一種光電檢測電路的製作方法

2023-04-28 12:10:21

專利名稱：一種光電檢測電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能完全在CMOS集成電路內部實現的用於確保非/接觸CPU卡晶片安全的光電檢測電路。
背景技術：
非/接觸CPU智慧卡作為一個產品系列，由於可以設置不同的功能、安全性能，容量以及相應的COS，其產品應用領域越來越廣，不同應用領域的需求規模也越來越大。智慧卡控制器通常採用矽片製成。矽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、用可見光或輻射性材料來照射智慧卡的表面、或者改變溫度等這些環境參數，來試圖引入一些錯誤的行為。為了抵禦各種錯誤行為的發生，可以在電路內部加入各種安全檢測電路，安全檢測電路監測到環境參數的臨界值，就會觸發告警，晶片就會設置到安全狀態。電壓傳感器用來檢查電源，時鐘傳感器檢查頻率的不規則行為，而溫度和光傳感器則檢查溫度和光攻擊。隨著半導體工業的迅速發展，集成電路工藝水平的不斷進步，使得在CMOS集成電路內部實現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現光電轉換功能，例如寄生二極體，三極體，光柵結構感光器件等等，由這些器件構成的檢測系統具有低成本，低功耗，高集成度，便於攜帶等優點，因此適用於非/接觸CPU智慧卡領域的應用。傳統的光檢測電路採用分立光電二極體形式，存在著成本高、製作難度大及使用不便的缺點。

發明內容
光電檢測器件是利用物質的光電效應把光信號轉換成電信號的器件。它的性能對光電系統的性能影響很大，如縮小系統的體積、減輕系統的重量、增大系統的作用距離等。 它在軍事上、空間技術和其他的科學技術以及工農業等生產上得到廣泛應用。根據光電檢測器件對輻射的作用方式的不同(或說工作機理的不同)，可分為光子檢測器件和熱電檢測器件兩大類。為了克服現有技術的上述不足和缺陷，本方案提供一種能完全在集成電路內部實現的、而且可採用常規CMOS工藝製作的用於確保非/接觸CPU卡晶片安全的光電檢測電路。本發明通過以下技術方案來實現一種光電檢測電路，包括電子開關、放大電路、偏置電路、選擇電路、參考電壓產生電路、比較電路，其特徵在於還包括光電二極體、積分電容和電阻，所述電子開關的一端連接電源，另一端連接光電二極體的反向端、積分電容和放大電路的反向輸入端，光電二極體的同相端接地，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生電路，參考電壓產生電路連接到比較電路的一個輸入端，比較電路的另一輸入端接放大電路的輸出端。進一步技術方案是，所述的光電二極體是基於smiclSee庫中nwdi0e2r模型，管子大小尺寸為100um*100um，並且去掉版圖頂層metal。進一步技術方案是，所述的光電二極體為去掉頂層金屬的漸ell/I^sub型光電二極體。進一步技術方案是，所述的光電二極體為去掉頂層金屬的N+/Psub型光電二極體。進一步技術方案是，所述的光電二極體為去掉頂層金屬的P+/_ell型光電二極體。進一步技術方案是，所述積分電容為MIM電容器。進一步技術方案是，所述電阻為3t_ckt電阻。進一步技術方案是，比較電路產生告警信號設置臨界值。本發明相對於現有技術，其優點和有益的效果在於首先，本方案採用的光電二極體是建立在CMOS工藝上的模型，它是基於smiclSee 庫中nwdioe2r模型，管子尺寸取100um*100um，將版圖頂層metal去掉實現的。在CMOS工藝中，存在一些寄生器件能實現光電轉換功能，例如寄生二極體，三極體，光柵結構感光器件等等，由這些器件構成的檢測系統具有低成本，低功耗，高集成度，便於攜帶等優點，標準 N阱CMOS工藝存在三種寄生光電二極體，N+/Psub型光電二極體，P+/Nwell型光電二極體， Nwell/Psub型光電二極體，由於每種二極體的結深，P區/N區濃度各不相同，因此在靈敏度，峰值響應波長，暗電流等方面各不相同，所以適合於不同的檢測系統應用。在這三種結構中，Newll/I^sub型和N+/Psub型靈敏度較高。光電二極體利用反偏PN結來收集光生電子-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生光電流，和 CCD器件不同，CMOS光電二極體耗盡區很小，而且和兩側雜質濃度以及反偏電壓有關，雖然兩側區域的擴散電流可以增大轉換效率，但CMOS光電二極體的轉換效率是幾種探測器中最低的，因此必須採用額外的後續電路來提高整體檢測系統的靈敏度。其次，本方案提出的電容跨阻放大結構讀出電路來實現光電二極體產生的光電流到電壓的轉換。所謂的電容跨阻放大結構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。這種結構擁有更高的光電流-電壓轉換增益，同時能夠幫助光電二極體獲得更好的暗電流特性。在一塊晶片內實現光電轉換，信號處理和數位化，避免了傳統方案中的多個檢測環節，大大節省了檢測成本，減小檢測系統體積，提高了檢測靈敏度。最後，本方案提出一種比較電路來監測環境參數的臨界值，給整個卡片產生告警信號，晶片就會設置到安全狀態，以實現本發明在非/接觸CPU智慧卡中起到安全檢測的功能。


附圖為本發明的電路結構圖。圖中1-電子開關，2-光電二極體，3-放大電路，4-積分電容，5-電阻，6_偏置電路，7-選擇電路，8-參考電壓產生電路，9-比較電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本發明所述的一種光電檢測電路包括電子開關1、將光電流信號轉換為電壓信號的放大電路3、給運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生電路8、為產生告警信號設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體2、積分電容4和運放同相端產生基準電壓的小電阻5。電子開關1的一端連接電源，另一端連接CMOS工藝兼容的光電二極體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體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連接到參考電壓產生電路8，參考電壓產生電路8連接到比較電路9的一個輸入端，比較電路9的另一輸入端接放大電路3的輸出端。在上述實施例中，對發明的一種最佳實施方式做了描述，很顯然，在本方案的發明構思下所做出的任何改變都將落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種光電檢測電路，包括電子開關(1)、放大電路(3)、偏置電路(6)、選擇電路(7)、 參考電壓產生電路(8)、比較電路(9)，其特徵在於還包括光電二極體O)、積分電容(4) 和電阻(5)，所述電子開關(1)的一端連接電源，另一端連接光電二極體(2)的反向端、積分電容⑷和放大電路⑶的反向輸入端，光電二極體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)連接到參考電壓產生電路(8)，參考電壓產生電路(8)連接到比較電路(9)的一個輸入端，比較電路(9)的另一輸入端接放大電路(3)的輸出端。
2.根據權利要求1所述的一種光電檢測電路，其特徵在於所述的光電二極體(2) 是基於smicl8ee庫中nwdioe2r模型，管子大小尺寸為100um*100um，並且去掉版圖頂層 metal。
3.根據權利要求2所述的一種光電檢測電路，其特徵在於所述的光電二極體O)為去掉頂層金屬的Nwell/I^sub型光電二極體。
4.根據權利要求2所述的一種光電檢測電路，其特徵在於所述的光電二極體(2)為去掉頂層金屬的N+/Psub型光電二極體。
5.根據權利要求2所述的一種光電檢測電路，其特徵在於所述的光電二極體(2)為去掉頂層金屬的P+/Nwell型光電二極體。
6.根據權利要求1-5所述的任一一種光電檢測電路，其特徵在於所述積分電容(4) 為MIM電容器。
7.根據權利要求1-5所述的任一一種光電檢測電路，其特徵在於所述電阻⑶為3t_ ckt電阻。
8.根據權利要求1所述的一種光電檢測電路，其特徵在於比較電路(9)產生告警信號設置臨界值。
全文摘要
本發明提供一種光電檢測電路，包括電子開關(1)、放大電路(3)、偏置電路(6)、選擇電路(7)、參考電壓產生電路(8)、比較電路(9)，其特徵在於還包括光電二極體(2)、積分電容(4)和電阻(5)，所述電子開關(1)的一端連接電源，另一端連接光電二極體(2)的反向端、積分電容(4)和放大電路(3)的反向輸入端，光電二極體(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)連接到參考電壓產生電路(8)，參考電壓產生電路(8)連接到比較電路(9)的一個輸入端，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 優先權日2011年10月18日
發明者李豔情 申請人:山東華翼微電子技術有限責任公司