專利名稱：控制備援電容器充放電相之方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于用以控制備援電容器之充放電相之方法，以供具有數(shù)據(jù)處理單元之資料儲(chǔ)存媒體，其中之備援電容器連接至數(shù)據(jù)處理單元上一電壓供應(yīng)輸入，方法有以下步驟數(shù)據(jù)處理單元及備援電容器與一供應(yīng)電位隔離，在數(shù)據(jù)處理單元中實(shí)施算術(shù)運(yùn)算，備援電容器連接至供應(yīng)電位，其將備援電容器充電。
此方法之背景為一項(xiàng)事實(shí)，即處理機(jī)密鍵資料之?dāng)?shù)據(jù)處理單元需要加以設(shè)計(jì)，俾計(jì)算時(shí)功率消耗不能用來推斷鍵資料。特別是，必須防止已知之”簡(jiǎn)單功率分析”(SPA)及”微分功率分析”(DPA)之分析方法被應(yīng)用。在計(jì)算循環(huán)期間，將一算術(shù)及邏輯單元電壓加以緩沖，當(dāng)重要算術(shù)運(yùn)算實(shí)施時(shí)，算術(shù)及邏輯單元之電流輪廓可被隱藏。備援電容器之放電位準(zhǔn)可用以讀出在緩沖期間資料理單元有多少活動(dòng)。有一危機(jī)存在，即隨后之再充電電流，因其與備援電容器之前放電位準(zhǔn)有關(guān)，故該電流可被用來推斷處理之機(jī)密資料，或推斷專利算法處理。
因此本發(fā)明之目的為提供利用備援電容器緩沖一數(shù)據(jù)處理單元，俾備援電容器再充電時(shí)，不可能推斷一計(jì)算循環(huán)期間之功率消耗。此目的亦在一特定電路裝置以實(shí)施該方法。
此一目的可由導(dǎo)言所提之方法達(dá)成，其特征為在備援電容器充電之前，備援電容器利用一恒定電流先放電至一預(yù)定電壓。
以電路裝置而言，該目的可由一電路裝置達(dá)成，該電路裝置有一備援電容器，其可經(jīng)一可切換恒值電流源被放電，該備援電容器可連接至供應(yīng)電壓，一比較器之第一輸入可連接至備援電容器，其第二輸入有一參考電壓加上，一控制單元連接至比較器之輸出，該控制單元可激活一開關(guān)以連接備援電容器至供應(yīng)電壓，另一開關(guān)以切換恒值電流。
備援電容器放電至預(yù)定電壓之結(jié)果，當(dāng)電容器充電時(shí)所耗之時(shí)間始終相同。因此不再可能在計(jì)算循環(huán)之后，推斷備援電容器之充電狀況。
一特殊優(yōu)點(diǎn)為備援電容器利用一恒值電流機(jī)其放電至規(guī)定之電壓，因?yàn)楸仨毤俣▊沙鲆?guī)定電壓已達(dá)成之電路裝置有一空載時(shí)間。在此時(shí)間，備援電容器進(jìn)一步放電。如其非利用恒值電流放電，備援電容器之電壓在放電階段終止后，再度與算法運(yùn)算實(shí)施后之終止時(shí)放電位準(zhǔn)有關(guān)，雖然其較習(xí)知技藝方法或電路裝置之程度較少。在本發(fā)明之優(yōu)異改良之電路裝置中，利用恒值電流之放電可由一電流鏡實(shí)現(xiàn)。
如備援電容器經(jīng)一包含電阻器及晶體管之串聯(lián)電路放電則為一優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠錁?gòu)成一分壓器，其可設(shè)定使晶體管與電阻器間之抽頭電壓可與帶隙基準(zhǔn)之特定電壓比較。
本發(fā)明將利用范例實(shí)施例作詳細(xì)說明，圖中

圖1顯示本發(fā)明電路裝置之第一圖解說明；圖2顯示本發(fā)明電路裝置之第二特定改進(jìn)。
圖1顯示電路裝置之基本設(shè)計(jì)，其可用于實(shí)施本新穎方法。資料儲(chǔ)存媒體之?dāng)?shù)據(jù)處理單元1未直接連接至供應(yīng)電壓VCC，但供應(yīng)電壓輸入6可由第一開關(guān)S1自供應(yīng)電壓VCC隔離。此外，備援電容器連接至供應(yīng)電壓輸入6。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)S1開路時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元1由備援電容器C供應(yīng)電壓。數(shù)據(jù)處理單元1可由備援電容器供電之?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)間，與電容器C之電容與數(shù)據(jù)處理單元功率消耗而定。此裝置之目的為將數(shù)據(jù)處理單元1在處理重要即與機(jī)密相關(guān)算術(shù)運(yùn)算時(shí)自供應(yīng)電壓除耦合，以防止具有數(shù)據(jù)處理單元1之全電路之功率消耗被用來推斷機(jī)密鍵。但如開關(guān)S1在算術(shù)運(yùn)算實(shí)施結(jié)束時(shí)再度閉合，電容器C被充電，仍然可用充電電流得知在機(jī)密算術(shù)運(yùn)算時(shí)自電容器C吸收多少電荷。
為防止此舉發(fā)生，電容器C被放電至一特別電壓值，僅在放電后，再充電至額定電壓值。一種可行方法為將電容器C放電至一適當(dāng)電路產(chǎn)生之恒定電壓值。但此舉將代表恒值電壓源改變?yōu)殡娙葚?fù)載。因此一事實(shí)，恒值電壓源并不理想，實(shí)際上由供應(yīng)電壓供應(yīng)，此一解決方案亦表示一供應(yīng)電流與電容器C之電壓位準(zhǔn)有關(guān)。因此，此一電路不適于完全隱藏機(jī)密算法運(yùn)算時(shí)之功率消耗。
對(duì)比之下，本發(fā)明涉及電容器C經(jīng)由一恒定電流源3放電，直到跨電容器C之電壓到達(dá)限定之較低之限制值為止。該放電路徑被開關(guān)S2中斷，開關(guān)S1閉合以便將電容器C以此方式再充電。電壓之較低限制值利用一比較器2予以偵出，比較器2將跨電容器C之電壓與參考電壓Uref比較。連接比較器2之輸出為一控制單元4，其用以控制開關(guān)S1及S2。控制單元4本身由數(shù)據(jù)處理單元1在機(jī)密算法運(yùn)算實(shí)施終止后被激活。此舉表示開關(guān)S1需要為開路，意指數(shù)據(jù)處理單元1系經(jīng)由備援電容器C供應(yīng)電壓，放電作業(yè)時(shí)，何時(shí)需要實(shí)施放電作業(yè)，即，開關(guān)S2閉合。放電作業(yè)之終止自動(dòng)由比較器2偵出，因此，開關(guān)S2開路及開關(guān)S1閉合之時(shí)間得以規(guī)定。此外，控制單元4可經(jīng)一額外輸入5激活，例如，由規(guī)定初始條件之額外電路激活。
當(dāng)電容器經(jīng)電阻器R放電，跨電容器之電壓根據(jù)指數(shù)函數(shù)下降而無任何額外措施。如，圖1所示之電路裝置中，比較器2顯示電容器較低規(guī)定電壓已到達(dá)，在開關(guān)S2開路之前尚需一些時(shí)間。在此時(shí)間，電容器C進(jìn)一步被放電。比較器2之空載時(shí)間與開關(guān)S2之空載時(shí)間經(jīng)常一致，但因?yàn)榭珉娙萜鰿之電壓以指數(shù)函數(shù)下降，電如器C上之實(shí)際電壓仍與其前充電位準(zhǔn)有關(guān)。
在本發(fā)明之一型式中，放電系利用一恒值電流實(shí)施，該電流由恒值電流源3所保證，意即盡管跨電容器C之電壓，在比較器及開官S2之空載時(shí)間進(jìn)一步下降，該電壓之最后值與前一充電狀態(tài)無關(guān)。
圖2顯示本發(fā)明電路裝置之特殊改進(jìn)，該電路裝置有一電流鏡電路以產(chǎn)生恒值電流源，及一裝置包含一與門11，一二相位產(chǎn)生器12及一正反器13以產(chǎn)生一控制單元。如圖1中之范例實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元1之電壓供應(yīng)輸入6連接至供應(yīng)電壓VCC。并備有一備援電容器以保證數(shù)據(jù)處理單元1在開關(guān)S1為開路時(shí)有電壓供應(yīng)。與圖1對(duì)比，比較器2之未反相輸入未直接連接至電容器C，或電壓供應(yīng)輸入6，反之，電壓在電阻器R及串聯(lián)晶體管T4間抽頭。電容器C因此經(jīng)電阻器R及晶體管T4放電，因而在放電期間構(gòu)成一分壓器。電阻器R與晶體管T4間之電壓抽頭之被選擇，系因欲將此電壓與參考電壓Uref比較，此參考電壓Uref系欲由帶隙參考產(chǎn)生。帶隙參考電壓典型為1.203V，電容器C被放電所需之電壓為2.0V。包含電阻器R及晶體管T4之分壓器應(yīng)備妥，因此電阻器R上才有電壓降約0.8V。如此一電壓直接由電容器上抽頭，與帶隙參考比較將不可能。
恒值電流源系由包含電阻器R及晶體管T3于參考路徑中及包含晶體管T4之電流徑電路產(chǎn)生。在參考路徑中，電阻器Rs與晶體管T3串聯(lián)并在恒值電壓Vconst與參考地電壓0之間。電阻器Rs及恒值電壓Vconst之大小因此規(guī)定何一電流流于參考路徑中。此亦決定何一電流流過晶體管T4。晶體管T1連接在晶體管T4上之控制連接之間，參考-地電位切換晶體管T4。晶體管T2連接在晶體管T3上之控制連接之間，晶體管T4上之控制連接可使電流鏡開啟及關(guān)閉。
如電容器C尚未為其較低電壓位準(zhǔn)，比較器2之比較結(jié)果為一HIGH信號(hào)。如開關(guān)S1為開路，正反器暫設(shè)定，及正反器13之負(fù)輸出qn為HIGH。如數(shù)據(jù)處理單元1現(xiàn)在額外通知機(jī)密相關(guān)之算術(shù)運(yùn)算已終止，電容器可被放電，數(shù)據(jù)處理單元1之輸出14為HIGH，此一信號(hào)加至與門11為第三輸入信號(hào)。結(jié)果，與門11之輸出之電壓位準(zhǔn)改變?yōu)镠IGH，放電作業(yè)于是開始。二相產(chǎn)生器12用以產(chǎn)生二時(shí)間延遲信號(hào)15及16于與門11之輸出信號(hào)。首先，信號(hào)16用以開路晶體管T1，意即晶體管T4可導(dǎo)電。該第二信號(hào)15用以使晶體管T2導(dǎo)電，俾電流鏡電路變?yōu)橹鲃?dòng)，流過電阻器Rs之電流進(jìn)入放電路徑。因放電電流Id為恒值，跨電阻器R上之電壓降亦為恒值，在此實(shí)施例中該電壓被設(shè)定為0.8V。以原有之跨電容器C之2.4V電壓及跨電阻器R之電壓降0.8V，1.6V之電壓加于比較器2之未反相輸出，而參考電壓Vref為1.2V。僅在電容器放電至電壓2V時(shí)，比較器2未反相輸入之電壓小于反相輸入之電壓。在此瞬間，自比較器2之輸出信號(hào)降低，此一在與門11輸入之LOW信號(hào)意謂著后者輸出亦改變?yōu)長(zhǎng)OW。結(jié)果，晶體管T1導(dǎo)電，意即放電晶體管T4不導(dǎo)電，電容器C之放電終止。開關(guān)S1閉合之后，電容器C可被再充電。
自然地電路裝置之不同改進(jìn)均可為此一作業(yè)實(shí)施，當(dāng)備援電容器C由恒值電流Id放電時(shí)，此等電路亦涵蓋于本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種用以控制備援電容器(C)之充放電相之方法，該電容器系供具有數(shù)據(jù)處理單元(1)之資料儲(chǔ)存媒體，該備援電容器(C)連接至數(shù)據(jù)處理單元(1)上之電壓供應(yīng)輸入(6)，方法具有下列步驟數(shù)據(jù)處理單元(1)及備援電容器(C)自供應(yīng)電壓(VCC)隔離，在數(shù)據(jù)處理單元(1)中實(shí)施算術(shù)運(yùn)算，備援電容器(C)連接至供應(yīng)電位(VCC)，其使備援電容器(C)充電，其特征為在備援電容器(C)充電之前，備援電容器(C)利用一恒值電流(id)放電至一預(yù)定電壓。
2.實(shí)施如申請(qǐng)專利范圍第1項(xiàng)方法之電路裝置，具有一備援電容器(C)，其可經(jīng)由一可切換之恒值電流源(3)放電，該備電容器(C)可被連接至一供應(yīng)電位(VCC)，一比較器(2)之第一輸入連接至該備援電容器，其第二輸入有一參考電壓(Uref)加于其上，一控制單元(4；11，12，13)連接至比較器(2)之輸出，該控制單元(411，12，13)可激活開關(guān)S1以連接備援容器(C)至供應(yīng)電位(VCC)，及一開關(guān)(S2T4)以切換恒值電流源(3RS，T3，T4)。
3.如申請(qǐng)專利范圍第2項(xiàng)之電路裝置，，其特征為恒值電流源(3)為一電流鏡電路。
4.如申請(qǐng)專利范圍第2或3項(xiàng)之電路裝置，其特征為控制單元有一正反器(13)及一與門(11)，正反器(13)之一輸出(qn)連接至該與門之第一輸入，及備有一控制輸入連接至與門(11)之第二輸入，比較器(2)之輸出連接至該與門(11)之第三輸入。
5.如申請(qǐng)專利范圍第2項(xiàng)之電路裝置，其特征為該備援電容器(10)經(jīng)由包含一電阻器(R)及晶體管(T4)之串聯(lián)電路放電，俾構(gòu)成一分壓器及在晶體管T4與電阻器(R)間之抽頭電壓與帶隙參考之電壓(Uref)由比較器(2)加以比較。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一方法以控制一資料儲(chǔ)存媒體備援電容器(C)之充電與放電相，該備援電容器(C)在其被充電之前，首先放電至一限定電壓位準(zhǔn)。該電容器利用一恒值電流(id)放電。此舉可保證備援電容器(C)之充電電流無法被用以辨認(rèn)電容器(C)在放電前之充電狀態(tài)。其意義為無法推斷在機(jī)密相關(guān)之算數(shù)運(yùn)算中流過數(shù)據(jù)處理單元(1)之電流。在一優(yōu)異電路裝置中，一恒值電流源(3)由電流鏡電路構(gòu)成，及一比較器(2)用來將備援電容器(C)之電壓與帶隙參考電壓加以比較。
文檔編號(hào)G06K19/073GK1656507SQ01818502
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者S·奇徹特尼格, A·韋德爾 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司