[發明專利]自我追蹤雙穩態鎖存單元及其操作方法

在審

• 申請號: 201811036269.X
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109768796A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 馬騰桂;史富洋
• 申請（專利權）人: 漢芝電子股份有限公司
• 主分類號: H03K19/0944
• 分類號: H03K19/0944
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明公開了一種自我追蹤雙穩態鎖存單元，包括交叉耦合鎖存器、第一及第二可寫入晶體管。交叉耦合鎖存器接收鎖存控制信號及參考電壓。第一可寫入晶體管的第一端輸出第一位，第一可寫入晶體管的第二端耦接于交叉耦合鎖存器的第一數據端，而第一可寫入晶體管的控制端接收追蹤控制信號。第二可寫入晶體管的第一端輸出第二位，第二可寫入晶體管的第二端耦接于交叉耦合鎖存器的第二數據端，而第二可寫入晶體管的控制端接收追蹤控制信號。第一可寫入晶體管及第二可寫入晶體管兩者的柵極氧化層皆較交叉耦合鎖存器中晶體管的柵極氧化層薄。

技術領域

本發明是有關于一種雙穩態鎖存單元，尤其是一種能夠自行追蹤其初始狀態的雙穩態鎖存單元。

背景技術

鎖存單元是常見的基本儲存組件，一般可以利用交叉耦合(cross-coupled)的反相器來實作。當鎖存單元被致能時，其電路會在一段不定的期間內處于一種未定義的狀態，然而最終兩個反相器之間的抗衡會因為制程中無法控制的變異而導致最終的結果，而輸出彼此相反的電壓。更具體地說，首先成功穩定下來的反相器將會回饋至另一個反相器使得另一個反相器進入相反的狀態，而最終鎖存單元就會保持在穩定狀態，并保存這個初始值。也就是說，鎖存單元可以被視為能夠在第一次上電致能時，記錄其初始狀態的雙穩態存儲器單元。然而，要在鎖存單元中預測哪一個反相器將取得主導地位則是不可能的。

由于雙穩態鎖存單元的微物理結構，鎖存單元可以應用在物理不可克隆函數(physical unclonable functions，PUF)中。雖然鎖存單元能夠提供適當的亂度和不可預測性，因此能夠實作物理不可克隆函數，然而要達到高可靠度則仍然十份困難且代價昂貴。在設備操作的過程中，當溫度、電壓、環境及其他環境參數產生變化，或甚至是設備老舊導致操作參數變化時，鎖存單元內的位也可能隨著這些亂度源而產生翻轉逆變，因此鎖存單元的初始狀態很難保存或復制。因此，在現有技術中，常需要透過容錯機制、在物理不可克隆函數中內建備份數據及對應的隨機數注冊程序來提升可復制性。然而，備份數據和容錯修正算法都會帶來可觀的負擔，并且可能會讓系統安全產生弱點。

發明內容

本發明的一實施例提供一種自我追蹤雙穩態鎖存單元，自我追蹤雙穩態鎖存單元包括交叉耦合鎖存器(cross-coupled latch)、第一可寫入晶體管及第二可寫入晶體管。

交叉耦合鎖存器具有第一數據端、第二數據端、第一電壓輸入端及第二電壓輸入端，交叉耦合鎖存器的第一電壓輸入端接收鎖存控制信號，而交叉耦合鎖存器的第二電壓輸入端接收參考電壓。

第一可寫入晶體管具有第一端、第二端及控制端，第一可寫入晶體管的第一端在執行讀取操作時輸出第一位，第一可寫入晶體管的第二端耦接于交叉耦合鎖存器的第一數據端，而第一可寫入晶體管的控制端接收追蹤控制信號。第一可寫入晶體管的柵極氧化層較交叉耦合鎖存器中的晶體管的柵極氧化層薄。

第二可寫入晶體管具有第一端、第二端及控制端，第二可寫入晶體管的第一端在執行讀取操作時輸出第二位，第二可寫入晶體管的第二端耦接于交叉耦合鎖存器的第二數據端，而第二可寫入晶體管的控制端接收追蹤控制信號。第二可寫入晶體管的柵極氧化層較交叉耦合鎖存器中的晶體管的柵極氧化層薄。

本發明的另一實施例提供一種操作自我追蹤雙穩態鎖存單元的方法，自我追蹤雙穩態鎖存單元包括交叉耦合鎖存器、第一可寫入晶體管及第二可寫入晶體管。第一可寫入晶體管耦接于交叉耦合鎖存器的第一數據端，及第二可寫入晶體管耦接于交叉耦合鎖存器的第二數據端。

操作自我追蹤雙穩態鎖存單元的方法包括在執行追蹤操作時，提供鎖存控制信號至交叉耦合鎖存器以啟動交叉耦合鎖存器，交叉耦合鎖存器進入穩態以根據交叉耦合鎖存器的原生趨勢經由第一數據端及第二數據端輸出一互補位對，且原生趨勢是在制程中產生而無法控制，提供追蹤控制信號至第一可寫入晶體管的控制端及第二可寫入晶體管的控制端以根據所述互補位對擊穿第一可寫入晶體管及第二可寫入晶體管的其中一者。

附圖說明