关于反熔丝FPGA的结构和原理以及其在密码芯片设计中的运用浅析

时间:2025-08-03  作者:Diven  阅读:0

1 引言

随着计算机和通信的发展,信息传输过程中信息安全的重要性越来越受到人们的重视。在信息传输过程中,人们普遍采用将待传输的信息加密进行传输,然后在收端进行解密还原信息。对信息的加解密通常采用两种方法:软件加解密和硬件加解密。软件加解密实现简单,但须对密码算法进行多重保护存放且加解密速度较慢,而硬件加解密可加快加解密运行速度。在当今信息网络化的环境下,对加密的速度要求将越来越高,如:在ATM、帧中继、ISDN PRI等领域的加密,将会有数兆或数十兆以上的速度要求,所以硬件加密将是今后首选的加密手段。目前运用的硬件加解密,大都采用SRAM型的FPGA实现,必须外挂一EEPROM存储加载FPGA的数据,这就为信息安全带来了巨大隐患,特别是在运用于军事、政府等部门的保密通信产品中。要求重要信息不得以明文的形式出现。另外,SRAM型FPGA速度较慢,延迟时间不定,也大大限制了在一些特殊场合下的运用。

关于反熔丝FPGA的结构和原理以及其在密码芯片设计中的运用浅析

2 反熔丝FPGA的结构和原理

曾经,人们为了保护芯片中的内容不能读出而采取定制或半定制的办法,但这种方法生产周期长、不适合小批量生产。反熔丝FPGA的出现解决了人们的苦恼,大大方便了这种特殊应用的需要。目前,生产反熔丝FPGA芯片的厂家有QUICKLOGIC、ACTEL等几家。其中,QUICKLOGIC公司的反熔丝FPGA在我国开始大规模应用。

QUICKLOGIC公司的ViaLink反熔丝(Antifuse)结构是由四层金属层和中间的覆盖硅的钨通道组成。覆盖硅的钨通道具有高电阻和高电容特性,起到金属层之间绝缘层的作用,其电阻大于1千兆欧姆。但当编程电压作用于被选择的覆盖硅的钨通道时,硅将转变成低电阻连接,其电阻小于50Ω。因为这种结构不同于SRAM型的FPGA,没有配置存储器,因此

编程内容是不可能被读出的,正是该种特性使得该系列芯片在保密通信领域具有的应用前景。

反熔丝FPGA对于大多数设计可提供实现较好的性能,这是由于其可编程链路的电阻较小(反熔丝接点电阻50Ω左右),具有较好的布线灵活性,不会妨碍信号传送,并以最直接

的通路进行,因而可大大提高芯片速度。众所周知,随着工艺的改进,SRAM型FPGA其触发器翻转速度已经做得很高,而芯片的速度仍然受限,其原因是信号在芯片内传输过程中所

耗时间占整个时延的60%左右,这就限制了整个芯片的速度。

目前,虽然反熔丝FPGA单片密度较SRAM FPGA的单片密度低,但对于大多数反熔丝FPGA在如下方面仍占领先的地位:布线结构的灵活性,使软件工具能够较容易的实现自动的布局、布线,且修改设计时,即使重新布线也可保持原配置的输出管脚不变。在反熔丝FPGA之中的设计修改通常能保证在时延上变化很少,这是因为布线改变时所需的附加的可编程链路的时延增加不多。另外,反熔丝FPGA还具有功耗低、抗辐射能力强,耐高低温等优点。

反熔丝FPGA的特性使得其在保密通信产品中具有特殊的应用。充分利用反熔丝FPGA的特性,可提高密码算法芯片的加解密速度,同时利用反熔丝FPGA的编程内容不能读出,保护密码模块中的主算法,避免了其物理保护,从而提高了系统的安全性。

猜您喜欢

贴片电容和贴片电阻在外观上非常相似,都是小型矩形元件,对于初学者来说很难区分。以下几种方法可以帮助你快速辨别:**1. 看标识:**这是最直接的方法。电阻通常会...
2024-11-29 10:26:11



贴片电阻000(即0Ω电阻)本身不能直接替代保险丝。虽然外形与某些贴片保险丝相似,但功能和特性完全不同。0Ω电阻主要用于:跳线: 在电路设计中,有时需要根据不同...
2024-11-29 10:26:01

发光二极管(LED,Light Emitting Diode)是能够将电能转化为光能的半导体器件。自20世纪60年代问世以来,LED因其高效、节能、寿命长等优点...
2025-03-31 17:31:09

标注为「1R0」的贴片电阻,其正常阻值应为1欧姆。字母「R」在电阻值标注中代表小数点,因此「1R0」等同于「1.0Ω」。贴片电阻的阻值会有一定的误差,通常用百分...
2025-04-14 15:02:33

色环电感是常见的电感元件,应用于电子电路中。外观通常由多个彩色环带构成,这些环带不仅美观,还能直观地表示电感的参数。通过色环的组合,我们可以快速识别电感值和公差...
2009-05-07 00:00:00

r003贴片电阻是一种尺寸微小的电子元件,应用于各种电子产品中。其 003 代表其尺寸仅为0.6mm x 0.3mm,如同米粒般大小,却在电路中是很重要的配件。...
2024-11-29 10:25:55

人体皮肤中有丰富的触觉机械感受器,可以感受来自外界的压力、剪切力、振动、温度等物理量。近年来,科学家一直致力于复现人体皮肤的多物理量触觉感知功能,开发了众多触觉...
2024-11-14 18:13:00