数据存储防护装置的制作方法

1.本公开涉及数据防护技术领域，特别涉及一种数据存储防护装置。


背景技术：

2.敏感数据是指泄漏后可能会给社会或个人带来严重危害的数据。敏感数据的数据量小，但是数据都特别关键和重要，因此，需要进行特别的存储和保护。
3.相关技术中，通常会在设备中设置数据存储防护装置以对设备中的一些敏感数据进行存储防护。数据存储防护装置通常包括微控制单元和备用电源，其中微控制单元用来存储敏感数据，微控制单元可以由所在设备的主电源进行供电，当所在设备的主电源断电后，还可以由备用电源进行供电，从而实现断电防护。
4.然而，上述数据存储防护装置在主备电源切换过程中，系统电压易出现瞬时跌落现象，引起电路工作异常，造成关键数据丢失等的问题，导致上述数据存储防护装置不能大面积推广使用。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种数据存储防护装置，可以使得主备电源平滑切换，不会产生电压的瞬时跌落现象，从而可以保证数据存储防护装置的正常工作。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种数据存储防护装置，所述数据存储防护装置包括：微控制单元和与所述微控制单元电连接的供电模块；
7.所述微控制单元中具有用于存储数据的存储器，所述供电模块包括备用电源和多个电容，所述微控制单元的dvcc引脚与所述备用电源的输出端连接，所述微控制单元的dvcc引脚还用于与所述数据存储防护装置所在设备的主电源的输出端连接，所述多个电容中的每个电容的一端分别与所述设备主电源的输出端和所述备用电源的输出端连接，所述多个电容中的每个电容的另一端均接地，所述多个电容并联，且所述多个电容的电容量之和大于220uf。
8.可选地，所述供电模块包括6个电容量为47uf的电容。
9.可选地，所述供电模块还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述设备主电源的输出端连接，所述第一二极管的负极与所述微控制单元的dvcc引脚连接。
10.可选地，所述供电模块还包括第二二极管和场效应管，所述第二二极管的正极与所述备用电源的输出端连接，所述第二二极管的负极与所述场效应管的源极连接，所述场效应管的漏极与所述微控制单元的dvcc引脚连接，所述场效应管的栅极接地。
11.可选地，所述供电模块还包括下拉电阻，所述下拉电阻的一端与所述场效应管的栅极连接，所述下拉电阻的另一端接地，所述下拉电阻的阻值为10k；
12.所述微控制单元的pg_3v3引脚与所述下拉电阻的一端连接。
13.可选地，所述备用电源为cr2032纽扣电池。
14.可选地，所述数据存储防护装置还包括采样电阻，所述采样电阻的一端与所述备用电源连接，所述采样电阻的另一端与所述微控制单元的pa02引脚连接。
15.可选地，所述采样电阻的阻值不大于68kω。
16.可选地，所述数据存储防护装置还包括第一电容、第一电阻、第二电容、第二电阻、第三电容、第三电阻和三个物理防护开关；
17.所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端均与所述微控制单元的pa05引脚连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电阻的另一端与所述微控制单元的dvcc引脚连接；
18.所述第二电容的一端和所述第二电阻的一端均与所述微控制单元的pb04引脚连接，所述第二电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述微控制单元的dvcc引脚连接；
19.所述第三电容的一端和所述第三电阻的一端均与所述微控制单元的pb05引脚连接，所述第三电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端与所述微控制单元的dvcc引脚连接；
20.所述三个物理防护开关的一端均接地，所述三个物理防护开关的另一端分别与所述微控制单元的pa05引脚、pb04引脚或pb05引脚连接。
21.可选地，所述微控制单元为hc162l130f8ua芯片。
22.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
23.通过采用微控制单元中的存储器存储敏感数据，当设备主电源断电时，供电模块中的备用电源可以继续供电，从而保证微控制单元能够不间断运行，持续对数据进行存储，防止数据丢失，对数据起到防护作用。同时，多个并联电容的一端分别与设备主电源的输出端和备用电源的输出端连接，当设备由设备主电源切换至备用电源时，电源电压跌落时电能的接续可以由多个并联电容储存的电能完成，且多个并联电容的电量和大于220uf，可以保证电压可以从主电源的电压自动平滑过渡到备用电源电压时，不会产生电压的瞬时跌落现象，造成数据丢失，进而可以保证数据存储防护装置的正常工作。
附图说明
24.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本公开实施例提供的一种数据存储防护装置的结构示意图；
26.图2是本公开实施例提供的一种供电模块的电路结构示意图；
27.图3是本公开实施例提供的一种数据存储防护装置的电路结构示意图；
28.图4是本公开实施例提供的一种数据存储防护装置的入侵防护电路框图。
具体实施方式
29.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
30.图1是本公开实施例提供的一种数据存储防护装置的结构示意图，如图1所示，数据存储防护装置100包括微控制单元10和用于为微控制单元10供电的供电模块20。微控制单元10中具有用于存储数据的存储器。
31.图2是本公开实施例提供的一种供电模块的电路结构示意图，如图2所示，供电模块20包括备用电源22和多个电容c0。微控制单元10的dvcc(电源输入)引脚与备用电源22的输出端连接，微控制单元10的dvcc引脚还用于与数据存储防护装置所在设备的主电源u的输出端连接。多个电容c0中的每个电容的一端分别与设备主电源u的输出端和备用电源22的输出端连接，多个电容c0中的每个电容的另一端均接地。多个电容c0并联，且多个电容c0的电容量之和大于220uf。
32.本公开实施例通过采用微控制单元中的存储器存储敏感数据，当设备主电源断电时，供电模块中的备用电源可以继续供电，从而保证微控制单元能够不间断运行，持续对数据进行存储，防止数据丢失，对数据起到防护作用。同时，多个并联电容的一端分别与设备主电源的输出端和备用电源的输出端连接，当设备由设备主电源切换至备用电源时，电源电压跌落时电能的接续可以由多个并联电容储存的电能完成，且多个并联电容的电量和大于220uf，可以保证电压可以从主电源的电压自动平滑过渡到备用电源电压时，不会产生电压的瞬时跌落现象，造成数据丢失，进而可以保证数据存储防护装置的正常工作。
33.如图1所示，在本公开实施例中，微控制单元10可以以通用异步串行收发协议与上位机200之间进行数据交互等操作，以对上位机200发送的敏感数据进行存储。
34.可选地，备用电源22为cr2032纽扣电池。
35.cr2025纽扣电池的标准容量为210mah，电压输出范围是2.0v～3.0v。相关技术中，通过要求数据防护存储装置能够最少正常工作8年。经计算，数据防护存储装置的待机电流应为：210mah*1000/(365*24*8)＝3ua。
36.当由设备主电源切换至备用电源时，如果备用电源电容量不够的富余的话，电压会产生下过冲，容易引起微控制单元10重启，从而导致存储数据丢失。而当电容c0的电容量大于220uf的时候，电压可以从主电源的电压自动平滑过渡到备用电源电压，不会产生电压的瞬时跌落现象。
37.因此，在本公开实施例中，参见图2，供电模块20包括6个电容量为47uf的电容c0。此时，多个电容c0的电容量之和为268uf，大于220uf。
38.可选地，供电模块20还包括第一二极管d1，第一二极管d1的正极与设备主电源u的输出端连接，第一二极管d1的负极与微控制单元10的dvcc引脚连接。
39.通过利用第一二极管d1的单向电流导通功能，可以将设备主电源提供的交流电转换成单向的直流脉动电压从微控制单元10的dvcc引脚输入至微控制单元10。
40.可选地，供电模块20还包括第二二极管d2和场效应管q1，第二二极管d2的正极与备用电源22的输出端连接，第二二极管d2的负极与场效应管q1的源极连接。场效应管q1的漏极与微控制单元10的dvcc引脚连接，场效应管q1的栅极接地。
41.通过利用第二二极管d2的单向电流导通功能，可以将备用带能源22提供的交流电转换成单向的直流脉动电压从微控制单元10的dvcc引脚输入至微控制单元10。同时，若备用电源22的电压高于设备主电源u的电压(例如 3.3vcc)时，系统存在从备用电源22取电的情况，导致备用电源22存在漏电风险。因此，本技术通过设置场效应管q1，可以起到电子开
关的作用，防止在主电有效的情况下，备用电源22通过数据存储防护装置而漏电的情况产生。
42.可选地，供电模块20还包括下拉电阻r11，下拉电阻r11的一端与场效应管q1的栅极连接，下拉电阻r11的另一端接地，下拉电阻r11的阻值为10k。
43.微控制单元10的pg_3v3引脚与下拉电阻r11的一端连接。
44.pg_3v3信号是外部输入信号，表示 3.3vcc信号是正常的(当 3.3vcc信号跌落到 3.0v以下，则不正常)，该信号可以将微控制单元10的bat(电池)引脚到dvcc(电源输入)引脚的电流路径彻底关闭，用以保证在设备主电源u有效的情况下备用电源22不会漏电。
45.当设备主电源停止供电时，pg_3v3引脚没有输入电压，此时通过设置下拉电阻r11可以让场效应管q1处于导通状态，从而使得备用电源为微控制单元10供电。
46.图3是本公开实施例提供的一种数据存储防护装置的电路结构示意图，如图3所示，微控制单元10为hc162l130f8ua芯片u1。hc162l130f8ua芯片u1具有多个引脚，具体引脚图可以参见图3，其中的器件和引脚不再一一说明。
47.在本公开实施例中，微控制单元10中具有用于存储数据的ram(random access memory，随机存取存储器)。敏感数据可以存储在微控制单元10的ram中。
48.hc162l130系列微控制单元是一款旨在延长便携式测量系统的电池使用寿命的超低功耗、宽电压工作范围的微控制单元。集成12位1msps高精度sar adc(successive approximation register analog
‑
to
‑
digital converter，逐次逼近寄存器型模数转换器)以及集成了比较器、运放、内置高性能pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)定时器、lcd(liquid crystal display，液晶显示器)、多路uart(universal asynchronous receiver/transmitter，通用异步收发传输器)、spi(serial peripheral interface，串行外设接口)、i2c(inter－integrated circuit，两线式串行总线)等丰富的通讯外设，内建高级加密标准等信息安全模块，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性和超低功耗的特点。hc162l130系列微控制单元具有灵活的功耗管理系统，超低功耗性能，该系列微控制单元具有以下工作模式：
49.a)0.5μa@3v深度休眠模式：所有时钟关闭，上电复位有效，io状态保持，io中断有效，所有寄存器、ram和cpu(central processing unit，中央微控制单元)数据保存状态时的功耗；
50.b)0.9μa@3v深度休眠模式 rtc(real_time clock，实时时钟)工作；
51.c)7μa@32.768khz低速工作模式：cpu和外设运行，从flash存储器运行程序；
52.d)35μa/mhz@3v@24mhz休眠模式：cpu停止，外设运行，主时钟运行；
53.e)130μa/mhz@3v@24mhz工作模式：cpu和外设运行，从flash存储器运行程序；
54.f)4μs超低功耗唤醒时间，使模式切换更加灵活高效，系统反应更为敏捷。
55.设备主电源u供电时，备用电源22的电量几乎不会损耗。设备主电源u停止供电时，系统进入低功耗待机模式，由备用电源22供电，备用电源22的电池容量将会被逐渐损耗。因此，为保证备用电源22正常供电，常需要对备用电源22的电池电量进行检测。在本公开实施例中，可以通过测试备用电源22的输出电压的大小来检测备用电源22的电池电量。
56.可选地，参见图3，数据存储防护装置还包括采样电阻r18，采样电阻r18的一端与备用电源22连接，采样电阻r18的另一端与微控制单元10的pa02引脚连接。
57.在具体使用时，在由备用电源22切换到主设备电源u供电时，可以对备用电源22的电池电量进行一次采集并保存至微控制单元10的内部存储空间，以方便上位机可以随时读取。在采样时刻，将pa02引脚接地，然后通过微控制单元10内置的sar adc对备用电源22的电压进行采样。为降低该功能带来的电池功率损耗，在其他情况下，可以将pa02引脚为高阻态，从而可以避免电池电量流失。
58.可选地，采样电阻r18的阻值不大于68kω。此时，可以使得采样消耗的电量更小，有利于保证供电电源的长久供电。例如，采样电阻r18的阻值为68kω时，以采样进程为1s计算，采样功耗为44uas。即使1小时采样一次电池电量，功耗只会增加约0.4％。在正常工作时不会减少备用电源的电池电量，只会在由备用电源切换至设备主电源时刻进行一次电量采样，所以实际损耗几乎可以忽略不计。
59.图4是本公开实施例提供的一种数据存储防护装置的入侵防护电路框图，如图4所示，数据存储防护装置100还包括第一电容c14、第一电阻r9、第二电容c15、第二电阻r10、第三电容c16、第三电阻r12和三个物理防护开关。
60.第一电容c14一端和第一电阻r9的一端均与微控制单元10的pa05引脚连接，第一电容c14的另一端接地。第一电阻r9的另一端与微控制单元10的dvcc引脚连接。第二电容c15一端和第二电阻r10的一端均与微控制单元10的pb04引脚连接，第二电容c15的另一端接地。第二电阻r10的另一端与微控制单元10的dvcc引脚连接。第三电容c16一端和第三电阻r12的一端均与微控制单元10的pb05引脚连接，第三电容c16的另一端接地，第三电阻r12的另一端与微控制单元10的dvcc引脚连接。
61.参见图1，三个物理防护开关k的一端均接地，三个物理防护开关k的另一端分别与微控制单元10的pa05引脚、pb04引脚或pb05引脚连接。
62.当设备丢失或非法截获后，第三方有可能通过直接或间接的方式非法读取敏感数据，进而分析和威胁原有设备的安全使用。因此，数据防护存储装置还应该具备物理防护功能，对于一些特别重要的敏感数据，当设备受到攻击和破坏时，应该自动销毁密钥数据。
63.本公开实施例通过微控制单元10的pa05引脚、pb04引脚和pb05引脚接收三个触发信号，可应用于三种典型的防护场景。被防护设备一般会在适当部位配制微动开关、光敏开关、压敏开关等触发装置，一旦设备遭遇开盖、水浸等攻击和破坏的时候，就会产生入侵信号。此时微控制单元10任意检测到一个触发输入信号，即可即刻将微控制单元10内存储的敏感数据进行实时销毁。
64.仅开关的开闭不能产生电气信号，须经过电阻上拉(即将信号通过一个电阻钳位在高电平)才能形成触发输入信号。因此，本公开实施例还设置了三个电阻，使得三个物理防护开关产生的开关量分别经过三个电阻实现上拉处理。上述三个阻值较大的电阻外置在微控制单元10外，还可以大大减小漏电流的产生。同时，通过设置三个电容，还可以与三个电阻形成三个rc滤波电路，减少信号噪声。
65.示例性地，第一电容c14、第二电容c15和第三电容c16的电容量均为0.1uf。第一电阻r9的电阻为1mω，第二电阻r10的电阻为3.3mω，第三电阻r12的电阻为3.3mω。
66.本公开实施例提供的数据防护存储装置待机工作电流约为1.2ua，当非法入侵监测信号有效时，只需消耗额外电流约1ua。总共的工作电流不会超过3ua，远低于市面产品电量消耗。且接口简单，通用性强，成本低廉，能够广泛应用到多种敏感数据存储防护的应用
场景，比如密码产品关键密钥的带电保存和防护。
67.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。