基于有源屏蔽层的高精度电阻检测电路设计

以聚焦离子束攻击和微探针攻击为主的侵入式物理攻击对芯片信息安全造成了严重威胁,有源屏蔽层作为安全芯片抵御侵入式物理攻击的第 1 道防线,由金属屏蔽层和完整性检测电路组成.金属屏蔽层用于遮盖安全芯片的关键模块及连接关系,完整性检测电路用于检测金属屏蔽层是否遭受攻击,二者相互配合来达到保护芯片内部敏感信息的目的.针对数字检测电路无法对重布线攻击进行检测的问题,基于GSMC 130 nm 1.5 V 4P7M工艺设计了用于检测大面积金属屏蔽层固有电阻变化的电阻检测电路.该电路采用全差分处理架构提高了电阻检测精度,消除了温度漂移误差,同时实现了较低的功耗.基于特定的金属屏蔽层布线方案设计了电阻-电压转换电路,将金属屏蔽层固有电阻变化量转换为电压变化量,并设计了 Delta-Sigma 调制器和数字处理电路等,对电压变化量进行采样、量化、编码与比较.该电路实现了对包括重布线攻击在内的各类正面侵入式物理攻击的有效检测,提升了有源屏蔽层的防护能力.后仿真结果表明,该电路能对 5 mm×5 mm 的大面积金属屏蔽层进行电阻检测,能准确识别 75 k?的金属屏蔽层电阻上发生的低至 4? 的微小变化,并产生高电平报警信号对芯片关键信息进行销毁;电路工作在-40～105℃温度范围内,检测周期为 12 ms,检测周期内电路功耗为 24.48 μW,整体版图面积为 370 μm×135 μm.