一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路及其id產(chǎn)生單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路及其ID產(chǎn)生單元，該ID產(chǎn)生單元包括電阻及分別為N溝道型的第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管，其中，第一MOS管的柵極及第五MOS管的柵極、源極和漏極均接高電平，第一MOS管的源極、漏極及第二MOS管的漏極分別接第三MOS管的柵極，第二MOS管的柵極和源極接地，第三MOS管的源極接地，第三MOS管的漏極接第四MOS管的漏極，第四MOS管的柵極為該ID產(chǎn)生單元的高電平選中端，第四MOS管的源極連接電阻的一端，電阻的另一端為該ID產(chǎn)生單元的輸出端，而且，第一MOS管的柵極和第五MOS管的柵極在芯片生成過程中受天線效應(yīng)隨機(jī)地?fù)舸?shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，降低了電路的面積。
【專利說明】
一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路及其ID產(chǎn)生單元
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及芯片識別及防偽領(lǐng)域，尤其涉及一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路及其ID產(chǎn)生單元。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的芯片級物理不可復(fù)制功能系統(tǒng)架構(gòu)基本由三部分組成:片上指紋、挑戰(zhàn)響應(yīng)、穩(wěn)定性補(bǔ)償。
[0003]如同人類的指紋一樣，集成電路的片上指紋表征了該芯片的物理唯一性，是研制芯片級物理不可復(fù)制功能的基礎(chǔ)。而ID產(chǎn)生單元為片上指紋電路的基本單元，其在天線效應(yīng)下產(chǎn)生一個O或I的隨機(jī)數(shù)?；贗D產(chǎn)生單元擴(kuò)展即可生成ID陣列的片上指紋電路，片上指紋電路所產(chǎn)生的ID序列具有極好的物理真隨機(jī)性和物理唯一性。而且，天線效應(yīng)僅存在于芯片生產(chǎn)過程之中，一旦芯片生產(chǎn)完成，片上ID陣列的邏輯序列即保持恒定，在正常的工作環(huán)境下具有極高的穩(wěn)定性。以上特點(diǎn)保證了基于天線效應(yīng)ID陣列在不同的芯片中具有不可重復(fù)性和恒穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因此能夠生成高質(zhì)量的CMOS片上指紋。
[0004]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種片上指紋電路的ID產(chǎn)生單元的電路圖，該ID產(chǎn)生單元由對稱的兩部分組成，以右邊一部分為例進(jìn)行說明:N溝道MOS管Ml的柵極接零電位，P型MOS管M2用來吸取漏電流，MOS管M3和M4組成反向器用來作為緩沖器隔離負(fù)載。該ID產(chǎn)生單元的輸出邏輯值由MOS管Ml和M5是否被擊穿確定(天線效應(yīng)所致)。當(dāng)MOS管Ml擊穿而MOS管M5未擊穿時，MOS管M2的漏極(原來電壓是VDD)會通過MOS管Ml管接地，此時，節(jié)點(diǎn)Internal node為低電平，經(jīng)過由MOS管M3和M4所組成的反相器后，OUTl處輸出為高電平，即為I。另外，由于MOS管M5由于沒有被擊穿，0UT2處輸出為低電平，即為O。所以O(shè)UTl、0UT2的輸出值是邏輯互補(bǔ)的。同樣地，當(dāng)MOS管M5擊穿而MOS管Ml未擊穿時，OUTl處輸出為O，0UT2處輸出為I。
[0005]但是，該ID產(chǎn)生單元由于帶有PMOS管，所以需要設(shè)置NWELL層，而且，MOS管的數(shù)量較多，不利于順應(yīng)芯片小型化的趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述面積大的缺陷，提供一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路及其ID產(chǎn)生單元。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種基于天線效應(yīng)的ID產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生一隨機(jī)碼，包括電阻及分別為N溝道型的第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管，其中，所述第一MOS管的柵極及所述第五MOS管的柵極、源極和漏極均接高電平，所述第一 MOS管的源極、漏極及所述第二 MOS管的漏極分別接所述第三MOS管的柵極，所述第二 MOS管的柵極和源極接地，所述第三MOS管的源極接地，所述第三MOS管的漏極接所述第四MOS管的漏極，所述第四MOS管的柵極為該ID產(chǎn)生單元的高電平選中端，所述第四MOS管的源極連接所述電阻的一端，所述電阻的另一端為該ID產(chǎn)生單元的輸出端，而且，
[0008]所述第一MOS管的柵極和所述第五MOS管的柵極在芯片生成過程中受天線效應(yīng)隨機(jī)地?fù)舸?br>[0009]優(yōu)選地，所述第一MOS管與所述第五MOS管設(shè)置在芯片的多晶硅層，而且，所述多晶娃層的面積大于7.92um20
[0010]優(yōu)選地，連接所述第一MOS管的柵極與芯片的相應(yīng)金屬層的第一接觸孔及連接所述第五MOS管的柵極與芯片的相應(yīng)金屬層的第二接觸孔的面積均大于0.396um2。
[0011]本發(fā)明還構(gòu)造一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路，包括:包括多個以上所述的ID產(chǎn)生單元。
[0012]優(yōu)選地，所述多個ID產(chǎn)生單元組成M*N的陣列，M、N中的至少一個為大于I的自然數(shù)，所述片上指紋電路還包括選擇器和N個開關(guān)，而且，每一行的ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與所述選擇器的相應(yīng)輸出端相連，每一列的ID產(chǎn)生單元的輸出端均連接相應(yīng)開關(guān)的第一端，且所述N個開關(guān)的第二端相連，且為該片上指紋電路的輸出端。
[0013]實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，ID產(chǎn)生單元相比現(xiàn)有技術(shù)減少了三個MOS管，降低了電路的面積，提高了單位面積的晶元密度。而且，由于每個ID產(chǎn)生單元中的開關(guān)管全為N溝道型MOS管，所以無需設(shè)置NWELL層，進(jìn)一步降低電路的面積。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中:
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種片上指紋電路的ID產(chǎn)生單元的電路圖；
[0016]圖2是本發(fā)明基于天線效應(yīng)的ID產(chǎn)生單元實(shí)施例一的電路圖；
[0017]圖3是本發(fā)明基于天線效應(yīng)的片上指紋電路實(shí)施例一的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖2是本發(fā)明基于天線效應(yīng)的ID產(chǎn)生單元實(shí)施例一的電路圖，該實(shí)施例的ID產(chǎn)生單元包括分別為N溝道型的MOS管肌、]?05管12、]\105管13、]\105管14和]\105管15，還包括一電阻(未示出)。而且，M0S管Ml的柵極及MOS管M5的柵極、源極和漏極均接高電平VDD，M0S管Ml的源極、漏極及MOS管M2的漏極分別接MOS管M3的柵極，MOS管M2的柵極和源極接地，MOS管M3的源極接地，MOS管M3的漏極接MOS管M4的漏極，MOS管M4的柵極為該ID產(chǎn)生單元的高電平選中端(SEL)，MOS管M4的源極連接電阻(未示出)的一端，電阻的另一端為該ID產(chǎn)生單元的輸出端(OUT)。而且，MOS管Ml的柵極和MOS管M5的柵極在芯片生成過程中受天線效應(yīng)隨機(jī)地?fù)舸?br>[0019]下面說明該ID產(chǎn)生單元的工作原理:
[0020]關(guān)于天線效應(yīng)，首先說明的是，在芯片生產(chǎn)過程中，小尺寸MOS管的柵極與具有較大面積的第一層金屬線連接在一起，金屬線會收集電荷從而導(dǎo)致電位升高，當(dāng)收集的電荷足夠高時，高電壓就可能將MOS管的薄柵氧化層擊穿，使MOS管失效，這種現(xiàn)象稱之為“天線效應(yīng)” O
[0021]在該實(shí)施例中，MOS管Ml和MOS管M5的柵極相連，當(dāng)這兩個MOS管的柵極上的電荷在芯片生產(chǎn)過程中逐漸積累時，這兩個MOS管的柵極將會隨機(jī)地?fù)舸┢渲幸粋€，當(dāng)其中一個MOS管的柵極被擊穿后，該MOS管的柵極與源極相連從而產(chǎn)生一條電荷泄露通道，因此，一旦其中一個MOS管的柵極被擊穿，電荷將不會再被積累，從而保證有且僅有一個MOS管的柵極因天線效應(yīng)被隨機(jī)地?fù)舸?br>[0022]在該ID產(chǎn)生單元的高電平選中端輸入高電平時，若MOS管Ml的柵極被擊穿，MOS管M5的柵極未被擊穿，則MOS管Ml的有源區(qū)就會被拉高，M0S管M3作為放大器，將所輸入的高電壓轉(zhuǎn)換為大電流，并在MOS管M4導(dǎo)通時輸出，而且MOS管M4的源極所串聯(lián)的電阻(未示出)可將該大電流轉(zhuǎn)換成大電壓，即，該ID產(chǎn)生單元的輸出端輸出I;若MOS管M5的柵極被擊穿，MOS管Ml的柵極未被擊穿，則MOS管M2由于溝道漏電可以將其漏極電壓拉低，MOS管M3將所輸入的低電壓轉(zhuǎn)換為小電流，并在MOS管M4導(dǎo)通時輸出，而且MOS管M4的源極所串聯(lián)的電阻(未示出)可將該小電流轉(zhuǎn)換成低電壓，即，該ID產(chǎn)生單元的輸出端輸出O。
[0023]為了提高M(jìn)OS管Ml和MOS管M5產(chǎn)生天線效應(yīng)的效率，可增大芯片的多晶硅層的面積，或者，增大接觸孔的面積。例如，設(shè)置芯片的多晶硅層的面積大于7.92um2，其中，MOS管Ml與MOS管M5設(shè)置在芯片的多晶硅層;或者，設(shè)置連接MOS管Ml的柵極與芯片的相應(yīng)金屬層的第一接觸孔及連接MOS管M5的柵極與芯片的相應(yīng)金屬層的第二接觸孔的面積大于
0.396um20
[0024]本發(fā)明還構(gòu)造一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路，該片上指紋電路包括多個以上所述的ID產(chǎn)生單元。
[0025]圖3是本發(fā)明基于天線效應(yīng)的片上指紋電路實(shí)施例一的電路圖，該實(shí)施例的片上指紋電路包括選擇器(未示出)、3個開關(guān)和9個ID產(chǎn)生單元，選擇器例如為2線/4線譯碼器。這9個ID產(chǎn)生單元組合成一 3*3的陣列。而且，每一行的ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與選擇器的一個輸出端相連，例如，第一行3個ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與選擇器的第一輸出端相連(未示出)，第二行3個ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與選擇器的第二輸出端相連(未示出)，第三行3個ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與選擇器的第三輸出端相連(未示出)。每一列的ID產(chǎn)生單元的輸出端均連接相應(yīng)開關(guān)的第一端，例如，第一列3個ID產(chǎn)生單元的輸出端均與第一個開關(guān)的第一端相連，第二列3個ID產(chǎn)生單元的輸出端均與第二個開關(guān)的第一端相連，第三列3個ID產(chǎn)生單元的輸出端均與第三個開關(guān)的第一端相連。這3個開關(guān)的第二端相連(未示出)，且為該片上指紋電路的輸出端。
[0026]下面說明該實(shí)施例的片上指紋電路的工作原理:
[0027]首先，由上可知，每個ID產(chǎn)生單元在選中時，可根據(jù)MOS管Ml和M5隨機(jī)擊穿的情況產(chǎn)生一O或I的隨機(jī)碼。
[0028]在該實(shí)施例中，例如，控制選擇器的第一輸出端輸出高電平，其它輸出端輸出低電平，同時，控制第一個開關(guān)閉合，其它開關(guān)斷開，此時，該片上指紋電路的輸出端輸出第一行第一列的ID產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù);再例如，控制選擇器的第三輸出端輸出高電平，其它輸出端輸出低電平，同時，控制第二個開關(guān)閉合，其它開關(guān)斷開，此時，該片上指紋電路的輸出端輸出第三行第二列的ID產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，等等。按這樣的方式便可得到一隨機(jī)數(shù)序列，該隨機(jī)數(shù)序列可作為該片上指紋電路的片上指紋。
[0029]最后需說明的是，以上只是本發(fā)明的一個實(shí)施例，在其它實(shí)施例中，多個ID產(chǎn)生單元可組成M*N的陣列，M、N中的至少一個為大于I的自然數(shù)，開關(guān)的數(shù)量為N個，而且，每一行的ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與選擇器的相應(yīng)輸出端相連，每一列的ID產(chǎn)生單元的輸出端均連接相應(yīng)開關(guān)的第一端，且N個開關(guān)的第二端相連，且為該片上指紋電路的輸出端。
[0030]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何纂改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于天線效應(yīng)的ID產(chǎn)生單元，用于在天線效應(yīng)下產(chǎn)生一隨機(jī)碼，其特征在于，包括電阻及分別為N溝道型的第一 MOS管(Ml)、第二 MOS管(M2)、第三MOS管(M3)、第四MOS管(M4)和第五MOS管(M5)，其中，所述第一MOS管(Ml)的柵極及所述第五MOS管(M5)的柵極、源極和漏極均接高電平，所述第一 MOS管(Ml)的源極、漏極及所述第二 MOS管(M2)的漏極分別接所述第三MOS管(M3)的柵極，所述第二 MOS管(M2)的柵極和源極接地，所述第三MOS管(M3)的源極接地，所述第三MOS管(M3)的漏極接所述第四MOS管(M4)的漏極，所述第四MOS管(M4)的柵極為該ID產(chǎn)生單元的高電平選中端，所述第四MOS管(M4)的源極連接所述電阻的一端，所述電阻的另一端為該ID產(chǎn)生單元的輸出端，而且， 所述第一 MOS管(Ml)的柵極和所述第五MOS管(M5)的柵極在芯片生成過程中受天線效應(yīng)隨機(jī)地?fù)舸?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天線效應(yīng)的ID產(chǎn)生單元，其特征在于，所述第一MOS管(Ml)與所述第五MOS管(M5)設(shè)置在芯片的多晶硅層，而且，所述多晶硅層的面積大于7.92um2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天線效應(yīng)的ID產(chǎn)生單元，其特征在于， 連接所述第一 MOS管(Ml)的柵極與芯片的相應(yīng)金屬層的第一接觸孔及連接所述第五MOS管(M5)的柵極與芯片的相應(yīng)金屬層的第二接觸孔的面積均大于0.396um2。4.一種基于天線效應(yīng)的片上指紋電路，其特征在于，包括:包括多個權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的ID產(chǎn)生單元。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于天線效應(yīng)的片上指紋電路，其特征在于，所述多個ID產(chǎn)生單元組成M*N的陣列，M、N中的至少一個為大于I的自然數(shù)，所述片上指紋電路還包括選擇器和N個開關(guān)，而且，每一行的ID產(chǎn)生單元的高電平選中端均與所述選擇器的相應(yīng)輸出端相連，每一列的ID產(chǎn)生單元的輸出端均連接相應(yīng)開關(guān)的第一端，且所述N個開關(guān)的第二端相連，且為該片上指紋電路的輸出端。
【文檔編號】G06K9/00GK106096498SQ201610363759
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】唐枋, 曾廣旺, 李世平, 周喜川, 胡盛東, 甘平, 葉楷, 舒洲, 陳卓, 殷鵬, 王忠杰, 黃莎琳, 李明東
【申請人】深圳華視微電子有限公司