CN104777760B - 超低功耗mcu的安全启动方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低功耗MCU的安全启动方法，超低功耗MCU上电后，利用超低功耗电源监测电路，将MCU芯片内部总复位信号置位“1”，然后启动内部RC振荡电路，同时启动自适应电路工作；自适应电路根据RC振荡电路输出的时钟，每经过1024个时钟进行flash的读操作，读取flash内的flash检测码；如果无法读取到正确的flash检测码，则再经过1024个时钟之后，继续读取flash检测码；直到能够正常读取到正确的flash检测码之后，自适应电路将总复位信号置“0”，然后关闭RC振荡电路，同时使超低功耗MCU芯片正常启动。本发明还公开了一种超低功耗MCU的安全启动电路。本发明能保证超低功耗MCU处于任何工作环境下的正常使用。

Description

超低功耗MCU的安全启动方法及电路
技术领域
本发明涉及高安全性超低功耗MCU(微控制器)技术领域，特别是涉及一种超低功耗MCU的高安全启动方法。本发明还涉及一种实现所述方法的电路。
背景技术
MCU的电源监测包括上电复位，掉电复位，电源电压检测。普通MCU的电源监测电路需要有工作电流来产生精准参考电压，将其与芯片电源电压进行比较后，产生上电复位以及掉电复位。
这种普通MCU使用的是有功耗的电源监测电路，比如芯片最低工作电压为1.6V的话，那么电源监测电路把复位信号释放电压定位1.8V，保证芯片reset(复位)释放后，芯片就可以正常工作。当MCU电源电压低于某一个值时，置位复位信号，以保障MCU处于异常电压时可以保证MCU处于复位状态，增加MCU的抗干扰性以及强壮性。为了让芯片可以随时检测外部电源电压的变化，保障MCU的稳定性，这个电源监测电路要始终开着。普通MCU的电源监测的电流需要10～100μA(SiliconLab的C8051Fxxx的VDD监视器电流为20～50μA；Freescale的MC9S08LG32低电压检测器的电流为90μA；NXP的LPC11xx系列BOD低电压检测器为51μA；Atmel的AT91系列低电压检测器为20μA)，但这部分电流要计入MCU的工作电流以及待机电流。
超低功耗MCU在低功耗模式运行下(比如实时时钟RTC工作，液晶屏幕LCD工作，外部32K晶振工作的功耗1～2μA)一般就是1～2个微安这个范围，10μA～50μA的电流是绝对不被超低功耗MCU所接受的。超低功耗MCU的电源监测电路需要使用超低功耗的电路架构来降低MCU在超低功耗模式下功耗，因为低电流与高精准度是相互矛盾的，这就意味着超低功耗的电源监测无法及时，精确地监测外部电压，只能以Vth的阈值电压来进行监测外部电压，但Vth的阈值电压随着工艺偏差，温度变化而变得十分不精确，对于MCU来说复位的电压变得飘忽不定，让MCU处于危险状态。
TSMC 0.18μm ULL(超低延迟)工艺下的逻辑电路以及flash在1.2V即可工作，所以这种电路结构在常温以及低温下是可以正常工作，即电源监测释放复位信号时的芯片电源电压>1.5V。不过工作在高温情况下，在85摄氏度下，2个Vth大约在0.9V左右释放复位信号，但内部flash还未达到可工作的最低电压，导致MCU读取不到正确的程序数据，MCU跑飞。这在高安全性MCU产品是不可容忍的，会导致***的完全崩溃。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超低功耗MCU的安全启动方法，能降低超低功耗MCU的工作电流，提高超低功耗电源监测电路监测电压的精度，保证超低功耗MCU处于任何工作环境下的正常使用；为此，本发明还要提供一种实现所述方法的电路。
为解决上述技术问题，本发明的超低功耗MCU的安全启动方法是采用如下技术方案实现的：
超低功耗MCU上电后，利用超低功耗电源监测电路，将超低功耗MCU芯片内部总复位信号置位“1”，然后启动MCU芯片内部RCOSC(RC振荡电路)，同时启动自适应电路工作；所述自适应电路根据所述RC振荡电路输出的时钟，每经过1024个时钟进行flash(闪存)的读操作，读取flash内的flash检测码；如果无法读取到正确的flash检测码，则再经过1024个时钟之后，继续读取flash检测码；直到能够正常读取到正确的flash检测码之后，所述自适应电路将所述总复位信号置“0”，然后关闭RCOSC，同时使超低功耗MCU芯片正常启动。
本发明的实现上述方法的超低功耗MCU的安全启动电路，包括：
一超低功耗电源监测电路，用于监测MCU芯片的电源电压；
一MCU芯片内部的RC振荡电路，其振荡频率大于MCU芯片默认工作频率；
一flash，在其读取时间最长区域存储flash检测码；
一寄存器，用于寄存MCU芯片内部总复位信号；
一自适应电路，对所述内部总复位信号进行自适应控制；
所述超低功耗电源监测电路，在MCU上电后将所述总复位信号置位“1”，启动所述RC振荡电路，同时启动自适应电路工作；
所述自适应电路根据所述RC振荡电路输出的时钟，每经过1024个时钟对所述flash进行读操作，读取flash内的flash检测码；如果无法读取到正确的flash检测码，则再经过1024个时钟之后，继续读取flash检测码；直到能够正常读取到正确的flash检测码之后，所述自适应电路将所述总复位信号置“0”，然后关闭RC振荡电路，同时使超低功耗MCU芯片正常启动。
本发明能以较小的硬件代价使得超低功耗MCU可以使用超低功耗电源监测电路，并且自适应地处理电压不稳定情况下复位的有效性，降低超低功耗MCU的工作电流，克服了超低功耗电源监测电路监测电压不准的缺点；自适应电路能够保证对于电压要求最高的电路模块，在最差情况下都可以正常工作，保证超低功耗MCU处于任何工作环境下的正常使用，增强了MCU的稳定性，抗干扰性，安全性，提高了超低功耗MCU的市场竞争力。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是所述超低功耗MCU的安全启动电路一实施例原理图；
图2是Flash检测码在Flash存放区域示意图。
具体实施方式
本发明的总体构思是，如果MCU内部对于电压要求最高的电路模块，在最差情况下都可以正常工作，那么就可以保证MCU芯片正常工作，才启动MCU芯片的所有功能模块工作。
对MCU芯片各模块进行测试后，发现flash模块的可工作最低电压是要求最高的，所以把flash模块对电压的自适应电路作为MCU芯片对电压变化的自适应电路。超低功耗电源监测电路的检查电压随着温度，工艺漂移为0.9V～1.8V，在这个电压下自适应电路是保证可以正常工作。
所述超低功耗MCU的高安全启动方法是采用如下方案实现的：超低功耗MCU上电后，利用超低功耗电源监测电路，将超低功耗MCU芯片(以下简称芯片)内部总复位信号置位“1”，启动内部RCOSC，同时启动自适应电路工作；所述自适应电路根据所述RC振荡电路输出的时钟，每经过1024个时钟进行flash的读操作，读取flash内的flash检测码(比如：AA55)。如果无法读取到正确的flash检测码，则再经过1024个时钟之后，继续读取flash检测码；直到能够正常读取到正确的flash检测码之后，所述自适应电路将所述总复位信号置“0”，然后关闭RCOSC，同时使芯片正常启动。宗旨在于对于电压要求最高的电路模块，在最差情况下都可以正常工作，那么MCU保证可以正常工作。
结合图1所示，实现所述方法的超低功耗MCU的高安全启动电路在下面的实施例中，包括：一超低功耗电源监测电路，一芯片内部的RC振荡电路，一flash；一寄存器，一自适应电路。
所述超低功耗电源监测电路，是一个监测和检测电压不精准的电路，但属于超低功耗电源监测电路。在芯片上电或掉电后再上电时，产生一个芯片内部的总复位信号。因为功耗大约为50nA，所以监测电压偏差较大，在不同温度不同工艺下，所述总复位信号释放电压为0.9V～1.8V，在这个电压下自适应电路是保证可以正常工作。TSMC 0.18μm ULL下为50nA，最极端情况下为0.9V～1.8V释放总复位信号。
所述RC振荡电路，其频率大于芯片默认工作频率，以保证自适应启动电路之后，芯片可以正常工作。该RC振荡电路在接收到所述超低功耗电源监测电路发出的总复位信号后就开始启动。所述RC振荡电路的频率要求不是很精准，但要保证在低压0.7V以下可以正常工作。即这个电压是低于所述电源监测电路的总复位信号释放电压。TSMC 0.18μm ULL下最低工作电压为0.7V。
所述flash，其中存放一个flash检测码，这个flash检测码需要放在flash读取时间最长的区域，比如TSMC flash IP(台积电闪存知识产权)的信息区域。这个区域离开flash数据译码电路最远，寄生的电阻电容最大，因此读取flash的时间最长，以保证MCU读取flash其他区域的正确性。Flash检测码在Flash存放区域示意图参见图2所示。
所述寄存器，用于寄存所述总复位信号。由超低功耗电源监测电路在芯片上电时将其置“1”，总复位信号有效；在读取到flash检测码后，由所述自适应电路将将其置“0”，总复位信号无效。
在芯片处于复位时，flash的地址指向flash检测码的地址，然后每经过RC振荡电路的1024个时钟，所述自适应电路进行flash的读操作，读取flash内的flash检测码(比如：AA55)。如果无法读取到正确的检测码时，需要再经过1024个时钟之后，读取flash检测码；直到能够从flash正常读取到正确的flash检测码之后，自适应电路把内部总复位信号置“0”，关闭RC振荡电路，同时芯片正常启动。
所述flash检测码可以按照制造厂商给出测试flash的内容作为flash检测码，写入flash中，比如0x55AA。如果制造厂商给出0000是最难读取到的数值，那么这个flash检测码写成0x0000。在制造厂商做CP(晶元测试)测试时写入。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超低功耗MCU的安全启动方法，其特征在于：超低功耗MCU上电后，利用超低功耗电源监测电路，将超低功耗MCU芯片内部总复位信号置位“1”，然后启动MCU芯片内部RC振荡电路，同时启动自适应电路工作；所述自适应电路根据所述RC振荡电路输出的时钟，每经过1024个时钟进行flash的读操作，读取flash内的flash检测码；如果无法读取到正确的flash检测码，则再经过1024个时钟之后，继续读取flash检测码；直到能够正常读取到正确的flash检测码之后，所述自适应电路将所述总复位信号置“0”，然后关闭RC振荡电路，同时使超低功耗MCU芯片正常启动。
2.一种超低功耗MCU的安全启动电路，其特征在于，包括：
一超低功耗电源监测电路，用于监测MCU芯片的电源电压；
一MCU芯片内部的RC振荡电路，其振荡频率大于MCU芯片默认工作频率；
一flash，在其读取时间最长区域存储flash检测码；
一寄存器，用于寄存MCU芯片内部总复位信号；
一自适应电路，对所述内部总复位信号进行自适应控制；
所述超低功耗电源监测电路，在MCU上电后将所述总复位信号置位“1”，然后启动所述RC振荡电路，同时启动自适应电路工作；
所述自适应电路根据所述RC振荡电路输出的时钟，每经过1024个时钟对所述flash进行读操作，读取flash内的flash检测码；如果无法读取到正确的flash检测码，则再经过1024个时钟之后，继续读取flash检测码；直到能够正常读取到正确的flash检测码之后，所述自适应电路将所述总复位信号置“0”，然后关闭RC振荡电路，同时使超低功耗MCU芯片正常启动。
3.如权利要求2所述的超低功耗MCU的安全启动电路，其特征在于：所述总复位信号释放电压为0.9V～1.8V，在这个电压下所述自适应电路保证能正常工作。
4.如权利要求2所述的超低功耗MCU的安全启动电路，其特征在于：所述RC振荡电路，在0.7V以下能正常工作。
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