[发明专利]SiDNA序列生成及识别方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种半导体设计领域的技术，具体是一种使用SiDNA(半导体基因)及其适配电路来探测和记录半导体芯片上CMOS晶体管的不同信息并转换成0/1序列的方法及装置。

背景技术

很多研究表明在生产CMOS晶体管的时候，栅的长度，宽度，厚度，填充剂的浓度等多会有随机的程正态分布的差异，这些差异虽然很小但是会对晶体管的电性能比如阈值电压，漏源电流，栅电压等产生些微的差异。这些差异也都随机而且正态分布。在设计芯片的时间，为了考虑这些随机变化的因素，半导体生产商都会提供芯片设计部门程正态分布的数学模型。如果没有这个模型或设计时不考虑这个数据，那么产品优良率就会非常低。

现有的芯片序列一般通过电子熔丝编程的方式手动生成，通过数个存储器位单元组成的非易失性存储器或将信息写至所述非易失性存储器内，并从存储器中读取到该唯一芯片识别符或部件编号识别符，但该技术的实现需要在半导体制备后额外增加熔丝编程工艺，且过大的存储器单元也会导致不必要的芯片尺寸增加。

现有的芯片ID号码的生成还包括采用PUF(Physically Unclonable Functions,物理抗克隆)技术实现，PUF技术采用硅片独特的物理特性和IC制造过程的变异性来识别各个硅芯片，判断它们的真伪性，无需采用密钥或存储密钥。由于该技术生成密码方便，并且即便采用完全相同的制造工艺也很难复制ID号码，故常用于安保领域。

最典型的PUF技术应用即为SRAM(静态随机存储器)PUF技术，该存储器中的半导体单元设计为具有对称的结构，使该半导体单元能够处于逻辑临界状态。一旦制造工艺过程产生制程参量上的差异时，每个半导体单元在通电后产生非随机的逻辑状态，从而使得由存储器单元构成的阵列生成唯一的ID号码。如中国专利文献号CN104347111A公开(公告)日2015.02.11，公开了一种半导体集成电路器件，即为上述典型的SRAM PUF技术的应用。

但上述SRAM PUF技术的缺陷在于稳定性难以满足工业需求，存储器单元的输出结果很大程度上受到周边电路或外部环境的影响，上述技术问题构成了现阶段SRAM PUF技术在应用环节的主要阻碍。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种SiDNA序列生成及识别方法和装置，通过锁存电路和缓冲器电路将半导体制成过程中产生的差异转换成0和1并把它们贮存起来，然后随时读取。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种SiDNA序列生成方法，其特征在于，通过在设计阶段为每个半导体芯片的工作电压和公共接地端电压之间增设若干组并联和/或串联的带有缓冲寄存器的锁存器，即SiDNA单元，经半导体制程工艺使得锁存器实现非临界状态，即产生固定且不相同的0或1，从而形成该半导体芯片对应的DNA序列。

如图1所示，即为根据上述方法得以实现的DNA序列。上述序列在芯片设计过程中也可以采用如图2所示的阵列布置方式。

所述的锁存器具有镜像对称结构。

本发明涉及一种实现上述方法的SiDNA序列生成单元，为两个对称耦合的反相器组成的锁存器。

所述的对称，是指第一反相器和第二反相器具有半导体制程工艺上的对称结构。

所述的耦合，通过第一反相器的输入端与第二反相器的输出端相连，第二反相器的输入端与第一反相器的输出端相连，这样的设计使得第一反相器与第二反相器的输入输出得以反相强化。

所述的SiDNA序列生成单元内进一步优选设有一对缓冲寄存器，该缓冲寄存器对称设置于上述锁存器的两侧。

本发明涉及一种具有SiDNA序列的芯片，包括：若干个上述SiDNA序列生成单元以及多级读取机构，其中：SiDNA单元分布于芯片的各个位置并与多级扫描链单元相连。

所述的多级读取机构，为包括若干个级联的扫描触发器的多级扫描链单元，该扫描触发器的输入端与上述锁存器的输出端或缓冲寄存器的DNA端或DNAC端相连，当扫描触发器接收到时钟信号后将相应在输出端经触发产生相应的信号。

本发明涉及一种系统单芯片，包括：分别与总线相连的若干个带有I/O电路的逻辑单元和一个处理单元，该逻辑单元通过总线和处理单元传输数据，上述逻辑单元遍布于芯片的不同位置；该逻辑单元内包括一个或多个如上述任一权利要求中所述的SiDNA单元，每个逻辑单元中的I/O电路通过总线将与之相连的SiDNA单元的DNA信息通过总线输出至处理单元，由处理单元根据不同的逻辑单元将对应的DNA信息整合为完整的DNA序列。

附图说明