如今,不断提高的现代社会的信息化程度使得信息安全成为人们关注的焦点。并且,随着集成电路技术的不断进步和发展,一种保障信息安全的重要手段-----密码芯片开始进入人们的视野,它的应用范围越来越广,涉及到人们生活的各个方面。然而就在密码芯片因能保护一些关键信息不被破译被广泛应用的同时,关于密码芯片受到攻击的事件也层出不穷,密码芯片受到的威胁越来越多。物理非克隆函数作为硬件安全技术中一种新的安全原语,利用芯片制造过程中的不可控制的物理特性产生不可克隆的输入输出响应对,其内部映射关系很难通过建模分析进行预测,较高的安全性受到学者们的深入研究。基于半导体物理特性设计的物理非克隆函数具有稳定性高,抗攻击性强,可复制性低等优势逐渐成为研究的热点。目前,利用MOS器件HCI(Hot Carrier Injection)效应,EM(Electromigration)效应,NBTI(Negative Bias Temperature Instability)效应进行物理防克隆函数(PUF,Physical Unclonable Function)研究均有阶段性成果,而利用MOS器件经时击穿效应(TDDB,time dependent dielectric breakdown)进行PUF研究仍几乎是空白。但是经时击穿效应(TDDB)本身研究较为成熟,因此,利用TDDB效应实现PUF电路具有很大的价值。本文提出了一种利用TDDB效应漏电流特性基于仲裁器PUF的数字电路结构。并对整体电路结构进行了优化和验证。本设计的工作包括了:TDDB效应进行研究,得到了电压、温度条件下的栅氧化层漏电流的特性,对如何利用该漏电流特性进行PUF电路设计进行了阐述,在此基础上设计了前置电荷提取电路、电荷敏感放大电路并进行了仿真验证和改进优化,设计了逻辑控制电路,对比较器和改进的仲裁器电路进行了仿真。本论文在对前置电荷敏感放大器的工作原理和设计方法进行了详细讨论之后,对整体电路进行了优化和仿真,得到了经过验证的基于TDDB效应的完整电路结构,并给出了采用该PUF电路的系统认证过程。