專利名稱：一種光電檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能完全在CMOS集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的用于確保非/接觸CPU卡芯片安全的光電檢測電路。
背景技術(shù)：
非/接觸CPU智能卡作為一個(gè)產(chǎn)品系列，由于可以設(shè)置不同的功能、安全性能，容量以及相應(yīng)的COS，其產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求規(guī)模也越來越大。智能卡控制器通常采用硅片制成。硅片的電性能將隨著不同的電壓、溫度、光、電離輻射以及周圍電磁場的變化而改變。攻擊者將通過改變電源、電磁感應(yīng)、用可見光或輻射性材料來照射智能卡的表面、或者改變溫度等這些環(huán)境參數(shù)，來試圖引入一些錯(cuò)誤的行為。為了抵御各種錯(cuò)誤行為的發(fā)生，可以在電路內(nèi)部加入各種安全檢測電路，安全檢測電路監(jiān)測到環(huán)境參數(shù)的臨界值，就會觸發(fā)告警，芯片就會設(shè)置到安全狀態(tài)。電壓傳感器用來檢查電源，時(shí)鐘傳感器檢查頻率的不規(guī)則行為，而溫度和光傳感器則檢查溫度和光攻擊。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，集成電路工藝水平的不斷進(jìn)步，使得在CMOS集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)光電檢測電路逐漸成為可能。在CMOS工藝中，存在一些寄生器件能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能，例如寄生二極管，三極管，光柵結(jié)構(gòu)感光器件等等，由這些器件構(gòu)成的檢測系統(tǒng)具有低成本，低功耗，高集成度，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于非/接觸CPU智能卡領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)的光檢測電路采用分立光電二極管形式，存在著成本高、制作難度大及使用不便的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
光電檢測器件是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。它的性能對光電系統(tǒng)的性能影響很大，如縮小系統(tǒng)的體積、減輕系統(tǒng)的重量、增大系統(tǒng)的作用距離等。 它在軍事上、空間技術(shù)和其他的科學(xué)技術(shù)以及工農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)光電檢測器件對輻射的作用方式的不同(或說工作機(jī)理的不同)，可分為光子檢測器件和熱電檢測器件兩大類。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足和缺陷，本方案提供一種能完全在集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的、而且可采用常規(guī)CMOS工藝制作的用于確保非/接觸CPU卡芯片安全的光電檢測電路。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種光電檢測電路，包括電子開關(guān)、放大電路、偏置電路、選擇電路、參考電壓產(chǎn)生電路、比較電路，其特征在于還包括光電二極管、積分電容和電阻，所述電子開關(guān)的一端連接電源，另一端連接光電二極管的反向端、積分電容和放大電路的反向輸入端，光電二極管的同相端接地，積分電容的另一端連接放大電路的輸出端，放大電路的同相輸入端與電阻一端相連接，電阻的另一端接地，偏置電路連接到放大電路的偏置輸入端，選擇電路連接到參考電壓產(chǎn)生電路，參考電壓產(chǎn)生電路連接到比較電路的一個(gè)輸入端，比較電路的另一輸入端接放大電路的輸出端。進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述的光電二極管是基于smiclSee庫中nwdi0e2r模型，管子大小尺寸為100um*100um，并且去掉版圖頂層metal。進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述的光電二極管為去掉頂層金屬的漸ell/I^sub型光電二極管。進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述的光電二極管為去掉頂層金屬的N+/Psub型光電二極管。進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述的光電二極管為去掉頂層金屬的P+/_ell型光電二極管。進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述積分電容為MIM電容器。進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述電阻為3t_ckt電阻。進(jìn)一步技術(shù)方案是，比較電路產(chǎn)生告警信號設(shè)置臨界值。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)和有益的效果在于首先，本方案采用的光電二極管是建立在CMOS工藝上的模型，它是基于smiclSee 庫中nwdioe2r模型，管子尺寸取100um*100um，將版圖頂層metal去掉實(shí)現(xiàn)的。在CMOS工藝中，存在一些寄生器件能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能，例如寄生二極管，三極管，光柵結(jié)構(gòu)感光器件等等，由這些器件構(gòu)成的檢測系統(tǒng)具有低成本，低功耗，高集成度，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn) N阱CMOS工藝存在三種寄生光電二極管，N+/Psub型光電二極管，P+/Nwell型光電二極管， Nwell/Psub型光電二極管，由于每種二極管的結(jié)深，P區(qū)/N區(qū)濃度各不相同，因此在靈敏度，峰值響應(yīng)波長，暗電流等方面各不相同，所以適合于不同的檢測系統(tǒng)應(yīng)用。在這三種結(jié)構(gòu)中，Newll/I^sub型和N+/Psub型靈敏度較高。光電二極管利用反偏PN結(jié)來收集光生電子-空穴對，收集到的電子-空穴對在反偏電場的作用下向兩極移動從而產(chǎn)生光電流，和 CCD器件不同，CMOS光電二極管耗盡區(qū)很小，而且和兩側(cè)雜質(zhì)濃度以及反偏電壓有關(guān)，雖然兩側(cè)區(qū)域的擴(kuò)散電流可以增大轉(zhuǎn)換效率，但CMOS光電二極管的轉(zhuǎn)換效率是幾種探測器中最低的，因此必須采用額外的后續(xù)電路來提高整體檢測系統(tǒng)的靈敏度。其次，本方案提出的電容跨阻放大結(jié)構(gòu)讀出電路來實(shí)現(xiàn)光電二極管產(chǎn)生的光電流到電壓的轉(zhuǎn)換。所謂的電容跨阻放大結(jié)構(gòu)就是積分電容一端連接放大電路的反向輸入端， 積分電容另一端連接放大電路的輸出端，放大電路的同相端連接電阻。這種結(jié)構(gòu)擁有更高的光電流-電壓轉(zhuǎn)換增益，同時(shí)能夠幫助光電二極管獲得更好的暗電流特性。在一塊芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，信號處理和數(shù)字化，避免了傳統(tǒng)方案中的多個(gè)檢測環(huán)節(jié)，大大節(jié)省了檢測成本，減小檢測系統(tǒng)體積，提高了檢測靈敏度。最后，本方案提出一種比較電路來監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的臨界值，給整個(gè)卡片產(chǎn)生告警信號，芯片就會設(shè)置到安全狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明在非/接觸CPU智能卡中起到安全檢測的功能。


附圖為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖。圖中1-電子開關(guān)，2-光電二極管，3-放大電路，4-積分電容，5-電阻，6_偏置電路，7-選擇電路，8-參考電壓產(chǎn)生電路，9-比較電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的一種光電檢測電路包括電子開關(guān)1、將光電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的放大電路3、給運(yùn)放電路提供偏置電流的偏置電路6、控制參考電壓輸出值的選擇電路7、 為比較電路提供參考電壓的參考電壓產(chǎn)生電路8、為產(chǎn)生告警信號設(shè)置臨界值的比較電路 9，還包括CMOS工藝兼容的寄生光電二極管2、積分電容4和運(yùn)放同相端產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的小電阻5。電子開關(guān)1的一端連接電源，另一端連接CMOS工藝兼容的光電二極管2的反向端、 積分電容4和放大電路3的反向輸入端，CMOS工藝兼容的光電二極管2的同相端接地，積分電容4的另一端連接放大電路3的輸出端，放大電路3的同相輸入端與電阻5 —端相連接，電阻5的另一端接地，偏置電路6連接到放大電路3的偏置輸入端，選擇電路7連接到參考電壓產(chǎn)生電路8，參考電壓產(chǎn)生電路8連接到比較電路9的一個(gè)輸入端，比較電路9的另一輸入端接放大電路3的輸出端。在上述實(shí)施例中，對發(fā)明的一種最佳實(shí)施方式做了描述，很顯然，在本方案的發(fā)明構(gòu)思下所做出的任何改變都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光電檢測電路，包括電子開關(guān)(1)、放大電路(3)、偏置電路(6)、選擇電路(7)、 參考電壓產(chǎn)生電路(8)、比較電路(9)，其特征在于還包括光電二極管O)、積分電容(4) 和電阻(5)，所述電子開關(guān)(1)的一端連接電源，另一端連接光電二極管(2)的反向端、積分電容⑷和放大電路⑶的反向輸入端，光電二極管⑵的同相端接地，積分電容⑷的另一端連接放大電路C3)的輸出端，放大電路C3)的同相輸入端與電阻( 一端相連接，電阻 (5)的另一端接地，偏置電路(6)連接到放大電路(3)的偏置輸入端，選擇電路(7)連接到參考電壓產(chǎn)生電路(8)，參考電壓產(chǎn)生電路(8)連接到比較電路(9)的一個(gè)輸入端，比較電路(9)的另一輸入端接放大電路(3)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電檢測電路，其特征在于所述的光電二極管(2) 是基于smicl8ee庫中nwdioe2r模型，管子大小尺寸為100um*100um，并且去掉版圖頂層 metal。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光電檢測電路，其特征在于所述的光電二極管O)為去掉頂層金屬的Nwell/I^sub型光電二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光電檢測電路，其特征在于所述的光電二極管(2)為去掉頂層金屬的N+/Psub型光電二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光電檢測電路，其特征在于所述的光電二極管(2)為去掉頂層金屬的P+/Nwell型光電二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的任一一種光電檢測電路，其特征在于所述積分電容(4) 為MIM電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的任一一種光電檢測電路，其特征在于所述電阻⑶為3t_ ckt電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電檢測電路，其特征在于比較電路(9)產(chǎn)生告警信號設(shè)置臨界值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電檢測電路，包括電子開關(guān)(1)、放大電路(3)、偏置電路(6)、選擇電路(7)、參考電壓產(chǎn)生電路(8)、比較電路(9)，其特征在于還包括光電二極管(2)、積分電容(4)和電阻(5)，所述電子開關(guān)(1)的一端連接電源，另一端連接光電二極管(2)的反向端、積分電容(4)和放大電路(3)的反向輸入端，光電二極管(2)的同相端接地，積分電容(4)的另一端連接放大電路(3)的輸出端，放大電路(3)的同相輸入端與電阻(5)一端相連接，電阻(5)的另一端接地，偏置電路(6)連接到放大電路(3)的偏置輸入端，選擇電路(7)連接到參考電壓產(chǎn)生電路(8)，參考電壓產(chǎn)生電路(8)連接到比較電路(9)的一個(gè)輸入端，比較電路(9)的另一輸入端接放大電路(3)的輸出端。
文檔編號G01D1/18GK102506903SQ20111031604
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者李艷情 申請人:山東華翼微電子技術(shù)有限責(zé)任公司