集成电路可识别及寿命评估技术研究

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随着集成电路产业的高速发展,处于灰色地带的假劣集成电路现象愈演愈烈,一方面给集成电路产业造成了巨大的经济损失,另一方面,给集成电路应用领域埋下了安全性与可靠性的严重隐患。物理不可克隆函数由于其成本低、开销少、不可预测等优秀特性,在可识别技术领域中能够为芯片识别提供轻量化的高安全性认证平台;片上检测传感器凭借其对电路老化的有效表征特性,在寿命评估技术领域中能够更高效地检测回收翻新类芯片,上述两种内嵌检测技术可在源头上对假劣集成电路进行主动防范,在硬件安全领域有着广泛的应用前景。为了满足假劣集成电路的检测需求,需要能够识别出非正版芯片及回收翻新类芯片的内嵌检测电路。针对这种情况,本文提出了包含变频变级环形振荡器PUF及轻量化寿命传感器的内嵌检测电路设计方案。本文通过分析PUF的可发展性及实际设计需求,设计了一种变频变级环形振荡器结构,其级数规格可进行灵活切换,并基于响应信息反馈配置方法,给出了变频变级环形振荡器PUF系统的设计方案以提升其随机性能。同时,本文通过寿命评估检测的需求分析,采用了一种基于老化检测及度量的寿命评估方法,对轻量化寿命传感器进行设计并基于NBTI效应建立其寿命模型。最后在0.13μm CMOS工艺下对内嵌检测电路进行全定制版图实现,通过对变频变级环形振荡器PUF的FPGA实现结果及寿命传感器的仿真测试结果进行分析,PUF电路的唯一性达到了48.29%,良好地兼顾了可靠性,具有较强的随机性能及抗攻击能力,轻量化寿命传感器对于老化180/365天的受检芯片检测成功率达到了100%。本文的内嵌检测电路研究对于预防假劣集成电路泛滥具有重要应用意义。
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