毕业设计（论文）题目：异常电压检测电路的设计与仿真学员姓名学号所在单位指导教师完成日期摘要现代社会，如何有效的保证电子芯片正常稳定的工作是我们设计电路时考虑的重点。
为使芯片能够抵抗外界异常环境所带来的故障攻击，我们从故障导入这个环节入手，在芯片内部设臵异常电压检测电路，用来检测工作电压是否超出正常范围。
设计的检测电路主要由基准点压生成模块、电源电压预处理模块和滞回比较器模块构成，电路设计图在LINUX下的Cadence进行设计，将设计完毕的模拟电路图放到HSPICE上模拟仿真，分析电路的整体特性与工作参数。
我们通过修改电路的具体参数完善整个检测电路的功能，最终得到的异常电压检测电路具有高检测速度，低检测误差。
关键词：稳定工作；故障攻击；检测电路；电路设计图；Cadence；HSPICEAbstractModern society, how to effectively guarantee the normal and stable electronic chip is the focus of consideration when we design the circuit. Chips able to resist the fault attack outside abnormal environment, we import from failure this link to start the abnormal voltage detection circuit in the chip set used to detect the voltage is outside the normal range. The design of detection circuit pressure generated by the reference point modules, supply voltage pre-processing module and hysteretic comparator modules, circuit design in the Cadence design in LINUX, simulation schematic design completed on HSPICE simulation, analysis the overall characteristics and operating parameters of the circuit. We modify the circuit parameters to improve the detection circuit, the resulting abnormal voltage detection circuit has a high detection speed, low detection error.Keywords: stable work; fault attack; detection circuit; circuit design; the Cadence; the HSPICE目录第一章绪论 (1)1.1背景 (1)1.2防故障攻击简介 (1)1.3主要研究工作 (2)第二章异常电压检测电路总体架构 (4)2.1电压检测电路设计指标的确定 (4)2.2异常电压检测电路的总体架构 (4)2.2异常电压检测电路各模块结构 (5)第三章异常电压检测电路设计 (8)3.1基准电压生成模块的设计实现 (8)3.2电源电压预处理模块的设计实现 (13)3.3滞回比较器模块的设计实现 (15)3.4异常电压检测电路的整体设计 (16)第四章异常电压检测电路仿真 (18)4.1基准电压源模块的仿真 (18)4.2滞回比较器模块的仿真 (24)4.3检测电路整体仿真 (25)第五章异常电压检测电路参数分析 (29)5.1基准电压源模块 (29)5.2滞回比较器模块 (34)第六章总结与展望 (37)6.1本次设计的收获与经验 (37)6.2对电路设计的展望 (38)参考文献 (39)第一章绪论1.1 背景进入21世纪以来，整个世界正在飞速进入全新的电子化、信息化时代，我们日常的工作与生活无时无刻不在与各种芯片、电路打交道。
但是，电子芯片所处的环境对芯片的工作状态影响很大，复杂的外界环境往往会使电路不能正常工作，严重的甚至损坏芯片，造成不必要的损失。
因此，如何设计才能令芯片与内部电路“发现”异常状况，使电子芯片在复杂的工作环境下（例如异常电压、温度、工作频率及其他方面）能够安全而稳定的工作，是研究设计人员关注的核心问题。
现代社会，无论在集成电路的嵌入式系统中，还是在大规模电子芯片内部，设计人员为有效的保护芯片，通常设臵一定规模的抵抗故障攻击的电路，也就是我们常说的“保护电路”，从而维持芯片正常稳定的工作。
一般而言，对于整个外部故障攻击过程，通常将其分为三个阶段，即：故障导入、故障数据收集、数据分析。
因此，我们对其防护措施同样也主要从上述三个层面进行，设计研究人员在设计电子芯片的保护电话时，一般从防止故障导入、已导入故障检测（防止错误结果输出）、增加分析难度三个层面开展电子芯片抗故障攻击的研究。
但是，从哪个层面入手研究最有效、最便捷，设计花费最小，这是设计人员必须要面对并且要解决的问题。
进一步讲，在确定研究层次的前提下，还需要我们明确在此层面上选择一个具体的方面来设计电路。
所以，从哪个阶段入手，往哪个方面研究就成为我们今天急需解决的问题。
1.2防故障攻击简介1.2.1 防止故障导入故障导入是外部故障攻击实施的前提，也是攻击的首要环节。
防止故障攻击，就是在故障攻击的最初阶段，采取一系列必要的技术手段降低或者削弱故障导入行为对芯片产生的不良影响，或者对故障导入行为进行检测并在结果输出前做出适当的响应。
对于前者的研究方案主要有锁相环、电压稳定电路、特殊封装技术等，为电子芯片提供稳定的运行环境，如电压、频率等。
后者主要是直接针对特定的故障导入方法例如异常电压、频率、温度等，在芯片内部设臵异常检测电路，检测电子芯片的工作环境，当环境参数变化超出允许的范围时，整个系统将被复位或者停止工作。
1.2.2 故障导入检测该类防护措施是针对故障导入行为检测无法奏效时，在进行密码运算的同时进行故障（错误）检测，阻止故障导入产生的错误结果输出。
此类防护措施的典型代表主要有编码检错技术和冗余（重复）执行技术。
编码检错是利用数字通信中的差错校验技术对整个加解密运算过程，或其中关键寄存器、存储器内容进行错误（故障）检测，其核心是选择合适的差错编码方法，并实现相应的检错电路。
冗余执行技术可采用硬件和软件实现，其基本思想是通过硬件或软件多次（包括两次）执行运算过程，并通过比较多次运行结果进行错误检测。
1.2.3 故障分析难度该类防护措施本身不能直接直接防止故障导入行为，也不能检测已导入的外部故障，而主要通过增加故障导入或者故障信息收集与分析的难度，实现抵抗故障攻击的目的。
该类防护措施的典型代表是随机化技术，包括时间随机化、数据随机化等。
时间随机化是通过硬件或软件方法在运算过程中随机插入延迟，使密码操作在时域内随机变化，从而使故障分析所需样本数目剧增，达到增加攻击难度的目的。
而数据随机化则是指在密码操作初始化时，插入一个随机数，并建立起中间变量与该随机数间的一个数据变换，在运算结束后，根据上述数学变换消除随机数对运算结果的影响。
当攻击者在密码操作中导入故障后，破坏了两者间的相关性时，将不能正确去除随机数对运算结果的影响，增加了故障分析的难度。
1.3 主要研究工作根据以上三个层面的故障攻击防御策略和研究思路，我们可以得到这样的结论：相对于已导入故障检测与增加故障分析难度，防止故障导入具有更加明显的优势。
首先，故障导入是实施故障攻击的第一步，也是必经步骤，从防止故障导入这个层面开展电子芯片抗故障攻击技术的研究，既快速又有效，在根本上就遏制了故障对芯片产生的不良影响，做到了防患于未然。
其次，在此层面入手可以在整个电子系统结果输出前做出响应，这样也就减少了很多不必要的时间，尽早判定我们得到的结果是否正确。
第三，根据此层面分析得到的防护措施属于外围辅助防护措施，可在芯片内部电路设计完成后将保护电路集成在同一个硅片上，而后两者则是在电子芯片内部设计实现的，做起来比较麻烦，复杂度高。
我们最终选择的是在芯片内部设臵异常检测电路，用来检测芯片的工作环境，电压、频率、温度是现代集成电路最主要的工作环境参数，使它们不超出指定的范围是芯片正常工作的重要保证。
此次，我选择的是异常电压检测电路的设计。
第二章异常电压检测电路总体架构2.1 电压检测电路设计指标的确定在检测电路设计前，我们必须根据实际的情况和要求来确定它的性能指标，进一步细化电路的各项指标和参数。
依照相关文件和实际情况的需要，综合考虑各种因素，最终确定检测电路的性能指标为：电压检测范围：1.62V—1.98V，滞回电压25mv，响应时间<50ns。
2.2 异常电压检测电路的总体架构异常电压检测电路主要由基准电压生成模块、电源电压预处理模块和滞回比较器模块构成，检测电路的系统架构如图1所示。
图2-1 电压监测电路系统结构其中基准电压生成模块采用经典的基于运放反馈的两级缓冲带隙基准，产生两路和电源电压无关且性能良好的基准电压，再通过电阻的分压产生比较器的阈值电压；预处理模块将电源电压分别和一路基准电压进行一定关系的运算，从而生成两路与基准电压具有相同温度波动并与电源电压成线性关系的采样电压信号，以便后级电路比较之用；滞回比较器模块将预处理模块得到的两路采样电压同一设定的阈值电压相比较，当采样电压值大于高阈值电压时，高压报警信号产生，当采样电压低于低阈值电压时，低压报警信号产生，否则取消报警。
2.2 异常电压检测电路各模块结构2.2.1 基准电压生成模块基准电压生成模块采用经典的基于反馈的两级缓冲带隙基准，如下图所示：PTATStart up BGR coreOPVreg Vref图3-1 两级缓冲带隙基准其优点是可以工作在较低的电源电压下，从而具有低功耗的特性。
运放高增益的特点保证了生成模块的反馈精度，使输出电压稳定，另一方面在输出与电源之间有MOS管隔开，因此电路具有较高的电源抑制比。
基准电压源输出1.24V的基准电压。
基准源的总体简易设计图如下所示：VCCR4 C0vrefR0R1R2R3Q1Q2 vr1vr3vreg自启动电路偏置电路放大器带隙基准核图3-2 带隙基准源电路2.2.2 电源电压预处理模块在实际情况下，由于我们所使用的实际器件的特性并不是理想的，生成的基准电压也并不能保证完全独立于温度，通常有几十个ppm的温漂。
