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一种基于熵源分离模型的可重构安全原语

微电子学 2023年第1期53卷 36-43页

作者：王燕捷梁华国孙克仲姚亮蒋翠云易茂祥鲁迎春合肥工业大学微电子学院合肥230009 合肥工业大学数学学院合肥230009

在信息爆炸时代,信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中,物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语,提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型,能够分离环形振荡器中抖动(真随... 详细信息

在信息爆炸时代,信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中,物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语,提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型,能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型,在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路,通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器,该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明,生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好;真随机数序列均通过了NIST测试,具有高随机性和不可预测性。

关键词：环形振荡器抖动工艺偏差物理不可克隆函数真随机数发生器

65 nm CMOS工艺的低功耗加固12T存储单元设计

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计算机辅助设计与图形学学报 2019年第3期31卷 504-512页

作者：黄正峰李雪健鲁迎春欧阳一鸣方祥圣易茂祥梁华国倪天明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 安徽行政学院信息工程系合肥230059 安徽工程大学电气工程学院芜湖241000

随着CMOS工艺尺寸的不断缩减,存储单元对高能辐射粒子变得更加敏感,由此产生的软错误和因电荷共享导致的双节点翻转急剧增多.为了提高存储单元的可靠性,提出一种由4个PMOS晶体管和8个NMOS晶体管组成的抗辐射加固12T存储单元,并由NMOS晶... 详细信息

随着CMOS工艺尺寸的不断缩减,存储单元对高能辐射粒子变得更加敏感,由此产生的软错误和因电荷共享导致的双节点翻转急剧增多.为了提高存储单元的可靠性,提出一种由4个PMOS晶体管和8个NMOS晶体管组成的抗辐射加固12T存储单元,并由NMOS晶体管中的N_1和N_2以及N_3和N_4构成了堆叠结构来降低存储单元的功耗;其基于物理翻转机制避免了存储节点产生负向的瞬态脉冲,在存储节点之间引入的负反馈机制,有效地阻碍了存储单元的翻转.大量的HSPICE仿真结果表明,所提出的存储单元不仅能够完全容忍敏感节点的翻转,还能够部分容忍电荷共享引起的敏感节点对翻转;与已有的存储单元相比,所提出的存储单元的功耗、面积开销、读/写时间平均减小了18.28%, 13.18%, 5.76%和22.68%,并且噪声容限的值较大;结果表明该存储单元在面积开销、存取时间、功耗和稳定性方面取得了很好的折中.

关键词：抗辐射加固设计软错误单粒子翻转存取可靠性存储单元

一种改进的M-BUS主机接口电路的设计与仿真

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电子技术应用 2017年第1期43卷 99-102页

作者：胡必君梁华国易茂祥许达文徐秀敏合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009

M-BUS(仪表总线)以远程供电及自由拓扑等特点被广泛应用于仪表或者传感器的通信中,而其带负载能力和接收处理能力是限制其应用范围的两个关键因素,为此,对现有的一种高驱动主机发送电路和传统的主机接收电路分别进行改进。发送电路通过... 详细信息

M-BUS(仪表总线)以远程供电及自由拓扑等特点被广泛应用于仪表或者传感器的通信中,而其带负载能力和接收处理能力是限制其应用范围的两个关键因素,为此,对现有的一种高驱动主机发送电路和传统的主机接收电路分别进行改进。发送电路通过调整电路结构,增加MOS管驱动电路和栅极保护电路,完善电路的关闭功能,从而在保持高驱动的同时,提高了电路运行的可靠性;接收电路采用差动运放对接收信号进行预处理再比较,提高了电路对变化负载的适应性和抗干扰能力。对改进后的发送电路和接收电路分别进行对比仿真,结果显示其收发性能均得到改善。

关键词：仪表总线主机接口电路

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一种有效的3D存储器内建自修复方案

微电子学 2019年第5期49卷 690-696页

作者：姚瑶梁华国应健锋倪天明易茂祥黄正峰合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009 安徽工程大学电气工程学院安徽芜湖241000

与2D存储器相比,3D存储器能够提供更大的容量、更高的带宽、更低的延迟和功耗,但成品率低。为了解决这个问题,提出一种有效的3D存储器内建自修复方案。将存储阵列的每一行或每一列划分成几个行块或列块,在不同层的行块或列块之间进行故... 详细信息

与2D存储器相比,3D存储器能够提供更大的容量、更高的带宽、更低的延迟和功耗,但成品率低。为了解决这个问题,提出一种有效的3D存储器内建自修复方案。将存储阵列的每一行或每一列划分成几个行块或列块,在不同层的行块或列块之间进行故障单元的映射,使不同层同一行或同一列的故障在逻辑上映射到同一层中,从而使一个冗余行或冗余列能够修复更多的故障,大大增加了冗余资源利用率和故障修复率。实验结果表明,与其他修复方案相比,该方案的修复率更高,实现相同修复率所需的冗余资源更少,增加的面积开销几乎可忽略不计。

关键词： 3D存储器成品率内建自修复行块列块修复率

协同缓解PBTI和HCI老化效应的输入重排方法

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2016年第12期39卷 1655-1660页

作者：甘应贤易茂祥张林袁野欧阳一鸣梁华国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

文章考虑了晶体管堆叠效应对串联晶体管的信号占空比和开关概率的影响,提出了一种更精确的正偏置温度不稳定性(positive bias temperature instability,PBTI)和热载流子注入(hot carrier injection,HCI)效应的老化模型,并引入综合考虑... 详细信息

文章考虑了晶体管堆叠效应对串联晶体管的信号占空比和开关概率的影响,提出了一种更精确的正偏置温度不稳定性(positive bias temperature instability,PBTI)和热载流子注入(hot carrier injection,HCI)效应的老化模型,并引入综合考虑信号占空比和开关概率的W值,根据W值的大小对输入信号重排序,以减小PBTI和HCI效应引起的电路老化。结果表明:与Hspice仿真结果相比,原有模型的平均误差为3.9%,而文中所提模型的平均误差能减小到1.4%;利用W值排序法进行晶体管输入信号重排序,逻辑门的寿命平均提高11.7%。

关键词：晶体管老化正偏置温度不稳定性(嗍) 热载流子注入(HCI)效应堆叠效应占空比开关概率

一种低开销的旁路重构RO的片上老化测量方案

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微电子学 2022年第6期52卷 1090-1095页

作者：马俊祥梁华国李丹青易茂祥鲁迎春蒋翠云合肥工业大学微电子学院合肥230009 合肥工业大学数学学院合肥230009

芯片老化引发的可靠性问题日益严重,会降低芯片性能,最终可能导致芯片失效。针对已有的芯片老化测量结构硬件开销大、影响关键路径时序等问题,提出了一种低开销的旁路重构振荡环的片上老化测量方案。实验结果表明,相比现有方案,该方案... 详细信息

芯片老化引发的可靠性问题日益严重,会降低芯片性能,最终可能导致芯片失效。针对已有的芯片老化测量结构硬件开销大、影响关键路径时序等问题,提出了一种低开销的旁路重构振荡环的片上老化测量方案。实验结果表明,相比现有方案,该方案硬件开销降低了63.2%,在性能上平均提高了15.7%,并且老化在线测量误差较小,仅为2%。

关键词：关键路径时序旁路重构振荡环老化测量方案

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一种容SEU的新型自恢复锁存器

微电子学 2017年第5期47卷 685-689,694页

作者：黄正峰付俊超欧阳一鸣闫爱斌梁华国易茂祥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 安徽大学计算机科学与技术学院合肥230601

针对单粒子翻转(SEU)的问题,提出了一种容SEU的新型自恢复锁存器。采用1P-2N单元、输入分离的钟控反相器以及C单元,使得锁存器对SEU能够实现自恢复,可用于时钟门控电路。采用高速通路设计和钟控设计,以减小延迟和降低功耗。相比于HLR-CG... 详细信息

针对单粒子翻转(SEU)的问题,提出了一种容SEU的新型自恢复锁存器。采用1P-2N单元、输入分离的钟控反相器以及C单元,使得锁存器对SEU能够实现自恢复,可用于时钟门控电路。采用高速通路设计和钟控设计,以减小延迟和降低功耗。相比于HLR-CG1,HLR-CG2,TMR,HiPer-CG锁存器,该锁存器的功耗平均下降了44.40%,延迟平均下降了81%,功耗延迟积(PDP)平均下降了94.20%,面积开销平均减少了1.80%。

关键词：软错误单粒子翻转时钟门控加固锁存器

一种基于环形振荡器的轻量级高效率的真随机数发生器

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电子测量与仪器学报 2021年第3期35卷 115-122页

作者：鲁迎春梁华国王鑫宇姚亮倪天明易茂祥戚昊琛黄正峰合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009 安徽工程大学电气工程学院芜湖241000

真随机数发生器(TRNG)作为芯片中重要的安全组件,在现代加密系统中扮演着越来越重要的角色。对于TRNG的设计,关键是需要熵提取器可以在恶劣的环境变化(如工艺波动、电压和温度(PVT))下稳定地生成熵值。基于Xilinx FPGA平台提出了一种基... 详细信息

真随机数发生器(TRNG)作为芯片中重要的安全组件,在现代加密系统中扮演着越来越重要的角色。对于TRNG的设计,关键是需要熵提取器可以在恶劣的环境变化(如工艺波动、电压和温度(PVT))下稳定地生成熵值。基于Xilinx FPGA平台提出了一种基于环形振荡器的低成本,高效率真随机数发生器。TRNG一方面通过快速进位逻辑来提高熵提取的效率,另一方面通过优化电路结构和延迟,在以相对较低的资源开销情况下实现可观的吞吐量和随机性。TRNG分别在多块Xilinx Virtex6 FPGAs和Xilinx Spartan6 FPGAs上进行验证,实验数据测试结果表明,所提出的TRNG能够在广泛的PVT范围内表现出良好的鲁棒性,且生成的随机比特流不仅以相当高P值通过NIST SP800-22统计测试套件,而且可以通过最新的NIST SP800-90B测试。

关键词：真随机数发生器快速进位链逻辑低成本高鲁棒性

一种基于FPGA的Latch结构真随机数发生器

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微电子学 2018年第5期48卷 635-641页

作者：王浩宇梁华国徐秀敏蒋翠云易茂祥黄正峰合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009 合肥工业大学数学学院合肥230009

提出一种基于FPGA的高熵真随机数发生器,采用非传统锁存器结构,并结合改进的随机数采集方法来获取真随机数。相对于FPGA上广泛采用的真随机数发生器,该高熵真随机数发生器具有较低的资源消耗。与参考方法相比,改进的随机数采集方法有效... 详细信息

提出一种基于FPGA的高熵真随机数发生器,采用非传统锁存器结构,并结合改进的随机数采集方法来获取真随机数。相对于FPGA上广泛采用的真随机数发生器,该高熵真随机数发生器具有较低的资源消耗。与参考方法相比,改进的随机数采集方法有效提升了数据产生速率。实验结果表明,该真随机数发生器对于温度(20℃～80℃)和电压(0.9～1.1V)的变化具有较高的鲁棒性,所产生的真随机数均能通过NIST随机性测试。在正常工作条件下,随机数产生速率为14.2Mbit/s。

关键词：真随机数发生器锁存器 FPGA 亚稳态