一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构，包括带隙基准参考电路、电压检测电路、电流源、电流旁路电路、频率报警电路、毛刺滤除电容和低压差线性稳压器；其中，带隙基准参考电路连接电压检测电路，电压检测电路连接电流源和电流旁路电路，电流源连接电流旁路电路，频率报警电路分别连接电流源、电流旁路电路和毛刺滤除电容，毛刺滤除电容连接低压差线性稳压器和外部大容量SIM卡芯片。本发明专利技术设计了新的过流报警方案，在保证电路功耗不超标情况下，有效滤除了数字电路运行时大部分的功耗毛刺，减小了报警次数；有效屏蔽芯片在电源VCC端口的功耗波动，阻止了从电源VCC端口施展的DPA攻击，提升了系统的安全性。提升了系统的安全性。提升了系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构


[0001]本专利技术涉及SIM卡的集成电路
，尤其涉及一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构。

技术介绍

[0002]目前，SIM卡芯片的设计必须满足ISO7816协议，在ISO7816协议中，对于不同电压等级下的功耗有着如下规定：电压等级电流大小ClassA(4.5~5.5V)<10mAClassB(2.7~3.3V)<6mAClassC(1.62~1.78V)<4mA在新一代SIM卡芯片设计中，需要在额定电流下尽可能提升芯片的运行速度；SIM卡芯片运行速度提升除了靠工艺进步，还需要模拟电源系统设计的优化，在有限电流条件下尽可能提升系统运行频率。
[0003]在大容量SIM卡芯片的安全技术上，防止DPA（Differential Power Analysis，差分功耗分析）攻击是关键技术。DPA攻击利用芯片在执行不同指令运算时功耗的变化来分析密码算法、还原秘钥，从而达到攻击的效果。在数字电路设计上通常会通过加入冗余功耗的方式，提升芯片的安全能力。但是随着安全攻击技术的提高，仅仅靠加入数字冗余功耗还不够，还要在模拟电源设计上彻底屏蔽数字功耗的变化，防止芯片功耗波动的泄漏。
[0004]参看图1所示，为现有的SIM卡芯片电源系统框图，主要由带隙基准参考电路（Bandgap Reference，BRG）、电压检测电路（Voltage Detector，VD）、低压差线性稳压器（Low Drop Out Regulator，LDO）、过流保护电路 (Over Current Protection，OCP)电路构成。
[0005]带隙基准参考电路BRG产生基准电压VREF和基准电流IREF，为电压检测电路VD、低压差线性稳压器LDO和过流保护电路OCP提供参考电压Vref和参考电流Iref；电压检测电路VD检测电源VCC的大小，判断电源VCC的Class ABC电压等级，输出电压检测信号VD<1:0>，设定过流保护电路OCP的电流阈值；低压差线性稳压器LDO提供核心电压VDD，低压差线性稳压器OCP检测流过低压差线性稳压器LDO的功率管电流大小，为数字电路提供过流报警信号V
ocp
；I
VCC
为芯片消耗的总电流，I
load
为数字电路消耗的电流；由于模拟电路功耗远小于数字电路功耗，I
VCC
近似等于I
load
，也就是流过低压差线性稳压器LDO中功率管的电流。
[0006]在SIM卡芯片实际工作时，电压检测电路VD检测并判断电源VCC等级，根据电源VCC的Class ABC电压等级为低压差线性稳压器OCP设定阈值电流大小；过流保护电路OCP检测I
load
(I
VCC
)电流大小，一旦超过相应Class ABC电压等级的电流阈值，输出V
ocp
置高报警，降低芯片的运行频率，从而，降低I
load
以满足对应电源VCC等级下额定电流的要求。
[0007]图2为现有的低压差线性稳压器电路结构图。功率管串联在外部电源VCC和内部核心电压VDD之间，数字电路功耗可以直接通过电源VCC来监测，给芯片带来安全风险。
[0008]图3所示，为现有的SIM卡芯片系统功耗运行示意图。其中，如图3所示，分别为系统功耗I
load
、过流保护电路OCP报警电压V
ocp
以及系统运行频率随时间变化的图示，可以看到，一旦I
load
超过阈值I
th
，V
ocp
置高报警，系统频率从高频f
H
下降到低频f
L
，且维持一段时间t
hold
，确保系统满足协议中对电流的要求。
[0009]现有SIM卡芯片电源架构存在的问题如下：1）无法屏蔽SIM卡芯片中数字电路功耗大小。现有的低压差线性稳压器LDO电路结构中，功率管串联在外部电源VCC和内部核心电压VDD之间，SIM卡芯片的数字电路功耗可以直接通过电源VCC来监测，给SIM卡芯片带来安全风险；2）在SIM卡芯片系统运行功耗较大且功耗毛刺较多命令时，低压差线性稳压器LDO需要快速响应来维持核心电压VDD的稳定，也就是低压差线性稳压器LDO功率管中的电流会剧烈变化，很容易超过额定电流值，产生报警消耗，降低系统运行速度；3）因此，如果SIM卡芯片系统的数字功耗毛刺无法滤除，低压差线性稳压器OCP会频繁报警，使系统长时间在低频f
L
运行，大大降低了系统整体运行速度。

技术实现思路

[0010]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构，包括带隙基准参考电路、电压检测电路、电流源、电流旁路电路、频率报警电路、毛刺滤除电容和低压差线性稳压器，设计了新的过流报警系统，在保证电路功耗不超标情况下，有效滤除了数字电路运行时大部分的功耗毛刺，减小了报警次数，提升了系统的安全性。
[0011]为了达到上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构，所述新型电源架构包括带隙基准参考电路、电压检测电路、电流源、电流旁路电路、频率报警电路、毛刺滤除电容和低压差线性稳压器；其中，带隙基准参考电路连接电压检测电路，电压检测电路连接电流源和电流旁路电路，电流源连接电流旁路电路，频率报警电路分别连接电流源、电流旁路电路和毛刺滤除电容，毛刺滤除电容连接低压差线性稳压器和外部大容量SIM卡芯片；带隙基准参考电路产生参考电压和参考电流，连接到电压检测电路、电流源、电流旁路电路、频率报警电路和低压差线性稳压器；电压检测电路检测电源的电压等级，并输出电压检测信号连接到电流源，控制电流源输出电流大小，满足7816协议要求；电流源输出电流连接到电流旁路电路、频率报警电路、毛刺滤除电容和低压差线性稳压器；频率报警电路连接到电流源的输出端，检测输入电源，产生报警信号，控制所述SIM卡芯片中数字电路运行频率；低压差线性稳压器为所述SIM卡芯片中数字电路提供核心电压；毛刺滤除电容滤除所述SIM卡芯片中数字电路运行时的大功耗毛刺。
[0012]本专利技术的适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构，由于采用了上述带隙基准参考电路BGR、电压检测电路VD、电流源CS、电流旁路电路CB、频率报警电路FA、毛刺滤除电容C1和低压差线性稳压器LDO的结构，所获得的有益效果是：1）设计了受电压检测电路VD控制的电流源，根据电源VCC电压等级自动设定系统额定
电流，在满足7816协议的同时，完全屏蔽电源VCC PIN输入端的电流变化；2）去除了传统过流保护电路OCP过流报警电路，设计了新的过流报警方案，在保证电路功耗不超标情况下，有效滤除了数字电路运行时大部分的功耗毛刺，减小了报警次数；3）有效屏蔽芯片在电源V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大容量SIM卡芯片的新型电源架构，其特征在于，所述新型电源架构包括带隙基准参考电路、电压检测电路、电流源、电流旁路电路、频率报警电路、毛刺滤除电容和低压差线性稳压器；其中，带隙基准参考电路连接电压检测电路，电压检测电路连接电流源和电流旁路电路，电流源连接电流旁路电路，频率报警电路分别连接电流源、电流旁路电路和毛刺滤除电容，毛刺滤除电容连接低压差线性稳压器和外部大容量SIM卡芯片；带隙基准参考电路产生参考电压和参考电流，连接到电压检测电路、电流源、电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永成，霍俊杰，孙志亮，
申请(专利权)人：北京紫光青藤微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：