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物理不可克隆函数（Physical Unclonable Functions，PUF）电路作为一种新型的密钥生成电路，利用集成电路（Integrated Circuit，IC）制造过程中的工艺参数偏差，在相同的电路结构下产生多个不同的密钥数据，实现具有芯片身份标识的硬件函数功能。PUF电路可用于数据加密、数字签名、消息认证以及硬件知识产权保护等多种信息系统，提高系统安全性。鉴此，本文以PUF电路为研究对象，在综合分析PUF电路研究意义和当前国内外研究现状情况下，提出多种新型的PUF电路设计方案，包括基于电流镜的PUF电路设计、基于最优控制电压的PUF电路设计、基于SRAM的PUF电路设计和基于DAC的PUF电路设计。最后，采用Cadence等软件，分析PUF电路在不同条件下的工作性能。论文的研究内容主要包含以下几个部分：1、基于电流镜的PUF电路设计：通过对电流镜工作特性的研究，结合PUF电路的工作原理，将多路电流镜作为PUF电路的偏差信号产生电路，用于产生随机的电流信号，然后通过分析电流型敏感放大器的工作特性，将其作为PUF电路的输出电路，用于比较偏差电流信号的大小，并产生输出响应信号，进而实现PUF电路的功能。2、基于最优控制电压的PUF电路设计：首先分析影响PUF电路可靠性的因素，确定提高PUF电路可靠性的方法，然后通过对MOSFET零温度系数点（ZeroTemperatureCoefficient，ZTC）理论的研究，分析在工艺偏差情况下MOSFET的零温度系数点变化情况，并与提高PUF电路可靠性方法相结合，提出基于最优控制电压的PUF电路设计方案，最终实现输出响应信号可靠的目的。3、基于SRAM的PUF电路设计：首先对传统SRAM-PUF电路的结构和工作原理进行研究，分析电路在读操作过程中的稳定性问题，然后结合SRAM单元电路和寄存器堆电路设计过程中提高读稳定性方法，提出一种新型的SRAM-PUF单元电路设计方案，通过对传统的SRAM-PUF单元电路插入隔离管的方式，实现读静态噪声容限有效提升的目的，最终提高电路的稳定性。4、基于DAC的PUF电路设计：通过对数模转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC）电路的研究，分析其输出模拟信号的特点，结合PUF电路的设计方法，将两组DAC作为PUF电路的偏差信号产生电路，然后结合提高PUF电路可靠性的方法，确定DAC的拓扑结构类型，并分析其输出电压信号的偏差模型，最后借助灵敏放大器产生PUF电路的输出响应。对于提出的几种PUF电路设计方案均在TSMC65nm CMOS工艺或SMIC65nm CMOS工艺下进行全定制版图设计，并利用Spectre等工具对电路进行Monte Carlo仿真。结果表明在不同的工作电压或温度下，电路均表现出较好的的随机性和可靠性。