 글리치 검출기 인에이블 신호(GD_EN) 및 전력-온-리셋 신호(power-on-reset: POR)를 포함할 수 있다. 인에이블 신호(GD_EN) 및 전력-온-리셋 신호(POR)는 OR 게이트(12) 또는 균등물(equivalent)을 통해 인에이블 입력(EN)에 인가될 수 있다. 추가적으로, 검출기-준비(ready) 출력 신호(DET_준비)가 제공될 수 있다. 로우 임계값 레벨 및 펄스 폭 및 하이 임계값 레벨 및 펄스 폭과 같은 특정 디폴트 동작 조건이 제조 동안 수립될 수 있다.

도 2는 도 1의 글리치 검출기(10)에서 다수의 예시적인 로우 임계값 및 하이 임계값 파라미터에 대한 예시적인 디폴트 및 적응적 값을 표시하는 테이블이다. 예시적으로, 로우 임계값 전압 레벨은 디폴트로 1.4 볼트로 설정되고 적응적으로 1.3 볼트로 설정될 수 있고, 하이 임계값 전압 레벨은 디폴트로 2.05 볼트로 설정되고, 적응적으로 2.15 볼트로 설정될 수 있다. 예시적으로, 로우 임계값 최소 글리치 지속시간은 디폴트로 10 나노초로 설정되고 적응적으로 20 나노초로 설정될 수 있고, 하이 임계값 최소 글리치 지속시간은 디폴트로 10 나노초로 설정되고 적응적으로 20 나노초로 설정될 수 있다.

다수의 동작 모드에서 로우 및 하이 임계값 전압 및 펄스 폭 설정은 예를 들어, 최악의 경우의 공정, 전압 및 온도("PVT") 변동 효과 및 내부 전류 소비 효과를 포함하는 동작들에 대해 적절한 최악의 경우를 고려하여 수립될 수 있다. 디바이스의 특정 동작 모드에서 동작 윈도우의 로우 임계값 측은, 예를 들어, 다음 기준: 전력-온-리셋("POR") 레벨을 막 초과하는 것, 및 로직이 적절히 기능하는 공급 전압 레벨을 막 초과하는 것을 충족할 수 있다. 공급 전압이 이 레벨 미만일 때, 디바이스의 정상적인 거동은 손상될 수 있고 디바이스는 랜덤하게 거동할 수 있다. 글리치 검출을 위한 공급 전압의 미리 결정된 동작 윈도우는 사양에 있는 공급 전압 범위보다 더 넓을 수 있는데; 예를 들어, 사양에 있는 V_CC는 1.62V 내지 1.98V(1.8v +/- 10%)로 리스트될 수 있는 반면, 특정 세트의 디바이스 동작 모드에 대응하는 글리치 검출을 위한 동작 윈도우는 1.4 볼트 내지 2.05 볼트인 것으로 결정될 수 있고, 다른 특정 세트의 디바이스 동작 모드에 대응하는 글리치 검출을 위한 동작 윈도우는 1.3 볼트 내지 2.15 볼트인 것으로 결정되어, 임피던스 효과로 인한 전압 변동 및 디바이스 활동(activity)으로 인한 전류 강하 및 서지(surge)를 포함하는 PVT 변동 효과 및 내부 전류 소비 효과를 고려하면서도 디바이스 사양의 V_CC 범위에 충분한 마진 또는 보호 밴드를 제공할 수 있다.

글리치 검출을 위한 동작 윈도우를 적응적으로 설정하면 정적 동작 윈도우에 비해 유리하다. 매립된 플래시 메모리에서 예를 들어, 프로그램 및 소거 동작과 같은 일부 최악의 경우의 동작(들)은 다른 동작에 의해 생성된 전압 변동 및 잡음보다 상당히 더 큰 임피던스-관련된 전압 변동 및 잡음의 양을 생성할 수 있다. 플래시 셀 프로그램 및 소거 동작은, 예를 들어, 온칩 전하 펌프(on-chip charge pump)(들)를 인에이블하는 것에 의해 큰 전류 서지를 생성할 수 있다. 드레인 프로그래밍 전류는 예를 들어, 채널 핫 전자 주입(channel hot electron injection)을 위해 플래시 셀(약 4 볼트의 드레인 전압)당 약 100μA일 수 있어서, 8개의 셀(즉, 1 바이트)을 프로그래밍하는 경우에 누적적으로 약 800μA일 수 있다. 예를 들어 전압이 Vcc 레벨(일반적으로 1.8V)로부터 약 4 볼트의 더 높은 펌핑된 레벨로 펌핑되기 때문에 전하 펌프(들)의 전압 공급 전류(I_CC)는 많은 밀리-암페어에 쉽게 도달할 수 있다. 소거 동작(터널링) 동안에는, 셀 전류가 서브 마이크로-암페어이지만, 그럼에도 불구하고 양 및 음 전하 펌프를 인에이블하는 것과 연관된 전류가 수 밀리 암페어일 수 있다. 프로그램 및 소거 동작 동안 전하 펌프(들)를 인에이블하는 것으로 인한 이러한 전류 서지는 공급 전압에 언더슈트(undershoot) 및 오버슈트(overshoot) 효과를 야기할 수 있어서, 정적 동작 윈도우와 동작하는 글리치 검출기는 사양 밖 이벤트로 잘못 해석될 수 있어서, 잘못된 알람을 야기하여 디바이스 셧오프(shut-off) 또는 리셋과 같은 불필요한 및 파괴적인 보호 액션을 트리거할 수 있다.

글리치 검출을 위한 적응적으로 설정된 동작 윈도우는 글리치 지속시간을 또한 고려할 수 있다. 상이한 디바이스 동작 모드에서 상이한 최소 글리치 지속시간 설정을 수립하면 일부 동작 모드에서 나타나는 다수의 문제들을 다른 동작 모드에서 글리치 검출 정밀도를 희생시킴이 없이 회피할 수 있다. 내부 고유 온칩 임피던스로 인해, 글리치가 특정 동작 모드에서 온칩 글리치 검출 회로에 의해 성공적으로 검출되기 전에 특정 최소 글리치 지속시간, 일반적으로 수 나노초가 있다. 나아가, 예를 들어, 3nS 내지 4nS와 같은 더 짧은 글리치는, 특정 동작 모드에서 유해한 효과를 제공하지 않을 수 있어서 특정 최소 글리치 지속시간, 예를 들어 10nS을 설계하는 것이 유리할 수 있다.

플래시 메모리 어레이를 포함하는 예시적인 모놀리틱 집적 회로 디바이스에서 전술된 거동은 도 3에 도시되어 있고 예시적인 동작 조건 세트 내에서 동작하도록 지정된다. 예시적으로, V_CC는 라인(32)으로 도시된 바와 같이 1.8V로 지정되는데, 이는 라인(31)으로 지시된 바와 같이 1.98V의 최대 V_CC 초과하지 않고, 라인(34)으로 지시된 바와 같이 1.62V의 최소 V_CC 이상이다. 임피던스 효과로 인한 전압 변동 및 디바이스 활동으로 인한 전류 강하와 서지를 포함하는 PVT 변동 효과 및 내부 전류 소비 효과를 분석한 것에 기초하여, 라인(35)으로 지시된 바와 같이 일반적인 동작 모드에서 1.4 볼트의 값, 및 라인(36)으로 지시된 바와 같이 플래시 메모리의 프로그램 및 소거 동작 모드와 같은 특히 파괴적인 동작 모드에서 1.3 볼트의 값을 구비하는 적응적 로우 임계값이 수립될 수 있다. 적응적 로우 임계값 전압은 라인(37)으로 지시된 바와 같이 1.0 볼트의 전력-온-리셋 전압 레벨을 초과하고, 예시적으로 모놀리틱 집적 회로 디바이스는 1.4 볼트 이상인 과도 상태에서 일반 동작 모드 동안, 및 1.3 볼트 이상의 과도 상태에서 플래시 메모리 프로그램 및 소거 동작 모드 동안 정상적으로 및 알람 없이 동작할 수 있다.

파형(33)은 실제 정상적인 디바이스 동작 동안 가능한 V_CC 거동을 나타낸다. 하이 전압 글리치(30)는 지정된 V_CC 범위 내에서 발생하고 특별한 처리를 요구하지 않는다. 2개의 로우 전압 글리치(38 및 39)는 1.62 볼트의 최소 지정된 V_CC 아래에 있다. 글리치(38)는 일반적인 동작 모드 중 하나 동안 발생하고, 모놀리틱 집적 회로의 적절한 동작에 영향을 미치지 않음은 물론, 일반 동작 모드에 대응하는 1.4 볼트에 적응적으로 설정된 로우 임계값을 초과하지도 않아서 알람이 트리거되지 않는다. 글리치(39)는 프로그램 또는 소거 동작 모드 중 하나 동안 발생하고, 모놀리틱 집적 회로의 적절한 동작에 영향을 미치지 않음은 물론, 프로그램 및 소거 동작 모드에 대응하는 1.3 볼트에 적응적으로 설정된 로우 임계값을 초과하지도 않아서 알람이 트리거되지 않는다. 글리치(39)가 로우 임계값이 1.4 볼트로 적응적으로 설정된 일반 동작 모드 중 하나 동안 발생한다면, 글리치(39)는 이상(abnormal)으로 식별되고 알람이 트리거될 수 있다.

도 3은 로우 전압 과도 상태를 위한 적응적 임계값의 일례를 제공하지만, 높은 전압 과도 상태를 위한 적응적 임계값이 유사한 방식으로 수립될 수 있다. 나아가, 임계값이 한편으로는 프로그램 및 소거 동작 모드에 적응되는 것으로 및 다른 한편으로는 일반 동작 모드(프로그램 및 소거와는 다른 모드)에 적응되는 것으로 설명되지만, 임계값은 다른 동작 모드 및 3개 이상의 동작 모드를 포함하는 다른 조합의 동작 모드에 다수의 방식으로 적응될 수 있다.

도 4는 적응적 공급 전압 글리치 검출을 사용하여 도 1의 적응적 글리치 검출기(10)의 로우 및 하이 공급 전압 알람을 설정하고 리셋하는 이상적인 타이밍 파형 세트(40)를 도시한다. 공급 전압(V_CC)은 일반적으로 지정된 레벨에서 제공되지만 2개의 예시적인 글리치 이벤트, 즉 시간(45)에서 시작해서 적응적 로우 임계값(LV_CC) 미만으로 하강하는 로우 전압 글리치(41)(명료함을 위해 단일 전압 설정만이 도시됨), 및 시간(46)에서 시작해서 하이 임계값(HV_CC)을 초과하는 하이 전압 글리치(42)(명료함을 위해 단일 전압 설정만이 도시된다)가 도시된다. 적응적 글리치 검출기(10)는 시간(43)에서 인에이블 신호(GD_EN)의 선두 에지에서 인에이블될 수 있고, 이후 적응적 글리치 검출기(10)는 인에이블 신호(GD_EN)로부터 예시적으로 약 200nS를 초과한 시간 후에 시간(44)에서 검출기 준비 출력 신호(DET_준비)의 양의 전이(positive transition)에 의해 준비를 신호 송신(signal)한다. 시간(45)에서 발생하는 로우 전압 글리치(41)가 LV_CC에 대응하는 최소 펄스 폭을 초과하는 지속시간을 구비할 때, 이것은 글리치 검출기(10)에 의해 검출되고 이 검출기는 로우 전압 알람(LV_CC_알람)을 신호 송신한다. 유사한 방식으로, 시간(46)에서 발생하는 하이 전압 글리치(42)가 HV_CC에 대응하는 최소 펄스 폭을 초과하는 지속시간을 구비할 때, 이것은 글리치 검출기(10)에 의해 검출되고 이 검출기는 하이 전압 알람(HV_CC_알람)을 신호 송신한다. 이 알람은 신호(GD_리셋)에 의해 리셋되는데, 이 신호는 예시적으로 시간(47) 내지 시간(48)의 기간 동안 약 1nS을 초과하는 폭의 리셋 펄스로 선언된다. 파형(LV_CC_알람 및 HV_CC_알람)으로 도시된 바와 같이, 두 알람은 리셋 펄스의 하강 에지로부터 단 시간 후에 리셋된다.

도 5는 도 1의 적응적 글리치 검출기(10)의 예시적인 구현(50)의 개략 회로도이다. 적응적 글리치 검출기(10)는 로우 임계값 검출기(60), 하이 임계값 검출기(70) 및 전력-온 불안정성 교정 회로(power-on instability corrective circuit)(80)를 포함한다.

로우 임계값 검출기(60)는 반전 입력이 V_CC와 접지 사이에 연결된 직렬 저항(64 및 65)에 연결된 차동 증폭기(66)를 포함하여 차동 증폭기(66)에 적절한 바이어스를 제공한다. 저항기(64 및 65)는 제조 동안 적절히 트리밍되어 원하는 바이어스를 수립할 수 있다. 비-반전 입력은 선택된 로우 임계값을 수립하기 위해 레퍼런스 전압에 연결된다. 예시적으로, 레퍼런스 전압은 저항기(61), MOSFET(62) 및 저항기(63)가 V_CC와 접지 사이에 직렬로 연결된 회로에 의해 제공된 CMOS 레퍼런스 전압일 수 있다. 저항(61 및 63) 중 하나 또는 둘 모두는 임의의 원하는 기술을 사용하여 가변될 수 있다. 이 기술 분야에 잘 알려진 하나의 적절한 기술은 2개 이상의 상이한 CMOS 레퍼런스 레벨을 수립하기 위해 다수의 저항을 스위치인 또는 스위치아웃하는 다수의 MOSFET 트랜지스터(미도시)이다. 로우 임계값 신호(LV_CC_임계값)는 이 MOSFET 트랜지스터의 게이트에 인가되어 온/오프 상태를 제어하는 가변 전압 신호일 수 있다. 로우 임계값 검출기(60)의 디폴트 동작 동안, 차동 증폭기(66)의 반전 입력에서의 전압은 비-반전 입력에서의 전압을 초과하여, 로우 전압이 래치(67)에 의해 래치된 차동 증폭기(66)의 출력에 나타난다. 그러나, 글리치에 의해 V_CC가 선택된 로우 임계값 미만으로 하강하면, 차동 증폭기(66)의 반전 입력에서의 전압은 비-반전 입력에서의 전압 미만으로 되어, 래치(67)에 의해 래치된 차동 증폭기(66)의 출력에서 양의 전이가 야기되어 로우 임계값 알람(LV_CC_알람)을 생성한다.

하이 임계값 검출기(70)는 비-반전 입력이 직렬 저항(71 및 72)에 연결된 차동 증폭기(74)를 포함하며, 이 증폭기는 V_CC와 접지 사이에 연결되어 차동 증폭기(74)에 적절한 바이어스를 제공한다. 저항기(71 및 72)는 제조 동안 적절히 트리밍되어 원하는 바이어스를 수립할 수 있다. 차동 증폭기(74)의 반전 입력은 선택된 하이 임계값을 수립하기 위해 레퍼런스 전압에 연결된다. 예시적으로, 레퍼런스 전압(73)은 원하는 하이 임계값에 따라 레퍼런스 전압(V_REF)을 가변시키는 가변 밴드 갭 레퍼런스("BGR") 회로일 수 있다. 하이 임계값 검출기(70)의 디폴트 동작 동안, 차동 증폭기(74)의 비반전 입력에서의 전압은 반전 입력에서의 전압 미만이어서, 로우 신호가 차동 증폭기(74)의 출력에 나타나서, 이 차동 증폭기는 AND 게이트(84)의 출력을 낮게 유지하여, 래치(75)에 의해 래치된다. 그러나, 글리치에 의해 V_CC가 선택된 하이 임계값 이상으로 상승할 때, 차동 증폭기(74)의 비반전 입력에서의 전압은 반전 입력에서의 전압을 초과하여, 차동 증폭기(74)의 출력에 양의 전이를 야기하여 차동 증폭기는 AND 게이트(84)의 출력을 하이로 상승시켜 (전력-온 불안정성 교정(corrective) 회로(80)로부터 하이 레벨인 것을 가정한다), 이는 래치(75)에 의해 래치되어 하이 임계값 알람(HV_CC_알람)을 생성한다.

로우 임계값 검출기(60)는 정상적으로 하이 글리치에는 응답하지 않는 반면, 하이 임계값 검출기(70)는 정상적으로 로우 글리치에는 응답하지 않는 것이 주목된다. 하이 글리치가 발생하면, 차동 증폭기(66)의 반전 입력에서의 전압이 더 높이 상승하여, 차동 증폭기(66)의 출력을 낮게 유지한다. 로우 글리치가 발생하면, 차동 증폭기(74)의 비반전 입력에서의 전압이 더 낮게 하강하여, 차동 증폭기(74)의 출력을 낮게 유지한다.

전력-온 불안정성 교정(corrective) 회로(80)는 많은 유형의 밴드 갭 레퍼런스 회로에서 발생하는 문제를 교정하는데, 즉 이러한 회로는 V_CC가 특정 최소 레벨에 도달할 때까지 불안정하다는 문제를 교정한다. 특히, 이러한 밴드 갭 레퍼런스 회로는 V_CC가 매우 낮을 때; 예를 들어, V_CC가 0.8 볼트 내지 1.3 볼트 범위에 있을 때 전력 투입 동안 불안정하다. V_CC는 이 기간 동안 로우 임계값 미만이므로, 로우 임계값 검출기(60)는 하이 신호를 인버터(82)에 인가하여, 인버터는 로우 신호를 AND 게이트(84)에 인가하여, 하이 임계값 회로(70)에서 차동 증폭기(74)에 의해 생성된 잘못된 것일 수 있는 신호가 래치(75)에 도달하는 것을 차단한다.

적절한 가변 밴드 갭 회로는 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 하나의 적절한 유형의 밴드 갭 회로에서, MOSFET 트랜지스터(미도시)는 2개 이상의 상이한 밴드 갭 레퍼런스 V_REF 레벨을 수립하기 위해 다수의 저항을 스위치인 또는 스위치아웃하는데 사용될 수 있다. 하이 임계값 신호(HV_CC_임계값)는 이러한 MOSFET 트랜지스터의 게이트에 인가되어 온/오프 상태를 제어하는 가변 전압 신호일 수 있다. 적절한 밴드 갭 레퍼런스 회로의 일례는 전체 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된 문헌(Dominik Gruber et al., "A Voltage Reference with On-Chip Trimmable Temperature Coefficient and Offset Voltage", MIXDES 2011, 18th International Conference "Mixed Design of Integrated Circuits and Systems", June 16-18, 2011, PP. 231-236)에 설명되어 있다.

로우 임계값 최소 글리치 지속시간 및 하이 임계값 최소 글리치 지속시간은 고정되어 있거나 가변적일 수 있고, 또는 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 가변적일 수 있다. 가변적인 경우, 로우(또는 하이) 글리치 검출 지속시간이 로우(또는 하이) 임계값 전압 레벨에 따라 조정되거나 또는 이와 독립으로 조정될 수 있다. 가변 글리치 검출 지속시간 서브-회로를 구현하는 예시적인 기술은 도 5에 도시되고, 로우 임계값 검출기(60)에서 차동 증폭기(66)의 출력은 AND 게이트(69) 및 지연 회로(68)에 인가되어, 트리거 신호는 동일한 트리거 신호가 지연(68)을 통해 지연되는 동안 충분한 지속시간이 선언된 것으로 유지되는 경우에만 AND 게이트(69)를 통과한다. 로우 임계값 전압 레벨로 로우 글리치 검출 지속시간을 조정하는 것이 요구되는 경우, 신호(LV_CC_임계값)가 지연(68)을 위한 제어 신호로 사용될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 상이한 신호가 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 하이 임계값 검출기(70)에서 차동 증폭기(74)의 출력이 AND 게이트(79) 및 지연 회로 78에 인가되어, 트리거 신호는 동일한 트리거 신호가 지연(78)을 통해 지연되는 동안 충분한 지속시간이 선언된 것으로 유지되는 경우에만 AND 게이트(79)를 통과한다. 하이 임계값 전압 레벨로 하이 글리치 검출 지속시간을 조정하는 것이 요구되는 경우, 신호(HV_CC_임계값)가 지연(78)을 위한 제어 신호로 사용될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 상이한 신호가 사용될 수 있다. 적절한 가변 지연 회로는 전체 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된 문헌(예를 들어, Jung-Lin Yang et al., Tunable Delay Element for Low Power VLSI Circuit Design, IEEE No. 1-4244-0549-1/06, 2006, PP. 1-4)으로 이 기술 분야에 잘 알려져 있다.

도 5의 구현은 하나의 적절한 적응적 글리치 검출기의 일례이다. 다른 전압 비교기 회로는 본 특허 문서에 제시된 설명에 따라 적응적 글리치 검출을 제공하도록 적절히 수정될 수 있다.

도 6은 도 1의 적응적 글리치 검출기(10)에 예시적인 동작 시퀀스(90)를 도시한 흐름도이다. 글리치 검출은 임의의 원하는 방식으로, 전력-온 또는 전력-온-리셋 절차의 일부로서 또는 커맨드에 의해 인에이블될 수 있다(블록 91). 디폴트 로우 및/또는 하이 임계값은 원하는 경우 인에이블시에 수립될 수 있다. 모놀리틱 집적 회로 디바이스가 동작하는 동안, 글리치 검출기는 동작 모드에 기초하여 원하는 대로 로우 임계값, 하이 임계값, 또는 로우 및 하이 임계값에 적응적으로 구성될 수 있다(블록 92). 동작 모드가 동작하는 동안 로우 임계값이나 하이 임계값 중 그 어느 것도 초과하지 않는 경우(블록 93에서 아니오), 시퀀스(90)는 동작 모드에 기초하여 원하는 대로 로우 임계값, 하이 임계값, 또는 로우 및 하이 임계값을 적응적으로 설정하는 것으로 리턴한다(블록 92). 그러나, 동작 모드가 동작하는 동안 로우 임계값 또는 하이 임계값이 초과하는 경우(블록 93에서 예), 로우 임계값 알람(LV_CC_알람) 또는 하이 임계값 알람(HV_CC_알람)이 적절한 것으로 설정되어(블록 94) 모놀리틱 집적 회로 디바이스가 적절한 액션을 취할 수 있고(블록 95), 디바이스를 셧다운하는 액션, 디바이스를 리셋하는 액션, 레지스터 비트(register bit)를 설정하여 가능한 결함을 지시하는 액션 또는 다른 원하는 액션을 취할 수 있다. 글리치 검출 후 동작을 지속하는 디바이스에서, 로우 임계값 알람(LV_CC_알람) 또는 하이 임계값 알람(HV_CC_알람)은 적절한 것으로 리셋되고(블록 96) 시퀀스(90)는 동작 모드에 기초하여 원하는 것으로 로우 임계값, 하이 임계값, 또는 로우 및 하이 임계값을 적응적으로 설정하는 것으로 리턴한다(블록 92).

예시적인 구현예: 보안 디바이스의 글리치 검출

비휘발성 디지털 메모리는 모놀리틱 집적 회로 디바이스에 사용되어 민감 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 보안 메모리 디바이스, 시스템온칩(system-on-a-chip: "SOC") 및 전계-프로그래밍가능한 게이트 어레이("FPGA")에서 널리 사용되는 플래시 메모리는 명령 포인터, 민감 데이터, 패스워드, 암호화 키 등을 임의의 조합으로 저장하는데 사용될 수 있다. 유리하게는 이들 응용에, 플래시 메모리는 비-휘발성이고, 재프로그래밍가능하며, 한번 프로그래밍가능하고 저전력이다.

불리하게도, 많은 다수의 유형의 보안 집적 회로 디바이스는 공격자가 디바이스 설계 시 가능한 약점을 이용하려는 시도로 V_CC를 변경시키는 V_CC 글리치 공격에 취약할 수 있다. V_CC 언더슈트 글리치 공격에서, 예를 들어, 디바이스 로직 내 플립플롭은 상태를 변경할 수 있다. 나아가 이 예시적인 경우에서, 이것을 통해 커맨드가 합법적인지 여부를 체크하는 암호화 로직은 잘못 기능하여 불법적인 커맨드를 실행할 수 있다. 이것은 보안이 손상될 수 있어서 바람직하지 않다. 정상적인 동작 윈도우 밖의 V_CC를 검출하고 알람을 설정하거나 또는 다른 적절한 액션을 취하는 것이 보안 칩의 보안에 유리하다.

V_CC 글리치 공격 위협에 대처하기 위하여, 집적 회로 디바이스에는 적응적 글리치 검출기(10)(도 1)와 같은 적응적 글리치 검출기가 제공될 수 있다. 적응적 Vcc 글리치 검출기는 집적 회로 디바이스 내 원하는 위치에 Vcc를 모니터링할 수 있으나, 실제와 같이 집적 회로 디바이스의 외부 Vcc 핀에 근접하여 모니터링하는 것이 일부 집적 회로 디바이스에서 내부 Vcc 파형에 대한 내부 회로 임피던스의 효과를 회피하는데 유리할 수 있다. 대안적으로, 민감 회로에 근접하여 V_CC를 모니터링하는 것이 일부 집적 회로 디바이스에서 유리할 수 있다.

도 7은 전압 조정기(101), 내부 레퍼런스(102), 적응적 글리치 검출기(103), 아날로그 검출기(104), 리셋 및 인터럽트(105), 프로세서 유닛 및/또는 제어 로직(106), 클록 생성기(107), 탬퍼(tamper) 검출기(108), 입력/출력 제어기(109), 서비스 모듈(110), 메모리 어레이(111) 및 보안 기능(예를 들어 암호화)(112)과 같은 회로를 포함하는 예시적인 보안 모놀리틱 집적 디바이스(100)의 개략 블록도이다. 적응적 글리치 검출기(103)는 로우 임계값 알람 신호(LV_CC_알람) 및/또는 하이 임계값 알람 신호(HV_CC_알람)를 탬퍼 검출기(108)에 제공하고, 이 탬퍼 검출기는 위반된 임계값 및 수행되는 동작 모드에 따라 적절한 액션 코스를 결정한다.

예시적인 구현예: 비-보안 디바이스에서 글리치 검출

도 8은 보안 모놀리틱 집적 회로 디바이스(100)(도 7)와 유사하지만 탬퍼 검출기(108) 및 보안 기능(112)이 없는 예시적인 모놀리틱 집적 디바이스(200)의 개략 블록도이다. 적응적 글리치 검출기(103)는 로우 임계값 알람 신호(LV_CC_알람) 및/또는 하이 임계값 알람 신호(HV_CC_알람)를 임의의 원하는 기능 요소에 제공한다. 임계값 알람 신호(LV_CC_알람 및/또는 HV_CC_알람)는 예를 들어, 디바이스 또는 디바이스의 특정 기능 요소를 리셋하도록 구성될 수 있는 리셋 및 인터럽트 요소(105) 또는 입력/출력 제어부(109)를 통해 외부 디바이스 또는 회로에 사건을 리포트하도록 구성될 수 있는 프로세서 유닛 및/또는 제어 로직(106)에 제공될 수 있다.

본 명세서에 설명된 본 발명의 다수의 실시형태는 본 발명을 예시하는 것이다. 본 명세서에 개시된 실시형태에 대해 다수의 변형과 변경이 가능하고, 본 실시형태의 다수의 요소에 대해 실제적인 대안물과 균등물이 본 특허 문서를 연구하면 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에 개시된 실시형태의 이들 및 다른 변형과 변경은 이하 청구범위에 제시된 본 발명의 범위와 사상을 벗어남이 없이 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 다수의 동작 모드를 구비하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스에 제공되는 공급 전압에서 글리치(glitch)를 검출하는 방법으로서,
   상기 디바이스를 상기 동작 모드들로부터 선택된 제1 동작 모드에서 동작시키는 단계;
   상기 제1 동작 모드에서 동작시키는 단계에 응답하여, 구성가능한 검출 임계값을, 상기 제1 동작 모드에 따라, 상기 동작 모드들 중 하나 이상과 각각 연관된 복수의 검출 임계값 중 하나로서 구성하는 단계; 및
   상기 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 검출 임계값을 위반한 글리치에 대해 상기 공급 전압을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모니터링하는 단계에서 제1 글리치를 검출하는 단계; 및
   상기 제1 글리치를 검출하는 단계에 응답하여 알람을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 검출 임계값은 로우 전압 임계값(low voltage threshold)을 포함하고;
   상기 제1 글리치는 상기 로우 전압 임계값 미만의 최소 전압 진폭을 갖는 것인 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 검출 임계값은 미리 결정된 최소 지속시간 동안 로우 전압 임계값을 포함하고;
   상기 제1 글리치는 상기 미리 결정된 최소 지속시간을 초과하는 지속시간 동안 상기 로우 전압 임계값 미만의 최소 전압 진폭을 갖는 것인 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 검출 임계값은 하이 전압 임계값(high voltage threshold)을 포함하고;
   상기 제1 글리치는 상기 하이 전압 임계값을 초과하는 최대 전압 진폭을 갖는 것인 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 검출 임계값은 미리 결정된 최소 지속시간 동안 하이 전압 임계값을 포함하고;
   상기 제1 글리치는 상기 미리 결정된 최소 지속시간을 초과하는 지속시간 동안 상기 하이 전압 임계값을 초과하는 최대 전압 진폭을 갖는 것인 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 검출 임계값은 복수의 로우 검출 임계값 및 복수의 하이 검출 임계값을 포함하고,
   상기 방법은,
   상기 제1 동작 모드에서 동작시키는 단계에 더 응답하여, 추가적인 구성가능한 검출 임계값을, 상기 제1 동작 모드에 따라, 상기 복수의 검출 임계값 중 하나로서 구성하는 단계로서, 상기 구성가능한 검출 임계값은 로우 검출 임계값이고, 상기 추가적인 구성가능한 검출 임계값은 하이 검출 임계값인 것인, 상기 추가적인 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계; 및
   상기 추가적인 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 추가적인 구성가능한 검출 임계값을 위반한 글리치에 대해 상기 공급 전압을 추가적으로 모니터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 모니터링하는 단계, 상기 추가적으로 모니터링하는 단계, 또는 상기 모니터링하는 단계 및 상기 추가적으로 모니터링하는 단계에서 제1 글리치를 검출하는 단계; 및
   상기 제1 글리치를 검출하는 단계에 응답하여 알람을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 디바이스를 상기 동작 모드들로부터 선택된 제2 동작 모드에서 동작시키는 단계로서, 상기 제2 동작 모드는 상기 제1 동작 모드에 후속하고 상기 제1 동작 모드와는 상이한 것인, 상기 동작시키는 단계;
   상기 제2 동작 모드에서 동작시키는 단계에 응답하여, 후속하여 구성가능한 검출 임계값을, 상기 제2 동작 모드에 따라, 복수의 검출 임계값 중 하나로서 구성하는 단계; 및
   상기 후속하여 구성가능한 검출 임계값을 구성하는 단계에 구성된 상기 후속하여 구성가능한 검출 임계값을 위반하는 글리치에 대해 상기 공급 전압을 모니터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 다수의 동작 모드를 구비하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스에 제공되는 공급 전압에서 글리치를 검출하는 방법으로서,
    상기 디바이스를 판독, 소거 또는 프로그램 동작 모드 중 하나에서 동작시키는 단계;
    상기 동작시키는 단계에 응답하여, 구성가능한 로우 검출 임계값을, 상기 판독 동작 모드와 연관된 제1 로우 검출 임계값으로서 또는 상기 소거 및 프로그램 동작 모드와 연관된 제2 로우 검출 임계값으로서 구성하는 단계;
    상기 동작시키는 단계에 더 응답하여, 구성가능한 하이 검출 임계값을, 상기 판독 동작 모드와 연관된 제1 하이 검출 임계값으로서 또는 상기 소거 및 프로그램 동작 모드와 연관된 제2 하이 검출 임계값으로서 구성하는 단계; 및
    상기 구성가능한 로우 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 로우 검출 임계값, 또는 상기 구성가능한 하이 검출 임계값을 구성하는 단계에서 구성된 상기 구성가능한 하이 검출 임계값을 위반하는 글리치에 대해 상기 공급 전압을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 모니터링하는 단계에서 제1 글리치를 검출하는 단계; 및
    상기 제1 글리치를 검출하는 단계에 응답하여 알람을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 로우 검출 임계값은 대략 1.4V이고;
    상기 제2 로우 검출 임계값은 대략 1.3V이며;
    상기 제1 하이 검출 임계값은 대략 2.05V이고;
    상기 제2 하이 검출 임계값은 대략 2.15V인 것인 방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 로우 검출 임계값은 대략 1.4V 및 10nS이고;
    상기 제2 로우 검출 임계값은 20nS 동안 대략 1.3V이며;
    상기 제1 하이 검출 임계값은 대략 2.05V 및 10nS이고;
    상기 제2 하이 검출 임계값은 20nS 동안 대략 2.15V인 것인 방법.
14. 다수의 동작 모드를 구비하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스로서,
    상기 다수의 동작 모드에서 각각 동작하도록 구성된 복수의 기능 회로;
    상기 다수의 동작 모드 중 현재 활성 모드를 나타내는 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어 로직; 및
    상기 동작 모드 중 하나 이상과 각각 연관된 복수의 검출 임계값 중 하나 이상에서 구성가능한 공급 전압 임계값 검출 회로를 포함하되,
    상기 공급 전압 모니터링 회로는 상기 제어 로직에 연결되고, 상기 공급 전압이 상기 현재 활성 모드에 따라 상기 검출 임계값 중 하나를 위반할 때 상기 제어 신호에 응답하여 출력에 알람을 제공하도록 구성가능한 것인 모놀리틱 집적 회로 디바이스.
15. 제14항에 있어서,
    상기 검출 임계값은 로우 검출 임계값 및 하이 검출 임계값을 포함하고; 그리고
    상기 공급 전압 임계값 검출 회로는 상기 현재 활성 모드에서 상기 로우 검출 임계값 중 하나 및 상기 하이 검출 임계값 중 하나에서 구성가능한 것인 모놀리틱 집적 회로 디바이스.
16. 제15항에 있어서, 상기 공급 전압 임계값 검출 회로는,
    상기 제어 신호에 의해 제어된 CMOS 레퍼런스 회로를 구비하는 로우 임계값 검출기; 및
    상기 제어 신호에 의해 제어된 밴드 갭 레퍼런스 회로를 구비하는 하이 임계값 검출기를 포함하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스.
17. 제16항에 있어서, 상기 공급 전압 임계값 검출 회로는, 상기 로우 임계값 검출기의 출력에 연결된 입력 및 상기 하이 임계값 검출기에 연결된 출력을 구비하고 상기 모놀리틱 집적 회로의 전력투입 동안 상기 하이 임계값 검출기로부터 알람 신호를 차단하도록 구성된 전력-온 불안정성 교정 회로(power-on instability corrective circuit)를 더 포함하는 것인 모놀리틱 집적 회로 디바이스.
18. 제14항에 있어서, 상기 공급 전압 임계값 검출 회로는,
    상기 제어 신호에 응답하여 출력, 바이어스 입력 및 가변 레퍼런스 전압 입력을 구비하는 차동 증폭기; 및
    상기 차동 증폭기의 출력에 연결된 래치를 포함하는 것인 모놀리틱 집적 회로 디바이스.
19. 제18항에 있어서, 상기 제어 신호에 응답하고 상기 차동 증폭기의 상기 가변 레퍼런스 전압 입력에 연결된 출력을 구비하는 CMOS 레퍼런스 회로를 더 포함하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스.
20. 제18항에 있어서, 상기 제어 신호에 응답하고 상기 차동 증폭기의 상기 가변 레퍼런스 전압 입력에 연결된 출력을 구비하는 밴드 갭 레퍼런스 회로를 더 포함하는 모놀리틱 집적 회로 디바이스.

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