(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210818062.8 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 211106 江苏省南京市江宁区将军大 道29号 申请人 北京智芯微电子科技有限公司 (72)发明人 黎江　崔益军　贾强　王振林　 李延　袁艳芳　高向东　陈奇辉　 耿震磊　王保胜　杨伟峰　仲俊杰　 刘伟强　王成华　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 张明浩 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) (54)发明名称 一种高可靠性RO PUF电路及其激励产生方 法 (57)摘要 本发明公开了一种 高可靠性RO  PUF电路及 其激励产生方法， 包含了RRAM随机源模块、 控制 编程模块和测量模块， 测量模块中的两路环形振 荡器电路由1个电流饥饿型与非门和8个电流饥 饿型反相器组成， 利用RRAM阵列给电流饥型环形 振荡器提供参考电流。 本设计通过调节控制电 压， 使MOS管工作在亚阈值区域， 从而降低了环形 振荡器对温度变化的敏感性， 提高了PUF的可靠 性， 同时显著降低了电路总体的功耗。 此外， 本发 明提出了一种激励产生方法， 通过比较RRA M阵列 中各列电流的大小， 删除掉暴露的激励响应对， 从而可以抵抗密码分析攻击， 提高该PUF的安全 性。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115333744 A 2022.11.11 CN 115333744 A 1.一种高可靠性RO  PUF电路， 其特征在于， 包括随机源模块、 控制编程模块和测量模 块， 所述的随机源模块为RRAM单元阵列， 测量模块包括两路电流饥饿型环形振荡器电路、 计 数电路和数字比较电路， 控制编程模块对随机源模块 RRAM单元进 行写操作产生随机源参考 电流， 将RRAM单元器件到器件的阻值差异映射到两路电流饥饿型环形振荡器电路中， 使两 路电流饥饿型环形振 荡器电路的RO产生不同的振 荡频率变化， 控制编程模块对两路电流饥 饿型环形振荡器电路的RO产生的振 荡频率进 行采集、 判断比较并输出结果， 其中， 随机源参 考电流通过RRAM阵列中不同的RRAM单元 组合生成， 使RO  PUF电路在两 路电流饥饿型环形振 荡器电路下实现重构。 2.根据权利 要求1所述的一种高可靠性RO  PUF电路， 其特征在于， 所述的控制编程模块 包括四个信号： R/W信 号、 Meas信号、 Comp信号和Clk信号， R/W信号对RRAM单元进行写操作， Meas信号控制计数电路测量两路电流饥饿型环形振荡器电路 的RO振荡频率并进行数据采 集， Comp信号控制数字比较电路对采集到的两路电流饥饿型环形振荡器电路的RO振 荡频率 进行比较， Cl k信号用于给计数电路提供固定的时钟信号控制计数时间。 3.根据权利 要求1所述的一种高可靠性RO  PUF电路， 其特征在于， 所述的电流饥饿型环 形振荡器电路包括首尾相连的1个电流饥饿型与非门和8 个电流饥饿型反相器， 所述的电流 饥饿型反相器包括2个PMOS和2个NMOS， 顶部的PMOS和底部的NMOS作为电流镜的输出电路， 中间的PMOS和NMOS作为常规反相器， 所述的电流饥饿型与非门增加顶部的PMOS和底部的 NMOS作为电流镜的输出电路。 4.根据权利 要求3所述的一种高可靠性RO  PUF电路， 其特征在于， 所述的电流饥饿型环 形振荡器电路中的所有电流镜共用一个参考电流和输入电路， 所述的参考电流由可调节的 控制电压Vctrl经过随机源模块的RRAM阵列产生， 在RRAM阵列中随机选择两行， 每行中选择 任意数量的RRAM单元作为随机源提供参考电流， 所述的参考电流通过电流镜模块的两个 NMOS复制到PMOS电流镜的输入端， 通过每个电流饥饿型反相器的顶部PMOS电流镜和底部 NMOS电流镜输出到常规反相器中， 控制所有常规反相器的延 时， 通过调节控制电压Vctrl使 电流饥饿型环形振荡器的MOS管工作在亚阈值区域。 5.根据权利 要求1所述的一种高可靠性RO  PUF电路， 其特征在于， 所述的计数电路包括 1个16‑bit的定时器和2个20 ‑bit的计数器， 所述的定时器用于 保证两个计数器的计数时间 一致， 2个计数器分别对两路电流饥饿型环形振荡器电路的RO振荡 频率进行计数。 6.如权利 要求1所述的一种高可靠性RO  PUF电路的激励产生方法， 其特征在于， 包括四 个循环步骤， 分别为循环i、 循环p、 循环j和循环k， 所述的循环i和循环p遍历RRAM阵列中所 有列的组合， i从1开始每个循环增加1， 即从第一列开始， 每个循环往后选择一列， 在i的每 个循环中p都从i开始增加到n， 即从第i列开始， 每个循环往后选择一列， 直到最后一列n， 在 i的每个循环中， 循环p都可以选择到i之后所有列的组合， 循环 i和循环p可以遍历阵列中所 有列的组合， 同样的， 所述的循环j和循环k遍历RRAM阵列中所有 行的组合， 四个循环步骤 可 以遍历基于RRAM阵列的RO  PUF所有的激励响应对， 对激励响应对进行判定， 比较上周期与 本周期的结果， 如 果上周期结果为It1， j‑1＞It2， j， 且本周期 结果为It2， k＞It1， j‑1， 则删除比较 It2， k和It2， j的激励响应对； 如果上周期结果为It1， j‑1＜It2， j， 且本周期结果为It2， k＜It1， j‑1， 则删除比较It2， k和It2， j的激励响应对， 其中， It1,j‑1表示选择了第j ‑1行并在j ‑1行中选择了 t1个RRAM单元， It2,j表示选择了第j行并在j行中选择了t2个RRAM单元， It2,k表示选择了第k权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115333744 A 2行并在k行中选择了t 2个RRAM单元， t1和t 2数量相等。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115333744 A 3