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一种基于FPGA进位逻辑的RO PUF设计

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微电子学 2022年第1期52卷 65-70页

作者：陈鹏李先东姚亮易茂祥鲁迎春合肥工业大学微电子学院合肥230000

物理不可克隆函数(PUF)作为一种可有效地应对硬件安全问题的电路结构,在近些年得到了广泛的关注。环形振荡器(RO)PUF由于不需要完全对称的布线方式,因此被认为是最理想的PUF结构之一。现有的RO PUF设计愈加复杂且需要"硬宏"来固定电路,... 详细信息

物理不可克隆函数(PUF)作为一种可有效地应对硬件安全问题的电路结构,在近些年得到了广泛的关注。环形振荡器(RO)PUF由于不需要完全对称的布线方式,因此被认为是最理想的PUF结构之一。现有的RO PUF设计愈加复杂且需要"硬宏"来固定电路,这导致PUF的移植性很差。文章利用FPGA中固有的进位逻辑资源实现RO PUF,通过将3个进位逻辑中的11个异或门级联,经配置实现11阶振荡环,有效解决了可移植性问题,避免了使用"硬宏"来固定电路。采用Xilinx Spartan-6,对提出的结构进行实验。实验结果表明,设计的RO PUF实现了50.65%的均匀性、48.48%的唯一性和1.56%的误码率。该设计方法具有易于实现、资源占用形式单一、无需手动布局布线等特点。

关键词：硬件安全物理不可克隆函数环形振荡器进位逻辑反相器

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应用基于双权值的门替换方法缓解电路老化

应用科学学报 2017年第2期35卷 171-180页

作者：朱炯易茂祥张姚胡林聪刘小红梁华国合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009

在纳米工艺水平下,负偏置温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI)成为影响集成电路可靠性的关键性因素.NBTI效应导致晶体管阈值电压增加,老化加剧,最终使电路时序违规.为了缓解电路的NBTI效应,定义了时延关键性权值... 详细信息

在纳米工艺水平下,负偏置温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI)成为影响集成电路可靠性的关键性因素.NBTI效应导致晶体管阈值电压增加,老化加剧,最终使电路时序违规.为了缓解电路的NBTI效应,定义了时延关键性权值和拓扑结构关键性权值.使用该双权值识别的关键门更加精确,并且考虑到了关键门的扇入门为非门的情况,即将非门视为单输入与非门,并将其替换为双输入与非门,从而能更加全面地防护关键门.应用基于双权值的门替换方法对基于45 nm晶体管工艺的ISCAS85基准电路实验结果显示:当电路时序余量为5%时,不考虑非门替换时电路的时延改善率为38.29%,考虑非门替换时电路的时延改善率为60.66%.

关键词：负偏置温度不稳定性电路时序违规双权值关键门非门替换

基于电荷俘获-释放机制的电路PBTI老化建模

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2017年第4期40卷 572-576页

作者：李扬易茂祥缪永邵川丁力江苏商贸职业学院艺术与电子信息学院江苏南通226011 合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009

针对传统反应扩散(reaction-diffusion,R-D)机制不适合纳米互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)集成电路正偏置温度不稳定性(positive bias temperature instability,PBTI)老化效应分析的问题,文章采用电荷俘获-释放(trapping-detrapping,T-D)机制,结合线性分析和数据拟合方法,建立了N型金属氧化物半导体(negative channel metal oxide semiconductor,NMOS)管PBTI效应引起的基本逻辑门单元的时延退化预测模型。仿真实验结果表明,采用该模型的电路PBTI老化预测结果与HSpice软件仿真得到的时延预测结果相比,平均误差为2%;关键路径时序余量评估实验表明,与基于R-D机制的老化时延模型相比,在相同的电路生命周期要求下,该模型需要的时序余量更小。

关键词：正偏置温度不稳定性(PBTI) 电荷俘获-释放老化时延退化预测模型

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基于电路故障预测的高速老化感应器

合肥工业大学学报（自然科学版） 2013年第12期36卷 1447-1450页

作者：王超徐辉黄正峰易茂祥合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009 合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009

CMOS集成电路中由负温度不稳定性效应引起的老化已经严重威胁电路的可靠性,在一些安全关键领域的数字电路系统中老化问题尤为突出,而片上在线老化感应器是有效解决方案。文章提出了一种适应高速芯片使用的新老化感应器,通过利用感应器... 详细信息

CMOS集成电路中由负温度不稳定性效应引起的老化已经严重威胁电路的可靠性,在一些安全关键领域的数字电路系统中老化问题尤为突出,而片上在线老化感应器是有效解决方案。文章提出了一种适应高速芯片使用的新老化感应器,通过利用感应器中稳定检测器的空闲时序,使其具有较好性能和更小的面积开销。在45nm工艺下仿真表明,新结构非常有效。

关键词：负偏置温度不稳定性电路老化老化感应器故障预测可靠性

基于门替换技术的电路老化检测预防系统设计与实现

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现代电子技术 2018年第5期41卷 120-123,128页

作者：周瑞云梁华国易茂祥合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009

采用传统检测系统存在电路老化数据收集不准确、检测效果差等问题,为了解决该问题,设计了基于门替换技术的电路老化检测预防系统。根据电路老化检测预防原理,架构系统硬件结构框图,并对传感器和即压控振荡器电路进行设计;利用等精度测... 详细信息

采用传统检测系统存在电路老化数据收集不准确、检测效果差等问题,为了解决该问题,设计了基于门替换技术的电路老化检测预防系统。根据电路老化检测预防原理,架构系统硬件结构框图,并对传感器和即压控振荡器电路进行设计;利用等精度测量原理选取最优输入控制向量、设置路径保护、识别关键门、设计缓解老化电路;将传统系统与本文系统的检测预防效果进行对比实验,由实验结果可知,该系统对电路老化数据收集准确,且检测预防效果较好。

关键词：门替换技术电路老化检测预防最优控制向量识别等精度测量

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电平转换电路的NBTI老化分析与容忍设计

微电子学 2018年第3期48卷 353-358页

作者：周光辉易茂祥方凯黄正峰合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009

电平转换电路是多电压设计中重要的组成部分,用来满足不同电压域间信号的传递。基于32nm CMOS工艺,在100℃下,分析了NBTI老化对传统电平转换电路的影响,并提出应对老化的方案。设计了一种改进的老化容忍的电平转换电路,限制了交叉耦合... 详细信息

电平转换电路是多电压设计中重要的组成部分,用来满足不同电压域间信号的传递。基于32nm CMOS工艺,在100℃下,分析了NBTI老化对传统电平转换电路的影响,并提出应对老化的方案。设计了一种改进的老化容忍的电平转换电路,限制了交叉耦合对的竞争,并采用多阈值技术平衡了功耗与时延。仿真结果表明,与原电路相比,该电路可以在更低的输入电压下正常工作。不同输入电压下,功耗和时延大幅降低。该电路具有很好的老化容忍能力。

关键词：负偏置温度不稳定性电平转换电路老化容忍

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基于混合三模冗余的容忍双点翻转锁存器

计算机辅助设计与图形学学报 2018年第5期30卷 968-974页

作者：黄正峰凤志成姚慧杰易茂祥欧阳一鸣梁华国合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009 合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009

随着集成电路工艺的飞速发展,电路内部节点对于高能粒子入射的敏感性急速增大,锁存器中辐射效应引起的软错误急剧增多.进入90 nm工艺以后,电荷共享导致的双点翻转已经成为影响可靠性的严重问题.为此,基于混合三模冗余机制,提出2种加固... 详细信息

随着集成电路工艺的飞速发展,电路内部节点对于高能粒子入射的敏感性急速增大,锁存器中辐射效应引起的软错误急剧增多.进入90 nm工艺以后,电荷共享导致的双点翻转已经成为影响可靠性的严重问题.为此,基于混合三模冗余机制,提出2种加固锁存器结构:TMR-2D1R锁存器和TMR-1D2R锁存器.传统的三模冗余锁存器包括3个同构的D-latch和1个表决器;TMR-2D1R锁存器包括2个D-latch,1个RHM单元和1个表决器,可以部分容忍双点翻转;TMR-1D2R锁存器包括1个D-latch,2个RHM单元和1个表决器,可以完全容忍双点翻转.与相关加固锁存器进行比较的结果表明,TMR-1D2R锁存器在延迟、功耗、面积和加固性能等方面取得了较好的折中.

关键词：软错误双点翻转混合三模冗余加固锁存器