專利名稱：保護(hù)可編程器件免受過電壓沖擊的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于保護(hù)存儲(chǔ)在可編程器件中的數(shù)據(jù)免受拷貝和/或其他損害的影響，例如場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件(PLD)?？删幊唐骷潜娝苤?。一般地，諸如FPGA的可編程器件含有存儲(chǔ)敏感信息的易失性存儲(chǔ)部件和非易失性存儲(chǔ)部件。例如，用于解密器件中已加密數(shù)據(jù)的加密密鑰可以存儲(chǔ)在可編程器件的易失性寄存器中。沖擊者或其他非法用戶可以使用許多技術(shù)恢復(fù)和/或拷貝該敏感信息。一個(gè)有利的沖擊包括在極端條件下運(yùn)行可編程器件。例如，沖擊者可以將過量電壓應(yīng)用于器件，希望器件將以無法預(yù)測(cè)的方式起作用，潛在地提供不安全地訪問敏感信息。該技術(shù)一般被稱為過電壓沖擊，包括使器件受到突增的瞬間電壓和/或一段時(shí)間內(nèi)升高的電壓電平的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于保護(hù)可編程集成電路免受過電壓沖擊的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了具有寄存器、過電壓檢測(cè)電路、和邏輯電路的可編程集成電路器件。耦合電壓源的寄存器構(gòu)造為存儲(chǔ)至少一個(gè)比特值。過電壓電路構(gòu)造為檢測(cè)由電壓源產(chǎn)生的電壓，以及如果檢測(cè)的電壓大于或等于觸發(fā)電壓，就生成過電壓信號(hào)。依次地，邏輯電路構(gòu)造為只要生成過電壓信號(hào)就清除寄存器。根據(jù)本發(fā)明的額外實(shí)施例，由前述的電壓源為過電壓檢測(cè)電路供電。具體地，由相同的電壓源為過電壓檢測(cè)電路供電，用于檢測(cè)過量電壓。本發(fā)明的理想特征是，當(dāng)控制共享電源時(shí)，過電壓檢測(cè)電路可以繼續(xù)保護(hù)可編程器件。根據(jù)本發(fā)明的額外實(shí)施例，當(dāng)檢測(cè)的電壓小于觸發(fā)電壓，過電壓檢測(cè)電路獲得少量電流。換句話說，過電壓檢測(cè)電路的滲漏(例如，靜態(tài))電流極其少。同樣地，如果由電池為可編程器件供電，那么最小化電池上實(shí)施的過電壓保護(hù)的影響。根據(jù)本發(fā)明的額外實(shí)施例，過電壓檢測(cè)電路包括電壓傳感塊(例如，一連串堆疊的二極管)和用于產(chǎn)生過電壓信號(hào)的開關(guān)電路。該電壓傳感塊具有特征啟動(dòng)電壓，以便于例如只有當(dāng)由電壓源產(chǎn)生的電壓大于或等于該特征啟動(dòng)電壓時(shí)“起動(dòng)”(例如，傳導(dǎo)電流)電壓傳感塊。用這種方式，過電壓檢測(cè)電路的電流消耗保持忽略不計(jì)，除非和直到出現(xiàn)過量電壓。當(dāng)出現(xiàn)過量電壓時(shí)，電壓傳感塊顯示控制信號(hào)，控制信號(hào)隨著由電壓源產(chǎn)生的電壓增加而增加。當(dāng)控制信號(hào)的電壓達(dá)到或超過開關(guān)電路的閾值電壓時(shí)，開關(guān)電路產(chǎn)生過電壓信號(hào)，因此清除寄存器。開關(guān)電路可以是提供類型開關(guān)行為的任何合適的電路結(jié)構(gòu)，例如構(gòu)造為輸出高電壓或低電壓的晶體管?；蛘撸_關(guān)電路可以提供逐漸增加和/或減少的信號(hào)。開關(guān)電路可以包括許多晶體管和/或電阻元件。還提供了構(gòu)造和操作以上所述的可編程集成電路的方法。


一旦結(jié)合附圖考慮下面的詳細(xì)說明書，就將明顯看出本發(fā)明的進(jìn)一步特征、其本質(zhì)和各種優(yōu)勢(shì)，在附圖中相似的引用字符是指相似的零件，在附圖中圖I描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有過電壓檢測(cè)電路的可編程邏輯器件的方框圖；圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖I的過電壓檢測(cè)電路的更詳細(xì)的方框圖；圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖I的過電壓檢測(cè)電路的示例性實(shí)施；和圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的在過電壓檢測(cè)電路中執(zhí)行的示例性步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了防止經(jīng)由過電壓沖擊損害和/或逆向設(shè)計(jì)可編程器件只要懷疑過電壓沖擊，就使器件失去能力和/或擦除存儲(chǔ)在器件上的敏感信息的特征是理想的。因此，本文中描述了用于當(dāng)懷疑過電壓沖擊時(shí)使用示例性的反損害技術(shù)的系統(tǒng)和方法。特別地，本文中描述了過電壓檢測(cè)電路，過電壓檢測(cè)電路檢測(cè)應(yīng)用于可編程器件的電壓，并確定電壓是否超過觸發(fā)電壓值時(shí)。如果電壓超過觸發(fā)電壓值，過電壓檢測(cè)電路可以弓I起邏輯電路擦除存儲(chǔ)在器件上的敏感信息。過電壓檢測(cè)電路是由以這種方式布置的部件組成，當(dāng)應(yīng)用于可編程器件的電壓保持在觸發(fā)電壓值以下時(shí)產(chǎn)生可以忽略不計(jì)的電流消耗。因此，在正常使用中，如果由電池為器件供電，過電壓檢測(cè)電路將最小地影響電池壽命。圖I示出了包括根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的過電壓檢測(cè)電路120、邏輯電路122、和易失性主寄存器124的示例性器件100。邏輯電路122可以是可編程邏輯磁芯的零件，可以根據(jù)用戶編程的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)造可編程邏輯磁芯。在實(shí)施例中，將邏輯電路122編程為例如當(dāng)在器件100上檢測(cè)到非法沖擊(例如，過電壓沖擊)時(shí)清除易失性主寄存器124。清除易失性主寄存器124可以包括用其他數(shù)據(jù)重寫易失性主寄存器124的內(nèi)容，例如所有“O”值、所有“I”值、或其組合。在示例性的實(shí)施例中，器件100是FPGA ;然而，器件100可以是任何其他合適形式的電路。例如，器件100可以是專用集成電路(ASIC)或任何合適的可編程邏輯器件。還應(yīng)當(dāng)理解的是，器件100可以是器件的組合，例如FPGA和ASICJP /或可以包括額外的、獨(dú)立的電路部件。例如，過電壓檢測(cè)電路120可以包括在也包括邏輯電路122和易失性主寄存器124的FPGA內(nèi)?；蛘?，過電壓檢測(cè)電路120可以是單獨(dú)的ASIC的零件，或可以由耦合邏輯電路122的離散電路部件組成。在某些實(shí)施例中，器件100包括不同類型的易失性寄存器和非易失性寄存器，用于存儲(chǔ)例如加密密鑰、安全選項(xiàng)信息、和/或安全選項(xiàng)結(jié)構(gòu)。然而，由于間接性，在圖1-3中只示出了易失性主寄存器124。易失性主寄存器124可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的寄存器，用于存儲(chǔ)比特。在一個(gè)實(shí)施例中，易失性主寄存器124包括許多易失性寄存器，用于存儲(chǔ)加密密鑰。
特別地，易失性主寄存器124可以用于存儲(chǔ)加密密鑰，其中加密密鑰用于解密和/或加密例如結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在某些方法中，加密密鑰基于高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)。將在同此文同時(shí)提出申請(qǐng)的共同審理中的一般授讓的美國(guó)專利申請(qǐng)13/097，205和13/098，315 (分別是代理人案號(hào)000174-0710-101/A03696和0001740713101/A03699)中更詳細(xì)地討論關(guān)于加密密鑰的不同實(shí)施例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和加密密鑰在加密與解密中的用途，因而這兩篇申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容以參考方式包括進(jìn)本發(fā)明。在某些實(shí)施例中，過電壓檢測(cè)電路120、邏輯電路122、和易失性主寄存器124共享同一個(gè)電壓源(VBAT) 110。因此，由同一個(gè)電壓電源為過電壓檢測(cè)電路120供電，用于監(jiān)控過量的電壓。然而，盡管過電壓檢測(cè)電路120、邏輯電路122、和易失性主寄存器124被描述為共享電壓電源110，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用一個(gè)或多個(gè)其他的電壓源。例如，可以由另一個(gè)電壓源為過電壓檢測(cè)電路120供電，當(dāng)過電壓檢測(cè)電路120應(yīng)用于易失性主寄存器124時(shí)可以監(jiān)控電壓源110。
在某些實(shí)施例中，過電壓檢測(cè)電路120檢測(cè)何時(shí)電壓源110大于或等于已知的觸發(fā)電壓。例如，觸發(fā)電壓可以是大于器件的正常工作電壓的任何電壓。下面關(guān)于圖2和圖3將進(jìn)一步討論過電壓檢測(cè)電路120的組成，但是應(yīng)當(dāng)理解，任何合適的電路可以用于確定何時(shí)電壓源110超過或等于觸發(fā)電壓。例如，可以使用電壓傳感器件和比較器?；蛘撸缫韵滤懻摰?，可以使用二極管管組和晶體管。當(dāng)過電壓檢測(cè)電路120檢測(cè)到電壓源110大于或等于已知的觸發(fā)電壓時(shí)，可以生成過電壓信號(hào)130。在示例性的實(shí)施例中，信號(hào)130提供給邏輯電路122。例如，過電壓檢測(cè)電路120的輸出可以耦合、或直接連接邏輯電路122的輸入。如上所述，邏輯電路122包括用于清除易失性主寄存器124的邏輯電路。例如，當(dāng)邏輯電路122接收過電壓信號(hào)130時(shí)，邏輯電路122可以通過通信路徑132重寫存儲(chǔ)在易失性主寄存器124中的數(shù)據(jù)。圖2更詳細(xì)地描述了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的圖I的過電壓檢測(cè)電路120。特別地，圖2示出了與圖I的器件100基本相似的示例性器件200。如圖所示，過電壓檢測(cè)電路120可以包括電壓傳感電路220 (本文中也被稱為電壓傳感塊)和開關(guān)電路222。電壓傳感電路220可以耦合電壓源110，以及在某些實(shí)施例中，可以由電壓源110為電壓傳感電路220供電。相似地，開關(guān)電路222可以耦合電壓源110，以及在某些實(shí)施例中，可以由電壓源110為開關(guān)電路222供電。盡管未描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，在某些實(shí)施例中，電壓傳感電路220和/或開關(guān)電路222可以耦合電壓源110，但是是由除了電壓源110以外的電壓源為其供電。電壓傳感電路222可以檢測(cè)何時(shí)電壓源110大于或等于已知的閾值電壓，依次地，可以生成控制信號(hào)230?？刂菩盘?hào)230可以提供給開關(guān)電路222，作為響應(yīng)開關(guān)電路222可以生成過電壓信號(hào)130。如上所討論的，參考圖1，過電壓信號(hào)130可以提供給邏輯電路122，然后，邏輯電路清除易失性主寄存器124的內(nèi)容。在某些實(shí)施例中，電壓傳感電路220具有特征啟動(dòng)電壓也就是說，電壓傳感電路220所處的電壓開始傳導(dǎo)電流。此外，開關(guān)電路222可以具有閾值電壓(或“啟動(dòng)”電壓)，在該閾值電壓點(diǎn)開關(guān)電路開始傳導(dǎo)電流。因此，當(dāng)電壓源110達(dá)到特征啟動(dòng)電壓時(shí)，因而啟動(dòng)電壓傳感電路220 (生成控制信號(hào)230作為結(jié)果)，開關(guān)電路222仍保持不活動(dòng)。作為替代，隨著電壓源110生成的電壓增加，控制信號(hào)230依次地增加，直到控制信號(hào)230達(dá)到開關(guān)電路222的閾值電壓。一旦控制信號(hào)230達(dá)到開關(guān)電路222的閾值電壓，開關(guān)電路222就開始傳導(dǎo)電流，并可以作為響應(yīng)生成過電壓信號(hào)130?？偠灾挥挟?dāng)電壓電源110生成的電壓達(dá)到或超過特征啟動(dòng)電壓(電壓傳感電路220的)和閾值電壓(開關(guān)電路222的)時(shí)，才可以根據(jù)某些實(shí)施例生成過電壓信號(hào)130。該電壓總和等于過電壓檢測(cè)電路120的觸發(fā)電壓(以上所述)。開關(guān)電路222可以是提供類似開關(guān)操作行為的任意合適結(jié)構(gòu)的電路，例如構(gòu)造為輸出高電壓或低電壓的晶體管。由將低電壓迅速轉(zhuǎn)換為高電壓(或電流)和/或反之亦然的輸出限定類似開關(guān)的行為?；蛘?，在某些實(shí)施例中，開關(guān)電路提供更多逐漸增加和/或降低的信號(hào)。在后者的實(shí)施例中，當(dāng)過電壓信號(hào)130達(dá)到充分高(或充分低)的值時(shí)，邏輯電路122可以清除易失性主寄存器124的內(nèi)容。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)電路122包括單個(gè)晶體管和單個(gè)電阻器，如下面參考圖3所述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，開關(guān)電路122可以包括許多晶體管和/或電阻元件。在示例性的實(shí)施例中，電壓傳感電路220和/或開關(guān)電路222可以在正常工作條件下不活動(dòng)，例如，當(dāng)電壓源110的電壓小于特征啟動(dòng)電壓(電壓傳感電路220)時(shí)。例如， 222內(nèi)的部件所需的電壓。同樣地，可以忽略電壓傳感電路220和/或開關(guān)電路222的滲漏電流(例如，靜態(tài)電流)。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電壓傳感電路220在正常工作條件下可以是名義上活動(dòng)的，開關(guān)電路222保持不活動(dòng)直到電壓源110的電壓達(dá)到或超過觸發(fā)電壓。也就是說，當(dāng)開關(guān)電壓222具有閾值電壓時(shí)，觸發(fā)開關(guān)電路222所需的總電壓可以高于起動(dòng)電壓傳感電路220所需的總電壓。因此，器件200可以在起動(dòng)電壓傳感電路220而不是起動(dòng)開關(guān)電路222的電壓條件安全地工作。此外，電壓傳感電路220可以構(gòu)造為傳導(dǎo)在該標(biāo)稱條件期間的最小電流，因此降低過電壓檢測(cè)電路120的標(biāo)稱靜態(tài)電流。盡管本文中主要描述了具有閾值電壓的開關(guān)電路222，但是應(yīng)當(dāng)理解，在某些實(shí)施例中，開關(guān)電路222不具有閾值電壓，或具有可以忽略不計(jì)的閾值電壓。在這些實(shí)施例中，開關(guān)電路222可以響應(yīng)從電壓傳感電路220接收控制信號(hào)230立刻產(chǎn)生過電壓信號(hào)130。也就是說，開關(guān)電路222可以進(jìn)一步起到一旦起動(dòng)電壓傳感電路220 (例如，當(dāng)由電源110生成的電壓達(dá)到或超過電壓傳感電路220的起動(dòng)電壓時(shí))就生成過電壓信號(hào)130的作用。圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的圖I的過電壓檢測(cè)電路120的示例性實(shí)施。具體地，圖3示出了與圖I的器件100基本相似的示例性的器件300。如圖所示，過電壓檢測(cè)電路120包括二極管管組320、阻抗330與340、和晶體管350。二極管管組320可以包括許多二極管(例如，三個(gè)二極管)。在某些實(shí)施例中，這些二極管串聯(lián)在一起，而在其他的實(shí)施例這些二極管并聯(lián)在一起。然而，應(yīng)當(dāng)理解，二極管管組320內(nèi)的二極管可以按照任意合適的結(jié)構(gòu)連接，可以包括許多串行連接和/或并行連接。在一個(gè)實(shí)施例中，二極管管組320中的二極管是低漏電流二極管。選擇二極管的類型和數(shù)目，以便于在每個(gè)二極管的正向電壓降總和等于期望的特征啟動(dòng)電壓。例如，如果要求2. I伏特的特征啟動(dòng)電壓，那么可以選擇每個(gè)二極管均具有O. 7伏特正向電壓降的三個(gè)二極管。由于這些二極管串聯(lián)在一起，所以二極管管組320并不會(huì)傳導(dǎo)電流，除非和直到電壓源110達(dá)到或超過2. I伏特。在本文中二極管的正向電壓降也被稱為“啟動(dòng)”電壓。
如圖3中所示，二極管管組320可以耦合電源110、阻抗330、和晶體管350端子。特別地，二極管管組320可以被認(rèn)為是兩端子器件，其中一個(gè)端子耦合電源110，另一個(gè)端子連接阻抗330和晶體管350。二極管管組320可以含有許多彼此串聯(lián)的二極管(例如，三個(gè)二極管)，二極管定向，以便于當(dāng)起動(dòng)時(shí)，電流通過每個(gè)二極管從電源流入阻抗330中。當(dāng)電流流過阻抗330時(shí)，電壓出現(xiàn)在連接二極管管組320和阻抗330與晶體管350的節(jié)點(diǎn)。該電壓可以起動(dòng)晶體管350，引起晶體管傳導(dǎo)電流(例如，當(dāng)在前述節(jié)點(diǎn)的電壓超過晶體管350的閾值電壓時(shí))。阻抗330可以是電阻器、或任何其他合適的電阻元件。阻抗330的一個(gè)端子可以連接二極管管組320和晶體管350，而另一個(gè)端子可以連接局部電接地。阻抗330可以是任意合適的值，但是在示例性的實(shí)施例中，阻抗330是相對(duì)較大的電阻。例如，阻抗330可以是足夠大的電阻器，以便于一旦電源110達(dá)到等于二極管管組320的特征電壓和晶體管的閾值電壓總和的電壓電平，晶體管350就開始傳導(dǎo)電流。該阻抗值也起到限制當(dāng)電壓電源110無法起動(dòng)晶體管250但是可以起動(dòng)二極管管組320時(shí)流過二極管管組320和阻抗330的電流量，例如，當(dāng)器件300受到電源110的中間電壓的影響時(shí)過電壓檢測(cè)電路120的靜態(tài) 電流。 阻抗340也可以是電阻器、或任何其他合適的電阻元件。阻抗340的一個(gè)端子可以耦合電源110，而另一個(gè)端子可以連接晶體管350和/或邏輯電路122。在一個(gè)實(shí)施例中，阻抗340是10千歐姆的電阻器。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他的實(shí)施例中，阻抗340可以是任意合適值的電阻器。例如，阻抗340可以具有適合于一旦起動(dòng)晶體管350就使得晶體管350產(chǎn)生過電壓信號(hào)130的電阻值(例如，阻抗340大到當(dāng)電源110達(dá)到觸發(fā)電壓時(shí)使得過電壓信號(hào)130的電壓電平充分降低，但是小到足以充分驅(qū)動(dòng)晶體管350)。然而，當(dāng)電源110生成等于或高于觸發(fā)電壓的電壓時(shí)，阻抗340的電阻沒有小到阻止或防止在連接阻抗340與晶體管350的節(jié)點(diǎn)的電壓降低至觸發(fā)寄存器清除邏輯電路122的功能必需的電壓水平。晶體管350可以是任意合適的晶體管。例如，晶體管350可以是金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，例如η-通道MOSFET (NMOS)晶體管。應(yīng)當(dāng)理解，代替晶體管350，可以使用任意合適的開關(guān)部件，只要無論何時(shí)二極管管組320起動(dòng)開關(guān)輸出信號(hào)。在圖3中，當(dāng)電源110達(dá)到或超過觸發(fā)值時(shí)，二極管管組320變得起作用(例如，傳導(dǎo)電流)和開始起動(dòng)晶體管350。例如，如果二極管管組320中的每個(gè)二極管具有O. 7伏特的正向電壓降，和如果晶體管350也具有O. 7伏特的接通電壓(例如，閾值電壓)，那么當(dāng)電源110達(dá)到2. 8伏特(例如，觸發(fā)電壓是2. 8伏特)時(shí)就將開始提供過電壓信號(hào)130。因此，可以選擇二極管管組320中的二極管數(shù)目和類型，以便于當(dāng)對(duì)二極管的正向電壓和晶體管350的閾值電壓求和時(shí)，總電壓等于期望的觸發(fā)電壓。晶體管350可以是三端器件。例如，在MOSFET的情形中，晶體管350可以具有柵極、源極、和漏極。在所描述的實(shí)施例中，晶體管350的柵極連接結(jié)合二極管管組320和阻抗330的節(jié)點(diǎn)；漏極連接結(jié)合阻抗340和邏輯電路122的節(jié)點(diǎn)；以及源極連接局部接地。應(yīng)當(dāng)理解，晶體管350的方向可以依賴于器件類型改變，例如當(dāng)使用P-通道MOSFET (PMOS)晶體管時(shí)，可以交換源極位置和漏極位置。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管350具有與二極管管組320中二極管相同的接通電壓。然而，晶體管350的接通電壓可以不同于二極管320中二極管的接通電壓，例如，取決于期望的準(zhǔn)確觸發(fā)電壓。盡管未描述任何介于其間的電路元件，但是一個(gè)或多個(gè)電路元件可以串聯(lián)在圖2的過電壓檢測(cè)電路120的部件之間。相似地,額外的電路元件可以并聯(lián)過電壓檢測(cè)電路120的部件。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，較大的旁路電容器可以與二極管管組320和阻抗330并聯(lián)，從而保護(hù)電路不受靜電放電的影響。而且，應(yīng)當(dāng)理解，可以移除和/或用另一個(gè)元件代替圖3中描述的一個(gè)或多個(gè)部件。通過利用二極管管組320提供了理想技術(shù)，當(dāng)二極管傳導(dǎo)不起作用的最小電流時(shí)檢測(cè)過量電壓。例如，只要電源Iio提供的電壓小于特征啟動(dòng)電壓(例如，器件300的正常工作條件)，二極管管組320保持不起作用，因此在連接電池上有幾乎很少或無漏極。另一方面，二極管管組320立刻響應(yīng)應(yīng)用的過量電壓，例如，電源110—旦提供了等于特征啟動(dòng)電壓的電壓就起動(dòng)二極管。因此，二極管管組320為由靜態(tài)中的低漏電流電流表征的電壓檢測(cè)提供了高度響應(yīng)的解決方案。然而，應(yīng)當(dāng)理解，代替二極管可以使用其他合適的部件。例如，代替二極管管組320可以使用一個(gè)或多個(gè)電阻元件。在這種情況中，必須仔細(xì)地選擇電阻元件和阻抗330的值，以便于只有當(dāng)電源110達(dá)到或超過期望的觸發(fā)電壓時(shí)生成的分 壓器起動(dòng)晶體管350。圖4示出了用于保護(hù)可編程集成電路器件免受過電壓沖擊的示例性過程400。在步驟410，檢測(cè)可編程集成電路器件(例如，應(yīng)用的電壓)的電池連接線上的電壓。例如，可以檢測(cè)圖I-圖3的電壓電源110。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓檢測(cè)包括確定電池連接線上準(zhǔn)確的電壓值或所檢測(cè)的電壓所處的電壓電平范圍。例如，可以對(duì)電壓進(jìn)行采樣，并與其他已知的電壓進(jìn)行比較。在其他的實(shí)施例中，相比之下，僅僅由電路接收電壓。例如，在圖I-圖3中，過電壓電路120耦合電源110，因此，可以使用電源110。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)際上由電源110為過電壓檢測(cè)電路120供電。在步驟420，確定所檢測(cè)的電壓是否超過(或等于)觸發(fā)電壓。觸發(fā)電壓可以是預(yù)定值。在某些實(shí)施例中，觸發(fā)電壓是起動(dòng)、發(fā)動(dòng)圖I-圖3的過電壓電路120內(nèi)的電路所需的電壓。例如，如圖3中所示，觸發(fā)電壓是二極管管組320中每個(gè)二極管的正向電壓降和起動(dòng)晶體管350所需的閾值電壓的總和。在其他的實(shí)施例中，觸發(fā)電壓是由另一個(gè)電路輸出的電壓、或是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的電壓值、或任何其他合適的電壓電平或值。為了確定所檢測(cè)的電壓是否超過(或等于)觸發(fā)電壓，可以使用任意合適的電路或軟件。在一個(gè)實(shí)施例中，電路可以構(gòu)造為保持暫?；顒?dòng)(或“關(guān)閉”)直到達(dá)到觸發(fā)電壓；電路是起作用的(或“打開”)表明所檢測(cè)的電壓超過(或等于)觸發(fā)電壓。例如，圖3的晶體管350構(gòu)造為只有當(dāng)達(dá)到觸發(fā)電壓時(shí)才傳導(dǎo)電流，否則保持不起作用，如以上關(guān)于圖3所討論的。然而，在其他的實(shí)施例中，可以使用比較器(例如，在硬件或軟件中實(shí)施)確定所檢測(cè)的電壓是否超過(或等于)觸發(fā)電壓。例如，可以利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)電池連接線上的電壓進(jìn)行采樣，并與存儲(chǔ)的觸發(fā)電壓值進(jìn)行比較，從而確定電池連接線上的電壓是否超過(或等于)觸發(fā)電壓。舉另一個(gè)例子來說，可以利用比較器電路將電池連接線上的電壓與觸發(fā)電壓進(jìn)行比較。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用根據(jù)不同的實(shí)施例的比較觸發(fā)值和檢測(cè)電壓的任意合適的裝置。在步驟430，如果所檢測(cè)的電壓低于觸發(fā)電壓，那么過程400返回至步驟410，并繼續(xù)監(jiān)控器件的電池連接線上的電壓。另一方面，如果所檢測(cè)的電壓超過或等于觸發(fā)電壓，那么過程400繼續(xù)進(jìn)行步驟440。在步驟440，可以擦除器件內(nèi)的敏感信息。例如，可以用“O”值、“I”值、或其組合重寫一個(gè)或多個(gè)易失性寄存器(例如，存儲(chǔ)加密密鑰)的內(nèi)容。參考圖I-圖3，由邏輯電路122接收過電壓信號(hào)130(當(dāng)電壓電源110達(dá)到觸發(fā)電壓時(shí)提供)，然后清除易失性寄存器124。實(shí)際上，過程400中所示的一個(gè)或多個(gè)步驟可以與其他步驟組合起來以任意合適的順序執(zhí)行、并行(例如，同時(shí)或基本同時(shí))執(zhí)行、或移除。例如，步驟410和420可以組合起來，因此同時(shí)執(zhí)行檢測(cè)電壓電源和確定所檢測(cè)電壓是否超過觸發(fā)值。也就是說，圖3的器件300可以同時(shí)執(zhí)行在這個(gè)范圍內(nèi)的這些步驟，以便于過電壓電路120響應(yīng)電源110達(dá)到或超過觸發(fā)電壓生成過電壓信號(hào)130。代替單獨(dú)地檢測(cè)電壓電平和確定檢測(cè)電壓電平是否超過觸發(fā)值，過電壓信號(hào)130的電路簡(jiǎn)單地構(gòu)造為當(dāng)條件是真(如上所述)時(shí)“起動(dòng)”電路。 最后，可以利用硬件和/或軟件以任意合適方式的任意合適組合執(zhí)行過程400。所呈現(xiàn)的本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為了示出而非限制，以及僅僅通過本發(fā)明遵循的權(quán)利要求限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種可編程集成電路器件，包含 構(gòu)造為存儲(chǔ)至少一個(gè)比特的值的寄存器，所述寄存器耦合應(yīng)用電壓源； 過電壓檢測(cè)電路，構(gòu)造為 檢測(cè)由所述應(yīng)用電壓源生成的電壓；和 如果所述檢測(cè)的電壓大于和/或等于觸發(fā)電壓，生成過電壓信號(hào)； 和 邏輯電路，構(gòu)造為響應(yīng)所述生成的過電壓信號(hào)清除所述寄存器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可編程集成電路器件，其中由所述應(yīng)用電壓源為所述過電壓檢測(cè)電路供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可編程集成電路器件，其中如果所述檢測(cè)的電壓小于所述觸發(fā)電壓，那么所述過電壓檢測(cè)電路消耗可以忽略不計(jì)的電流的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可編程集成電路器件，其中所述過電壓檢測(cè)電路包含 電壓傳感塊，其耦合至所述應(yīng)用電壓源，所述電壓傳感塊具有特征啟動(dòng)電壓，其中所述電壓傳感塊被構(gòu)造為如果由所述應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓超過或等于所述特征啟動(dòng)電壓，則產(chǎn)生控制信號(hào)；和 開關(guān)電路，構(gòu)造為響應(yīng)所述控制信號(hào)產(chǎn)生所述過電壓信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可編程集成電路器件，其中所述電壓傳感塊包含一組堆疊的二極管，其中每個(gè)所述二極管均具有接通電壓，以及其中所述特征啟動(dòng)電壓是所述二極管管組中每個(gè)所述二極管的所述接通電壓的總和。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可編程集成電路器件，其中所述開關(guān)電路具有閾值，所述觸發(fā)電壓等于所述特征啟動(dòng)電壓和所述閾值電壓的總和，以及所述開關(guān)電路構(gòu)造為，如果由所述應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓超過或等于所述觸發(fā)電壓，就響應(yīng)所述控制信號(hào)產(chǎn)生所述過電壓信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可編程集成電路器件，其中所述開關(guān)電路包含耦合所述應(yīng)用電壓源的晶體管。
8.一種可編程集成電路器件，包含 寄存器，其耦合應(yīng)用電壓源，所述寄存器構(gòu)造為存儲(chǔ)至少一個(gè)比特值； 過電壓檢測(cè)電路，包含 耦合所述應(yīng)用電壓源的一組堆疊二極管，如果由所述應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓大于和/或等于特征啟動(dòng)電壓，那么所述堆疊二極管可操作地傳導(dǎo)電流，其中所述特征啟動(dòng)電壓是起動(dòng)所述堆疊的二極管管組中每個(gè)二極管所需的總電壓；和 耦合所述堆疊二極管和所述寄存器的晶體管，如果由所述應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓大于和/或等于所述特征啟動(dòng)電壓和閾值電壓的總和，那么所述晶體管可操作地生成過電壓信號(hào)，其中所述閾值電壓是起動(dòng)所述晶體管所需的電壓；和 邏輯電路，所述邏輯電路可操作地響應(yīng)所述生成的過電壓信號(hào)清除所述寄存器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程集成電路器件，其中所述過電壓檢測(cè)電路進(jìn)一步包含 第一阻抗，所述第一阻抗耦合所述堆疊二極管組、所述晶體管和局部接地；和 第二阻抗，所述第二阻抗耦合所述應(yīng)用電壓源、所述晶體管和所述寄存器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可編程集成電路器件，所述第一阻抗和所述第二阻抗均是電阻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可編程集成電路器件，所述晶體管是NMOS晶體管，以及其中所述晶體管的柵極耦合所述堆疊二極管組和所述第一阻抗，所述晶體管的漏極耦合所述第二阻抗和所述寄存器，和所述晶體管的源極耦合所述局部接地。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程集成電路器件，其中所述堆疊二極管管組包含三個(gè)低漏電流二極管，以及其中所述特征啟動(dòng)電壓基本上等于2. I伏特。
13.一種保護(hù)可編程集成電路器件免受過電壓沖擊的方法，所述方法包含 利用過電壓檢測(cè)電路檢測(cè)由應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓； 如果所述檢測(cè)的電壓大于和/或等于觸發(fā)電壓，則利用所述過電壓檢測(cè)電路生成過電壓信號(hào)；和 利用邏輯電路響應(yīng)所述生成的過電壓信號(hào)清除寄存器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包含通過所述應(yīng)用電壓源提供功率給所述過電壓檢測(cè)電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中如果所述檢測(cè)電壓小于所述觸發(fā)電壓，則所述過電壓檢測(cè)電路消耗可以忽略不計(jì)的電流的量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述過電壓檢測(cè)電路包含每個(gè)二極管均具有接通電壓的一組堆疊二極管，以及其中如果由所述應(yīng)用電壓源大于和/或等于所述堆疊二極管中每個(gè)二極管的接通電壓總和，那么起動(dòng)所述堆疊的低漏電流二極管管組。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述過電壓檢測(cè)電路進(jìn)一步包含具有閾值電壓的晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中生成所述過電壓信號(hào)包含，如果由所述應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓大于和/或等于所述堆疊二極管管組中每個(gè)二極管的接通電壓和所述閾值電壓的總和，那么利用所述晶體管生成所述過電壓信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，清除所述寄存器包含用其他數(shù)據(jù)重寫易失性主寄存器。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測(cè)由所述應(yīng)用電壓源產(chǎn)生的電壓包含檢測(cè)突增的瞬時(shí)電壓和持續(xù)一段時(shí)間的增加電壓中的至少一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于保護(hù)可編程集成電路器件免受過電壓沖擊的系統(tǒng)和方法。一般地，諸如FPGA的可編程器件含有可以存儲(chǔ)敏感信息的易失性存儲(chǔ)寄存器。為了防止可編程器件的損害和/或逆向設(shè)計(jì)，當(dāng)懷疑存在過電壓沖擊時(shí)，可以使用過電壓檢測(cè)電路使器件無法工作和/或擦除存儲(chǔ)在器件上的敏感信息。特別地，一旦過電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到施加于可編程器件的電壓超過觸發(fā)電壓，那么可以引起邏輯電路擦除存儲(chǔ)在器件上的敏感信息。理想地，過電壓檢測(cè)電路包括的部件可被設(shè)置為當(dāng)通過例如電池施加于可編程器件的電壓低于觸發(fā)電壓時(shí)，需要可以忽略不計(jì)的電流消耗。
文檔編號(hào)G11C7/24GK102760484SQ201210134168
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者B·B·彼得森, D·里斯 申請(qǐng)人:阿爾特拉公司