[发明专利]一种用于电磁故障注入的纳秒级电磁脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁脉冲故障注入领域，尤其涉及一种用于电磁故障注入的纳秒级电磁脉冲发生器。

背景技术

随着CMOS工艺特征尺寸的不断缩小，集成电路的电磁兼容性受到了越来越多的关注和研究。电磁故障注入(EMFI)是指利用电磁探头产生的局部强磁场攻击芯片，从而造成芯片内部产生瞬态的感应电压和电流，对被攻击芯片引入故障。电磁故障注入作为一种新型的攻击方法，能对芯片的局部进行攻击并利用密码分析技术来获取其机密信息，被广泛应用。为研发有效的防护措施，需要研究电磁脉冲故障注入对集成电路芯片的故障机理。因此，研制出一台参数可调的电磁脉冲发生器就显得很有必要。

Marx发生器因可方便地通过级联产生高压而被广泛应用于电磁故障注入领域。目前所研制的电磁脉冲发生器虽然产生的脉冲幅值较高、上升时间较短，但是控制电路复杂、实验装置体积庞大，并且由于使用火花间隙等作为开关，其使用寿命和频率受到很大限制，幅值和脉宽的调节也很困难。由于MOSFET开关器件具有紧凑、高重复频率、轻便、低成本和高效率等优点，使其能结合MOSFET驱动电路，产生电流变化率大的脉冲信号，可研制出电路结构简单、成本低、电磁脉冲输出频率和强度可调的纳秒级电磁脉冲发生器。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于电磁故障注入的纳秒级电磁脉冲发生器，采用MOSFET作为Marx发生器的开关器件，基于Hspice软件对电路的仿真分析，指导电路元器件的选取和PCB的设计，实现电磁脉冲输出频率和强度的可控调节。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于电磁故障注入的纳秒级电磁脉冲发生器，包括直流电源、信号发生器、Marx发生器、MOSFET驱动电路和电磁探头，

所述直流电源与所述MOSFET驱动电路、Marx发生器分别连接，为所述MOSFET驱动电路和所述Marx发生器提供电源；

所述MOSFET驱动电路内置有MOSFET驱动芯片、瞬态电压抑制二极管(TVS)、保护电阻(R1)和栅极驱动电阻(Rg)；所述MOSFET驱动芯片的输入端与所述信号发生器的输出端连接，所述MOSFET驱动芯片的输出端与所述栅极驱动电阻(Rg)相连，所述瞬态电压抑制二极管(TVS)与所述栅极驱动电阻(Rg)串联，所述保护电阻(R1)与所述瞬态电压抑制二极管(TVS)并联；

所述Marx发生器包括充电隔离电阻(RC)和一至四级可调Marx电路，所述的充电隔离电阻(RC)的一端与所述直流电源的输出端相连，用于Marx电路的高压与直流电源隔离和充电限流；所述充电隔离电阻(RC)的另一端通过导线与所述Marx电路的第一级电路的二极管的正极连接，每级Marx电路由MOSFET开关、储能电容和二极管组成；在每级所述的Marx电路中二极管的负极通过导线与MOSFET开关和储能电容的并联点连接；所述Marx 电路通过在PCB板上的各级连接处放置跳线帽来改变电路结构；MOSFET开关的栅源极分别与所述MOSFET驱动电路的瞬态电压抑制二极管(TVS)并联，用以避免MOSFET开关栅源极过电压导致器件损坏；当MOSFET开关处于关断状态时，二极管导通形成储能电容的充电电流回路，储能电容并联充电至所述直流电源的设定电压值；当MOSFET开关处于导通状态时，二极管反向截止形成储能电容的放电电流回路，已经充满至预设电压值的储能电容以串联方式对所述电磁探头进行放电，通过控制MOSFET开关的导通时间使电磁探头两端获得相应脉冲宽度的高压纳秒脉冲方波，实现在电磁探头上产生脉宽、频率为设定值的瞬态电磁脉冲；当MOSFET开关重新断开时，对储能电容再次充电。

进一步的，所述电磁探头包括线圈匝数、铜线直径和铁氧体磁芯直径三个参数；通过对所述三个参数的设置得到不同类型的电磁探头，用以产生不同强度的电磁脉冲信号。

进一步的，所述电磁探头所产生的电磁脉冲强度与电磁探头上的电流变化率成正比。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1)本发明采用MOSFET作为Marx发生器的开关器件，使得电磁脉冲发生器的重复频率高，使用寿命长。

2)本发明在MOSFET开关的驱动部分，通过MOSFET驱动芯片和低电阻值的栅极驱动电阻Rg对MOSFET开关进行快速充放电，来提高MOSFET的开关速度，可在电磁探头两端产生上升沿和下降沿均达纳秒级别的电压脉冲，进而在电磁探头上产生脉宽、频率为设定值的瞬态电磁脉冲。