[发明专利]自我追踪双稳态锁存单元及其操作方法

说明书

本发明公开了一种自我追踪双稳态锁存单元，包括交叉耦合锁存器、第一及第二可写入晶体管。交叉耦合锁存器接收锁存控制信号及参考电压。第一可写入晶体管的第一端输出第一位，第一可写入晶体管的第二端耦接于交叉耦合锁存器的第一数据端，而第一可写入晶体管的控制端接收追踪控制信号。第二可写入晶体管的第一端输出第二位，第二可写入晶体管的第二端耦接于交叉耦合锁存器的第二数据端，而第二可写入晶体管的控制端接收追踪控制信号。第一可写入晶体管及第二可写入晶体管两者的栅极氧化层皆较交叉耦合锁存器中晶体管的栅极氧化层薄。

技术领域

本发明是有关于一种双稳态锁存单元，尤其是一种能够自行追踪其初始状态的双稳态锁存单元。

背景技术

锁存单元是常见的基本储存组件，一般可以利用交叉耦合(cross-coupled)的反相器来实作。当锁存单元被致能时，其电路会在一段不定的期间内处于一种未定义的状态，然而最终两个反相器之间的抗衡会因为制程中无法控制的变异而导致最终的结果，而输出彼此相反的电压。更具体地说，首先成功稳定下来的反相器将会回馈至另一个反相器使得另一个反相器进入相反的状态，而最终锁存单元就会保持在稳定状态，并保存这个初始值。也就是说，锁存单元可以被视为能够在第一次上电致能时，记录其初始状态的双稳态存储器单元。然而，要在锁存单元中预测哪一个反相器将取得主导地位则是不可能的。

由于双稳态锁存单元的微物理结构，锁存单元可以应用在物理不可克隆函数(physical unclonable functions，PUF)中。虽然锁存单元能够提供适当的乱度和不可预测性，因此能够实作物理不可克隆函数，然而要达到高可靠度则仍然十份困难且代价昂贵。在设备操作的过程中，当温度、电压、环境及其他环境参数产生变化，或甚至是设备老旧导致操作参数变化时，锁存单元内的位也可能随着这些乱度源而产生翻转逆变，因此锁存单元的初始状态很难保存或复制。因此，在现有技术中，常需要透过容错机制、在物理不可克隆函数中内建备份数据及对应的随机数注册程序来提升可复制性。然而，备份数据和容错修正算法都会带来可观的负担，并且可能会让系统安全产生弱点。

发明内容

本发明的一实施例提供一种自我追踪双稳态锁存单元，自我追踪双稳态锁存单元包括交叉耦合锁存器(cross-coupled latch)、第一可写入晶体管及第二可写入晶体管。

交叉耦合锁存器具有第一数据端、第二数据端、第一电压输入端及第二电压输入端，交叉耦合锁存器的第一电压输入端接收锁存控制信号，而交叉耦合锁存器的第二电压输入端接收参考电压。

第一可写入晶体管具有第一端、第二端及控制端，第一可写入晶体管的第一端在执行读取操作时输出第一位，第一可写入晶体管的第二端耦接于交叉耦合锁存器的第一数据端，而第一可写入晶体管的控制端接收追踪控制信号。第一可写入晶体管的栅极氧化层较交叉耦合锁存器中的晶体管的栅极氧化层薄。

第二可写入晶体管具有第一端、第二端及控制端，第二可写入晶体管的第一端在执行读取操作时输出第二位，第二可写入晶体管的第二端耦接于交叉耦合锁存器的第二数据端，而第二可写入晶体管的控制端接收追踪控制信号。第二可写入晶体管的栅极氧化层较交叉耦合锁存器中的晶体管的栅极氧化层薄。

本发明的另一实施例提供一种操作自我追踪双稳态锁存单元的方法，自我追踪双稳态锁存单元包括交叉耦合锁存器、第一可写入晶体管及第二可写入晶体管。第一可写入晶体管耦接于交叉耦合锁存器的第一数据端，及第二可写入晶体管耦接于交叉耦合锁存器的第二数据端。

操作自我追踪双稳态锁存单元的方法包括在执行追踪操作时，提供锁存控制信号至交叉耦合锁存器以启动交叉耦合锁存器，交叉耦合锁存器进入稳态以根据交叉耦合锁存器的原生趋势经由第一数据端及第二数据端输出一互补位对，且原生趋势是在制程中产生而无法控制，提供追踪控制信号至第一可写入晶体管的控制端及第二可写入晶体管的控制端以根据所述互补位对击穿第一可写入晶体管及第二可写入晶体管的其中一者。

附图说明