[發明專利]一種用于電磁故障注入的納秒級電磁脈沖發生器

在審

• 申請號: 201711041567.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107818218A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 袁果;劉強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉子文

技術領域

本發明涉及電磁脈沖故障注入領域，尤其涉及一種用于電磁故障注入的納秒級電磁脈沖發生器。

背景技術

隨著CMOS工藝特征尺寸的不斷縮小，集成電路的電磁兼容性受到了越來越多的關注和研究。電磁故障注入(EMFI)是指利用電磁探頭產生的局部強磁場攻擊芯片，從而造成芯片內部產生瞬態的感應電壓和電流，對被攻擊芯片引入故障。電磁故障注入作為一種新型的攻擊方法，能對芯片的局部進行攻擊并利用密碼分析技術來獲取其機密信息，被廣泛應用。為研發有效的防護措施，需要研究電磁脈沖故障注入對集成電路芯片的故障機理。因此，研制出一臺參數可調的電磁脈沖發生器就顯得很有必要。

Marx發生器因可方便地通過級聯產生高壓而被廣泛應用于電磁故障注入領域。目前所研制的電磁脈沖發生器雖然產生的脈沖幅值較高、上升時間較短，但是控制電路復雜、實驗裝置體積龐大，并且由于使用火花間隙等作為開關，其使用壽命和頻率受到很大限制，幅值和脈寬的調節也很困難。由于MOSFET開關器件具有緊湊、高重復頻率、輕便、低成本和高效率等優點，使其能結合MOSFET驅動電路，產生電流變化率大的脈沖信號，可研制出電路結構簡單、成本低、電磁脈沖輸出頻率和強度可調的納秒級電磁脈沖發生器。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種用于電磁故障注入的納秒級電磁脈沖發生器，采用MOSFET作為Marx發生器的開關器件，基于Hspice軟件對電路的仿真分析，指導電路元器件的選取和PCB的設計，實現電磁脈沖輸出頻率和強度的可控調節。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于電磁故障注入的納秒級電磁脈沖發生器，包括直流電源、信號發生器、Marx發生器、MOSFET驅動電路和電磁探頭，

所述直流電源與所述MOSFET驅動電路、Marx發生器分別連接，為所述MOSFET驅動電路和所述Marx發生器提供電源；

所述MOSFET驅動電路內置有MOSFET驅動芯片、瞬態電壓抑制二極管(TVS)、保護電阻(R1)和柵極驅動電阻(Rg)；所述MOSFET驅動芯片的輸入端與所述信號發生器的輸出端連接，所述MOSFET驅動芯片的輸出端與所述柵極驅動電阻(Rg)相連，所述瞬態電壓抑制二極管(TVS)與所述柵極驅動電阻(Rg)串聯，所述保護電阻(R1)與所述瞬態電壓抑制二極管(TVS)并聯；

所述Marx發生器包括充電隔離電阻(RC)和一至四級可調Marx電路，所述的充電隔離電阻(RC)的一端與所述直流電源的輸出端相連，用于Marx電路的高壓與直流電源隔離和充電限流；所述充電隔離電阻(RC)的另一端通過導線與所述Marx電路的第一級電路的二極管的正極連接，每級Marx電路由MOSFET開關、儲能電容和二極管組成；在每級所述的Marx電路中二極管的負極通過導線與MOSFET開關和儲能電容的并聯點連接；所述Marx 電路通過在PCB板上的各級連接處放置跳線帽來改變電路結構；MOSFET開關的柵源極分別與所述MOSFET驅動電路的瞬態電壓抑制二極管(TVS)并聯，用以避免MOSFET開關柵源極過電壓導致器件損壞；當MOSFET開關處于關斷狀態時，二極管導通形成儲能電容的充電電流回路，儲能電容并聯充電至所述直流電源的設定電壓值；當MOSFET開關處于導通狀態時，二極管反向截止形成儲能電容的放電電流回路，已經充滿至預設電壓值的儲能電容以串聯方式對所述電磁探頭進行放電，通過控制MOSFET開關的導通時間使電磁探頭兩端獲得相應脈沖寬度的高壓納秒脈沖方波，實現在電磁探頭上產生脈寬、頻率為設定值的瞬態電磁脈沖；當MOSFET開關重新斷開時，對儲能電容再次充電。

進一步的，所述電磁探頭包括線圈匝數、銅線直徑和鐵氧體磁芯直徑三個參數；通過對所述三個參數的設置得到不同類型的電磁探頭，用以產生不同強度的電磁脈沖信號。

進一步的，所述電磁探頭所產生的電磁脈沖強度與電磁探頭上的電流變化率成正比。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

1)本發明采用MOSFET作為Marx發生器的開關器件，使得電磁脈沖發生器的重復頻率高，使用壽命長。

2)本發明在MOSFET開關的驅動部分，通過MOSFET驅動芯片和低電阻值的柵極驅動電阻Rg對MOSFET開關進行快速充放電，來提高MOSFET的開關速度，可在電磁探頭兩端產生上升沿和下降沿均達納秒級別的電壓脈沖，進而在電磁探頭上產生脈寬、頻率為設定值的瞬態電磁脈沖。