一种具有老化检测和自毁功能的ATD电路模块

一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块
技术领域
1.本发明属于芯片数据安全技术领域，尤其涉及一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块。


背景技术：

2.目前大容量sram芯片的内部采用了atd(address translate detector,地址转换监控电路)模块作为“接口”控制模块，负责sram内部数据写入读出功能。
3.为了保护数据安全，防止非法读取芯片数据，一种方法是令sram芯片在检测到未授权的非法访问后，切断sram的电源以避免攻击者窃取数据。但由于现有的sram芯片技术存在数据残留问题，从而可以通过老化压印的方法部分恢复掉电前存储的信息，这是因为sram存储单元阵列中某一存储单元长期存储固定数据时，对称的两个mos管将发生不同程度的bti(bias temperature instability,偏置温度不稳定性)老化效应，产生永久性阈值电压失配，导致该单元上电后有一定概率(约10％～20％)读出与原存储数值相反的上电初值，用户的使用痕迹无形中通过这种物理层面的方式被记录下来。因此切断sram电源的方法仍然存在数据被读取出来的安全隐患。
4.保护芯片数据安全的另一种方法是在sram芯片中设置防攻击检测与控制电路和自建电源单元，当防攻击检测与控制电路检测到威胁后对sram中的数据进行擦除或改写操作，但这种方法的缺点是芯片电路系统较为复杂，控制信号多，且由于使用额外的电源单元，导致面积开销和功耗较大。同时，在sram长时间待机后，防攻击检测与控制电路会失去检测作用。
5.为预防数据被非法从sram芯片中读取，目前还有一种对芯片进行安全加固的技术，主要是针对防老化压印的问题，增加每个存储单元晶体管的使用数量，但由此一来，同时增加了sram芯片的信号端口，消耗大量的芯片面积与功耗，芯片制造成本也会增加。


技术实现要素：

6.鉴于以上现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块，从sram芯片内部的atd模块入手，通过提供一种具有自毁功能的atd电路模块，提高了sram芯片的数据安全性，同时解决了现有具有安全加固功能的芯片的功耗开销大、制造成本高的问题。
7.一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块，包括：老化检测单元和atd逻辑单元；其中，
8.所述老化检测单元，在检测到芯片达到老化阈值后，输出自毁信号至所述atd逻辑单元；
9.所述atd逻辑单元，用于产生atd数字脉冲信号，其在接收到所述自毁信号后，令所述atd数字脉冲信号失效。
10.进一步地，所述老化检测单元包括缓冲器电路和比较器电路；其中，
11.所述缓冲器电路，用于检测所述atd数字脉冲信号，当捕捉到的所述atd数字脉冲信号为高电平信号时，开启所述比较器电路的比较器，为低电平信号时关闭所述比较器；
12.所述比较器电路，用于在所述比较器开启时，比较所述高电平信号和老化阈值，若所述atd数字脉冲信号的高电平信号比老化阈值低，则输出高电平的自毁信号。
13.进一步地，所述缓冲器电路包括：串联的第一反相器和第二反相器电路；其中，
14.所述第一反相器输入端连接所述atd数字脉冲信号，所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端与所述比较器电路连接。
15.进一步地，所述比较器电路包括：开关mos管、比较器、第一电阻和第二电阻；其中，
16.所述第一电阻与所述第二电阻串联在电源端和接地端之间，所述第一电阻和第二电阻的连接端电连接至所述比较器的正极输入端；所述比较器的负极输入端连接至所述第一反相器的输入端，并接收所述atd数字脉冲信号；所述比较器的接地端连接所述开关mos管的源极；所述比较器的输出端连接所述自毁信号线；所述开关mos管的漏极接地；所述开关mos管的栅极连接所述第二反相器的输出端。
17.进一步地，所述令atd数字脉冲信号失效包括令atd数字脉冲信号的脉宽变窄、消失或为固定电平。
18.进一步地，所述atd逻辑单元包括电子熔断器、弱上拉电路和选址电路；其中，所述电子熔断器位于所述弱上拉电路和所述选址电路之间。
19.进一步地，所述弱上拉电路为pmos晶体管电路；所述pmos晶体管的栅极与片选信号连接，所述片选信号连接sram芯片内部的读写逻辑控制电路；所述pmos晶体管的源极接电源；所述pmos晶体管的漏极连接电子熔断器的第一端。
20.进一步地，所述选址电路为多个nmos晶体管电路；所述多个nmos晶体管以串联方式连接在电源地和所述电子熔断器的第二端之间；所述多个nmos晶体管的栅极分别连接sram芯片内部的地址信号线。
21.进一步地，所述电子熔断器还具有用于接收所述高电压信号的第三端。
22.进一步地，一种包括具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的sram芯片。
23.本发明有益效果如下：
24.本发明在芯片内设置具有自毁功能的atd电路模块，通过检测atd电路模块中atd数字脉冲信号的衰减程度，判断sram芯片的bti老化程度，当老化程度到达老化阈值后，对atd电路的信号进行关闭，芯片内部存储阵列的“接口”自动破坏，使芯片丧失读写功能，无法从芯片中读取数据，提高了sram芯片整体的安全性；该发明结构简单，且具有永久性数据销毁的功能，同时解决了具有安全加固功能的传统sram芯片功耗开销大、芯片制造成本高的问题。
附图说明
25.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明一个实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的结构
图；
27.图2为本发明一个实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的老化检测单元原理图；
28.图3为本发明一个实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的atd逻辑单元原理图；
29.图4为本发明一个实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块在达到老化阈值时的时序图；
30.图5为本发明一个实施例提供的含有具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的sram芯片原理图。
31.附图标记
32.1，老化检测单元；2，atd逻辑单元。
具体实施方式
33.为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于描述本发明的原理，但是应该理解，这些描述只是示例性的，并非用于限定本发明的范围。显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
34.此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明公开的概念。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
35.发明实施例
36.传统sram芯片(静态随机数据存储器)是采用全局静态的设计方式，由地址跳变等控制信号来启动对存储器的操作，不需要其它专用的控制单元，导致其中任何一个输入信号如数据或者地址总线等的跳变均会依次通过后续的电路，因此全静态的电路实现方式对于设计大容量的sram会带来很大的面积和功耗。
37.大容量sram芯片的内部采用了atd(address translate detector,地址转换监控电路)模块作为“接口”控制模块，负责sram内部数据写入读出功能。
38.atd模块的工作原理是：当sram芯片外部输入控制信号，如片选/读写使能信号或地址信号发生改变时，会随即触发sram芯片内部的atd模块产生atd数字脉冲信号，该脉冲信号通过控制sram内部的灵敏放大器和其它模块来完成sram存储单元阵列的读写功能，因此不用等待同步时钟信号，从而大大提高了电路的工作速度，实现了sram芯片的异步工作模式。
39.本发明的一个具体实施例，公开了一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块，所述的atd电路模块能够在检测到电路晶体管达到老化阈值后失去数据接口功能，sram芯片无法进行数据正常读写操作从而永久失效。
40.图1为本实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的结构图。
41.如图1所示，一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块，所述atd电路模块包括老化检测单元1和atd逻辑单元2。
42.所述老化检测单元1，用于检测atd逻辑单元2输出的atd数字脉冲信号的电压，并
控制输出自毁信号。所述老化检测单元1当检测到atd数字脉冲信号在高电平时低于老化阈值电压，则向atd逻辑单元2输出高电平的自毁信号。芯片的老化程度较小时，atd数字脉冲信号在高电平时不低于老化阈值电压，所述老化检测单元1保持自毁信号为低电平状态。
43.老化检测单元1包括缓冲器电路和比较器电路。图2为具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的老化检测单元原理图。
44.如图2所示，缓冲器电路包括串联的第一反相器和第二反相器电路，其中，第一反相器输入端连接atd数字脉冲信号，第一反相器的输出端与第二反相器的输入端连接，第二反相器的输出端与开关mos管的栅极连接。
45.缓冲器电路用于检测atd数字脉冲信号，当捕捉到高电平信号时开启所述比较器电路的比较器，捕捉到低电平信号时关闭所述比较器。
46.所述比较器电路包括开关mos管、比较器、第一电阻和第二电阻。其中，第一电阻与第二电阻组成分压电路，分压出一个阈值电压输入到比较器的正极输入端；比较器的负极输入端连接atd数字脉冲信号；比较器的接地端连接开关mos管的源极；比较器的输出端连接自毁信号线；开关mos管的漏极接地；开关mos管的栅极连接第二反相器的输出端。
47.比较器电路用于在比较器开启时，比较atd数字脉冲信号高电平是否比阈值电压低，如果atd数字脉冲信号高电平比阈值电压低，则自毁信号变为高电平，否则保持自毁信号为低电平。
48.其中，所述阈值电压是芯片的老化阈值，表征了芯片的老化程度，由芯片老化实验或芯片的使用周期确定。
49.所述atd逻辑单元2，包括电子熔断器、弱上拉电路和选址电路，用于控制sram的读写操作，并且能在接收到来自老化检测单元的自毁信号后熔断内部的efuse电子熔断器，使atd电路模块彻底丧失工作能力。
50.更具体地，所述电子熔断器是一种efuse电子熔丝，在正常工作条件下呈现低阻态，当接收到高电压或高电流密度的信号后，熔丝熔断呈现高阻态，原通路变为断路。
51.图3为本实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的atd逻辑单元电路原理图。
52.如图3所示，atd逻辑单元包括1个efuse电子熔断器、n个nmos管和1个pmos管，其中n为sram芯片地址信号线数量。
53.更具体地，弱上拉电路为pmos晶体管电路。所述pmos晶体管的栅极与片选信号连接，所述片选信号连接sram芯片内部的读写逻辑控制电路。pmos晶体管的源极接电源，漏极连接电子熔断器的第一端。
54.如图3所示，选址电路由n个nmos晶体管电路组成。
55.更具体地，n个nmos晶体管以串联方式连接在电源地和电子熔断器的第二端之间。n个nmos晶体管的栅极分别连接sram芯片内部的地址信号线。在正常工作状态下地址信号总线通过n个nmos管产生atd数字脉冲信号，所述atd数字脉冲信号用于驱动sram芯片中的灵敏放大器和预充模块。
56.正常情况下通过控制所述地址信号总线和片选信号，可控制nmos与pmos的通断，从而使所述atd逻辑单元可控地输出atd数字脉冲信号。
57.如图3所示，efuse电子熔断器两极分别连接pmos的漏极和最后一级nmos的源极，
高电压端连接来自老化检测单元的自毁信号。当efuse电子熔断器接收到老化检测单元输出的自毁信号后，会熔断并在当前通路上形成断路，使得atd逻辑单元输出的atd数字脉冲信号的脉宽变窄、消失或为固定电平。atd逻辑单元失效后sram芯片因无法正常读写数据而随之失效。
58.图5为本实施例提供的含有具有老化检测和自毁功能的atd电路模块的sram芯片原理图。
59.如图5所示，sram芯片主要包括读写逻辑控制模块、灵敏放大器、地址信号总线、数据输入输出端口、行译码器、列译码器、sram存储单元阵列、预充模块和atd电路模块。
60.更具体地：
61.读写逻辑控制模块与数据输入输出端口电连接，并电连接sram芯片的片选信号输入端；
62.数据输入输出端口分别与读写逻辑控制模块和灵敏放大器电连接，并电连接sram芯片的数据信号输入端；
63.灵敏放大器分别与数据输入输出端口和列译码器电连接；
64.列译码器分别与地址信号总线、灵敏放大器和sram存储单元阵列电连接；
65.地址信号总线分别与列译码器和行译码器电连接，并电连接sram芯片的地址信号输入端；
66.行译码器分别与地址信号总线和sram存储单元阵列电连接；
67.sram存储单元阵列分别与预充模块、列译码器和行译码器电连接。
68.atd电路模块集成于sram芯片内部，其中：
69.atd电路模块中atd逻辑单元的片选信号端与sram芯片内部读写逻辑控制模块电连接，由sram芯片的片选信号输入端控制；
70.atd电路模块中atd逻辑单元的地址信号端与sram芯片地址信号总线电连接，由sram芯片的地址信号输入端控制；
71.atd电路模块中atd逻辑单元的atd数字脉冲信号端分别与芯片内的预充模块和灵敏放大器电连接，当atd数字脉冲信号端正常发出数字脉冲信号时，能够操控预充模块和灵敏放大器正常工作，从而能够对sram芯片进行数据读写操作。
72.以芯片达到老化阈值为例，结合图4所示的时序图来说明本实施例atd电路模块的工作过程和时序。图4为本实施例提供的具有老化检测和自毁功能的atd电路模块在达到老化阈值时的时序图。如图4所示，当老化检测单元检测到atd数字脉冲信号在高电平时的电压低于阈值电压时，老化检测单元将自毁信号从低电平改为高电平，输出到atd逻辑单元，使atd逻辑单元内部的efuse电子熔断器高电压端加载高电平，经过一个熔断时间，efuse电子熔断器产生熔断，此后atd数字脉冲信号持续输出低电平，sram芯片中灵敏放大器和预充模块失效，无法正常读取，sram完成自毁。
73.本发明提供了一种具有老化检测和自毁功能的atd电路模块，从sram芯片内部的atd模块入手，通过提供一种具有自毁功能的atd安全模块，大大提高了sram芯片的数据安全性，同时具有结构简单，且具有永久性数据销毁的功能，解决了现有具有安全加固功能的芯片的功耗开销大、制造成本高的问题。
74.最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限
制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。