本申请主张在2017年5月16日在韩国知识产权局提出申请的韩国专利申请第10-2017-0060680号以及在2017年9月13日在韩国知识产权局提出申请的韩国专利申请第10-2017-0117230号的权利，所述韩国专利申请的公开内容全文并入本文供参考。
本发明概念涉及安全技术，且更具体来说，涉及一种物理不可克隆功能(puf)电路。
背景技术
随着有线通信及无线通信技术以及智能装置相关技术的近期快速进步，对于建立安全系统以便能够安全地使用所述技术的需要也日益增加。因此，具有物理不可克隆功能的安全技术得到人们的关注。物理不可克隆功能电路是指在半导体芯片中实作并利用在制造工艺期间产生的工艺偏差来生成不可预测的随机数字值的电路。通过使用物理不可克隆功能电路生成密钥，可基本防止对存储在安全装置中的例如认证密钥等重要密钥的复制。
技术实现要素：
本发明概念提供一种具有低误比特率(biterrorrate，ber)的物理不可克隆功能(physicalunclonablefunction，puf)电路以及包括所述物理不可克隆功能电路的系统及集成电路。
根据本发明概念的一方面，提供一种物理不可克隆功能(puf)电路。所述物理不可克隆功能(puf)电路包括：多个物理不可克隆功能单元，分别被配置成通过对电源电压进行分压来产生输出电压；参考电压产生器，被配置成通过对所述电源电压进行分压来产生第一参考电压；以及比较单元，被配置成将所述多个物理不可克隆功能单元的所述输出电压与所述第一参考电压依序进行比较，以输出所述多个物理不可克隆功能单元的数据值。
根据本发明概念的另一方面，提供一种物理不可克隆功能(puf)系统。所述物理不可克隆功能(puf)系统包括控制器以及物理不可克隆功能电路，所述物理不可克隆功能电路包括多个物理不可克隆功能单元。所述物理不可克隆功能电路被配置成将所述多个物理不可克隆功能单元的输出电压与参考电压进行比较以产生物理不可克隆功能数据及有效性数据，所述物理不可克隆功能数据包括所述多个物理不可克隆功能单元的数据值，所述有效性数据指示所述多个物理不可克隆功能单元的所述数据值的有效性。所述控制器被配置成控制所述物理不可克隆功能电路并基于所述物理不可克隆功能数据及所述有效性数据来产生密钥。
根据本发明概念的另一方面，提供一种集成电路。所述集成电路具有物理不可克隆功能(puf)电路，所述物理不可克隆功能电路包括多个物理不可克隆功能单元，所述多个物理不可克隆功能单元分别被配置成通过基于至少两个电阻器对电源电压进行分压来产生输出电压。所述物理不可克隆功能电路还包括参考电压产生器，所述参考电压产生器被配置成通过基于电阻器串对所述电源电压进行分压来产生第一参考电压、第二参考电压及第三参考电压。所述第二参考电压高于所述第一参考电压，且所述第三参考电压低于所述第二参考电压。所述物理不可克隆功能电路还包括比较电路，所述比较电路被配置成将所述多个物理不可克隆功能单元的所述输出电压与所述第一参考电压、所述第二参考电压及所述第三参考电压中的每一者进行比较，并被配置成输出比较结果。另外，所述物理不可克隆功能电路包括组合逻辑，所述组合逻辑被配置成基于所述比较结果来产生指示所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者的有效性的有效性数据。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细说明，将会更清楚地理解本发明概念的实施例，在附图中：
图1是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能(puf)系统的方块图。
图2是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路的电路图。
图3a示出多个物理不可克隆功能单元的分布。
图3b示出第一参考电压的分布。
图3c是用于根据第二参考电压及第三参考电压来解释死区(deadzone)的示意图。
图4a至图4c示出根据示例性实施例的有效性确定方法。
图5示出根据本发明概念示例性实施例的比较电路的实例。
图6示出根据本发明概念示例性实施例的比较电路的实例。
图7是根据本发明概念示例性实施例的参考电压产生器的实例的示意图。
图8是根据本发明概念示例性实施例的参考电压产生器的实例的示意图。
图9是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路的电路图。
图10是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路的电路图。
图11是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能系统的方块图。
图12是根据本发明概念示例性实施例的操作物理不可克隆功能系统的方法的流程图。
图13是根据示例性实施例的图12所示操作s100的流程图。
图14是根据示例性实施例的图12所示操作s200的流程图。
图15是根据示例性实施例的图12所示操作s200的流程图。
图16是示出根据本发明概念示例性实施例的电子装置的方块图。
[符号的说明]
100、100a、100b、100c：物理不可克隆功能电路
110：物理不可克隆功能单元阵列
120、120a、120b：参考电压产生器
121：第一选择器
122：第二选择器
130、130a、130b：比较电路
131：第一比较器
131a、131b：比较器
132：第二比较器
132a：开关电路
133：第三比较器
133b：参考选择器
140：组合逻辑
150：单元选择电路
151：单元选择器
160：调节器
170：保护电路
180：区块开关
200、200a：控制器
210：控制逻辑
220：密钥产生器
230：错误检查及修正电路
300、2410：非易失性存储器
1000、1000a、2200：物理不可克隆功能系统
2000：电子装置
2100：处理器
2300：编码模块
2400：非易失性存储器控制器
2500：随机存取存储器
2600：接口
ar1：第一区域
ar2：第二区域
ar3：第三区域
ar4：第四区域
bgr：带隙参考电路
cl1：物理不可克隆功能单元/第一物理不可克隆功能单元
cl2～cln：物理不可克隆功能单元
cn1、cn2～cnn、cnr：连接节点
con：控制信号
d1：多个物理不可克隆功能单元的输出电压的分布
d2：第一参考电压的分布
enb：去能信号
iref：参考电流
key：密钥/认证密钥/初始认证密钥
pdt：物理不可克隆功能数据
md：模式信号
n1_1、n1_2～n1_m、n2_1、n2_2～n2_m：节点
nd1：第一端
re1：电阻元件/第一电阻元件
re2：电阻元件/第二电阻元件
re3、re3a、re3b：第三电阻元件
re4、re4a、re4b：第四电阻元件
req：认证密钥请求信号
rsel：参考选择信号
rst1：第一比较结果
rst2：第二比较结果
rst3：第三比较结果
rsw1：第一参考开关
rsw2：第二参考开关
rsw3：第三参考开关
s100、s110、s120、s130、s140、s150、s160、s200、s210、s220、s230、s240、s200a、s210a、s220a、s230a、s240a：操作
set1：第一设置信号
set2：第二设置信号
ssw1、ssw2～sswn：单元选择开关
vcell：输出电压
vdd：电源电压
vdde：外部电源电压
vdt：有效性数据
vref：第一参考电压
vref_h：第二参考电压
vref_l：第三参考电压
vs：有效性信号
具体实施方式
在下文中，现将参照附图更充分地阐述本发明概念。
图1是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能(puf)系统1000的方块图。
物理不可克隆功能系统1000可安装在其中执行数据编码或安全认证的各种类型的电子装置中。物理不可克隆功能系统1000可响应于来自外部装置(例如，外部处理器)的认证密钥请求信号req产生认证密钥key，并将认证密钥key提供到所述外部装置或另一个外部装置(例如，编码模块或认证模块)。
参照图1，物理不可克隆功能系统1000可包括物理不可克隆功能电路100、控制器200及非易失性存储器300。物理不可克隆功能系统1000可通过半导体工艺来制造。在示例性实施例中，物理不可克隆功能电路100、控制器200及非易失性存储器300可形成在单个半导体芯片上或者不同的半导体芯片上。
控制器200可基于由物理不可克隆功能电路100提供的物理不可克隆功能数据pdt以及有效性数据vdt来产生认证密钥key。控制器200可包括控制逻辑210及密钥产生器220。
控制逻辑210可产生用于控制物理不可克隆功能电路100的操作的控制信号con。举例来说，控制信号con可包括物理不可克隆功能单元选择信号、参考电压设置信号、模式信号、时钟信号或类似信号。
密钥产生器220可基于物理不可克隆功能数据pdt产生认证密钥key。在示例性实施例中，密钥产生器220可基于根据有效性数据vdt从物理不可克隆功能数据pdt中所包含的数据值中选择的有效数据值产生认证密钥key。
物理不可克隆功能电路100可基于在半导体制造工艺期间造成的电阻元件之间的失配(mismatch)(或被称为电阻元件的电阻值的误差)来产生物理不可克隆功能数据pdt。物理不可克隆功能数据pdt在物理不可克隆功能电路100的设计阶段中具有不可预测的随机值。另外，物理不可克隆功能数据pdt基于上面形成有物理不可克隆功能电路100的半导体芯片的本征性质而具有唯一值。因此，即使分别包括物理不可克隆功能电路100的半导体芯片是以相同的工艺制造，从一半导体芯片中所包括的物理不可克隆功能电路100输出的物理不可克隆功能数据pdt也可不同于从另一个半导体芯片中所包括的物理不可克隆功能电路100输出的物理不可克隆功能数据pdt。
物理不可克隆功能电路100可包括物理不可克隆功能单元阵列110及参考电压产生器120。
物理不可克隆功能单元阵列110可包括多个物理不可克隆功能单元，且所述多个物理不可克隆功能单元可具有相同的结构。然而，所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者可产生具有由内部电阻元件之间的失配引起的唯一电平的输出电压。
参考电压产生器120可产生用于确定所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者的数据值的第一参考电压，且可产生用于确定数据值的有效性的第二参考电压及第三参考电压。第二参考电压高于第一参考电压，且第三参考电压低于第一参考电压。
举例来说，当物理不可克隆功能单元的输出电压等于或高于第一参考电压时，物理不可克隆功能电路100可将物理不可克隆功能单元的数据值确定为逻辑高(数字数据值为′1′)。当物理不可克隆功能单元的输出电压小于第一参考电压时，物理不可克隆功能电路100可将物理不可克隆功能单元的数据值确定为逻辑低(数字数据值为′0′)。另外，当物理不可克隆功能单元的输出电压等于或高于第二参考电压或者小于第三参考电压时，物理不可克隆功能电路100可确定物理不可克隆功能单元的数据值为有效的。当物理不可克隆功能单元的输出电压小于第二参考电压且等于或高于第三参考电压时，物理不可克隆功能电路100可确定物理不可克隆功能单元的数据值为无效的。物理不可克隆功能电路100可产生多个物理不可克隆功能单元的数据值以及指示数据值中的每一者的有效性的有效性信号。物理不可克隆功能电路100可将数据值及有效性信号提供到控制器200来分别作为物理不可克隆功能数据pdt及有效性数据vdt。
物理不可克隆功能单元的有效数据值指示物理不可克隆功能单元是稳定的，且物理不可克隆功能单元的无效数据值指示物理不可克隆功能单元是不稳定的。不稳定的物理不可克隆功能单元的数据值(即，不稳定的物理不可克隆功能单元的输出电压与参考电压(例如，第一参考电压)之间的比较结果)很可能会因例如电源电压、温度、老化或噪声等因素而改变，且因此不使用不稳定的物理不可克隆功能单元来产生认证密钥key。因此，控制器200的密钥产生器220可基于有效性数据vdt从物理不可克隆功能数据pdt的数据值中选择稳定的物理不可克隆功能单元的数据值(即，有效数据值)，且可基于有效数据值产生认证密钥key。
确定数据值的有效性(即，产生有效性数据vdt)可在响应于认证密钥请求信号req产生认证密钥key之前执行。举例来说，确定数据值的有效性可在物理不可克隆功能电路100的制造工艺的测试过程中或者在物理不可克隆功能电路100的初始化过程或复位过程中执行。有效性数据vdt可存储在非易失性存储器300中。非易失性存储器300可包括以下中的一者：一次可编程(one-timeprogrammable，otp)存储器、只读存储器(readonlymemory，rom)、可编程只读存储器(programmablerom，prom)、电可编程只读存储器(electricallyprogrammablerom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electricallyerasableandprogrammablerom，eeprom)、闪速存储器、相变随机存取存储器(phase-changeram，pram)、磁性随机存取存储器(magneticram，mram)、电阻式随机存取存储器(resistiveram，rram)及铁电式随机存取存储器(ferroelectricram，fram)。在示例性实施例中，非易失性存储器300可包括在控制器200或物理不可克隆功能电路100内部。
控制器200可将由物理不可克隆功能电路100提供的有效性数据vdt存储在非易失性存储器300中，并在稍后响应于认证密钥请求信号req产生认证密钥key时从非易失性存储器300读取有效性数据vdt以及使用有效性数据vdt。
在示例性实施例中，当产生认证密钥key时，控制器200可从非易失性存储器300读取有效性数据vdt，并从物理不可克隆功能电路100接收物理不可克隆功能数据pdt。控制器200可基于有效性数据vdt从物理不可克隆功能数据pdt中选择有效数据值，并基于有效数据值产生认证密钥key。
在另一个示例性实施例中，当产生认证密钥key时，控制器200可基于有效性数据vdt选择有效的物理不可克隆功能单元，且物理不可克隆功能电路100可产生包括仅有效的物理不可克隆功能单元的数据值的物理不可克隆功能数据pdt并将物理不可克隆功能数据pdt提供到控制器200。控制器200可基于所接收的物理不可克隆功能数据pdt产生认证密钥key。在示例性实施例中，控制器200可输出物理不可克隆功能数据pdt作为认证密钥key。
图2是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路100a的电路图。图3a示出多个物理不可克隆功能单元的输出电压的分布。图3b示出第一参考电压的分布。图3c是用于根据第二参考电压及第三参考电压来解释死区的视图。
参照图2，物理不可克隆功能电路100a可包括物理不可克隆功能单元阵列110、参考电压产生器120、比较电路130、组合逻辑140及单元选择电路150。
物理不可克隆功能单元阵列110可包括多个物理不可克隆功能单元cl1至cln，且所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln中的每一者可使用电阻元件re1及re2对电源电压vdd进行分压，以产生输出电压。
举例来说，以第一物理不可克隆功能单元cl1为例，第一物理不可克隆功能单元cl1可包括第一电阻元件re1及第二电阻元件re2。第一电阻元件re1与第二电阻元件re2可为同质(homogeneous)电阻元件。举例来说，第一电阻元件re1及第二电阻元件re2可为电阻器或其中串联连接有多个电阻器的电阻器串，且电阻器可为通孔(via)、金属配线、多晶硅等。另外，电阻器可为可在制造工艺中实作的任何类型的电阻器。然而，电阻器并非仅限于此，且第一电阻元件re1及第二电阻元件re2也可为各种电阻元件，例如开关电容器(switchedcapacitor)或磁阻式元件。
第一电阻元件re1与第二电阻元件re2可串联连接，且可向第一电阻元件re1的一端施加电源电压vdd。第一物理不可克隆功能单元cl1的输出电压可从第一电阻元件re1与第二电阻元件re2之间的连接节点cn1输出。因此，第一电阻元件re1与第二电阻元件re2可作为分压器(voltagedivider)运行。
根据示例性实施例，第一电阻元件re1与第二电阻元件re2可具有相同的电阻值。详细来说，第一电阻元件re1的目标电阻值与第二电阻元件re2的目标电阻值可相同。因此，第一物理不可克隆功能单元cl1的输出电压可为电源电压vdd的一半。然而，第一电阻元件re1的电阻值与第二电阻元件re2的电阻值之间可因在半导体制造工艺期间出现的失配而产生差异，且所述电阻差异可表现为第一物理不可克隆功能单元cl1的输出电压的误差。
第一物理不可克隆功能单元cl1的数据值可基于第一物理不可克隆功能单元cl1的输出电压(即，第一物理不可克隆功能单元cl1的输出电压的误差)来确定。输出电压的误差越大，第一物理不可克隆功能单元cl1的数据值便可维持更稳定。因此，为增大第一电阻元件re1与第二电阻元件re2之间的失配，可将第一电阻元件re1与第二电阻元件re2设计成具有非常小的长度及宽度。
由于第一电阻元件re1与第二电阻元件re2是同质电阻元件，因此第一电阻元件re1及第二电阻元件re2中的每一者的电阻值随着例如温度、电压、测试条件的改变或者环境的改变(例如，老化)而发生的变化可表现出相同的趋势。举例来说，第一电阻元件re1的电阻值随着温度升高而增大可与第二电阻元件re2的电阻值的增大相似。因此，即使当环境改变时，第一物理不可克隆功能单元cl1的输出电压仍可维持相对均匀。
其他物理不可克隆功能单元cl2至cln的配置及结构与第一物理不可克隆功能单元cl1的配置及结构相同。因此，将省略重复的说明。可从其他物理不可克隆功能单元cl2至cln中的每一者中所包括的第一电阻元件re1与第二电阻元件re2的连接节点cn2至cnn输出输出电压。然而，所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln中的每一者的第一电阻元件re1与第二电阻元件re2的失配程度是随机的，且因此，所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压可彼此不同。所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压的分布可如图3a所示。
参照图3a，水平轴线表示物理不可克隆功能单元的输出电压vcell，且垂直轴线表示与每一个输出电压vcell对应的物理不可克隆功能单元的数目。如图3a所示，大部分物理不可克隆功能单元可具有与电源电压vdd的一半(vdd/2)对应或邻近vdd/2的输出电压vcell，且所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压可具有正态分布。
再次参照图2，单元选择电路150可选择并输出所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压中的一者，且可依序地选择并输出所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压。
单元选择电路150可包括多个单元选择开关ssw1至sswn以及单元选择器151，所述多个单元选择开关ssw1至sswn分别连接到所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln。
单元选择器151可控制所述多个单元选择开关ssw1至sswn的接通及断开。举例来说，单元选择器151可产生分别与所述多个单元选择开关ssw1至sswn对应的通断控制信号，并将所述通断控制信号提供到所述多个单元选择开关ssw1至sswn中的每一者。单元选择器151可接通所述多个单元选择开关ssw1至sswn中的一者，并断开其他单元选择开关。
在示例性实施例中，单元选择器151可与时钟信号同步地依序接通所述多个单元选择开关ssw1至sswn。因此，可依序输出物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压。
在另一个示例性实施例中，单元选择器151可基于从外部(例如，从图1所示控制器200)提供的控制信号con依序接通从所述多个单元选择开关ssw1至sswn中选择的一些单元选择开关。从所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln选择的这些物理不可克隆功能单元的输出电压可依序输出到比较电路130。
参考电压产生器120可使用第三电阻元件re3及第四电阻元件re4对电源电压vdd进行分压以产生参考电压，即第一参考电压vref、第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l。如以上参照图1所阐述，第一参考电压vref用于确定所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln中的每一者的数据值，且第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l用于确定所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的数据值的有效性。
参考电压产生器120可包括第三电阻元件re3及第四电阻元件re4。第三电阻元件re3与第四电阻元件re4可为同质电阻元件，且可与第一电阻元件re1及第二电阻元件re2同质或异质。举例来说，第三电阻元件re3与第四电阻元件re4可为电阻器串。
第三电阻元件re3与第四电阻元件re4可串联连接，且可向第三电阻元件re3的一端施加电源电压vdd。第三电阻元件re3与第四电阻元件re4可作为分压器运行。第一参考电压vref可从第三电阻元件re3与第四电阻元件re4之间的连接节点cnr输出。
在示例性实施例中，第三电阻元件re3的电阻值与第四电阻元件re4的电阻值可相同。详细来说，第三电阻元件re3的目标电阻值与第四电阻元件re4的目标电阻值可相同。因此，第一参考电压vref可为电源电压vdd的一半。然而，第三电阻元件re3的电阻值与第四电阻元件re4的电阻值之间可因在半导体制造工艺中出现的失配而产生差异，且所述电阻差异可表现为第一参考电压vref的误差。
第一参考电压vref是用于确定所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的数据值的参考电压，且因此应具有非常小的误差。因此，为减小第三电阻元件re3与第四电阻元件re4之间的失配，可将第三电阻元件re3与第四电阻元件re4设计成具有长的长度及宽的宽度。举例来说，可将第三电阻元件re3与第四电阻元件re4设计成具有比第一电阻元件re1及第二电阻元件re2大的长度及宽的宽度。
第一参考电压vref的分布可如图3b所示。在图3b中，第一参考电压vref的分布d2示出分别从在不同的半导体芯片上实作的物理不可克隆功能电路输出的第一参考电压的分布，且可遵循正态分布。
参照图3b，与所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压的分布d1相比，第一参考电压vref的分布d2可具有明显小的变化。所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的数据值可通过将所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压与第一参考电压vref进行比较来确定。举例来说，具有与第一参考电压vref相等或比第一参考电压vref高的输出电压的物理不可克隆功能单元的数据值可被确定为逻辑高(数字数据值为′1′)，且具有比第一参考电压vref小的输出电压的物理不可克隆功能单元的数据值可被确定为逻辑低(数字数据值为′0′)。
再次参照图2，参考电压产生器120还可输出第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l。如上所述，第三电阻元件re3及第四电阻元件re4可由包括多个电阻器的电阻器串形成，且第二参考电压vref_h可从第三电阻元件re3的多个节点中的一者输出，且第三参考电压vref_l可从第四电阻元件re4的多个节点中的一者输出。因此，第二参考电压vref_h高于第一参考电压vref，且第三参考电压vref_l低于第一参考电压vref。
参照图3c，第二参考电压vref_h与第三参考电压vref_l之间的电压范围可被设置为死区。所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln中的具有处于死区中的输出电压的物理不可克隆功能单元可被确定为不稳定的，且所述物理不可克隆功能单元的数据值可被确定为无效的。第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l可通过考虑到第一参考电压vref的分布d2、比较器(例如，第一比较器至第三比较器131、132及133)的偏移以及噪声效应来进行设置。
可使用比较电路130及组合逻辑140来确定物理不可克隆功能单元的输出电压是否位于死区中(即，物理不可克隆功能单元的数据值的有效性)。
比较电路130可将所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压与第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l进行比较，并输出比较结果。比较电路130可通过将从单元选择电路150输出的物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l进行比较来依序输出关于所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的比较结果。
比较电路130可包括第一比较器至第三比较器131、132及133。第一比较器131可将物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与第一参考电压vref进行比较，并输出比较结果(在下文中称为第一比较结果)。举例来说，如果物理不可克隆功能单元的输出电压vcell等于或高于第一参考电压vref，则可输出′1′，且如果物理不可克隆功能单元的输出电压vcell小于第一参考电压vref，则可输出′0′。然而，比较结果并非仅限于此，且也可输出相反的结果。比较结果可被作为物理不可克隆功能单元的数据值输出。
第二比较器132可将物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与第二参考电压vref_h进行比较，并输出比较结果(在下文中称为第二比较结果)。举例来说，如果物理不可克隆功能单元的输出电压vcell等于或高于第二参考电压vref_h，则可输出′1′，且如果物理不可克隆功能单元的输出电压vcell小于第二参考电压vref_h，则可输出′0′。作为另外一种选择，可输出相反的结果。
第三比较器133可将物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与第三参考电压vref_l进行比较，并输出比较结果(在下文中称为第三比较结果)。举例来说，如果物理不可克隆功能单元的输出电压vcell等于或高于第三参考电压vref_l，则可输出′1′，且如果物理不可克隆功能单元的输出电压vcell小于第三参考电压vref_l，则可输出′0′。作为另外一种选择，可输出相反的结果。
比较电路130可将关于所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln中的每一者的第一比较结果至第三比较结果提供到组合逻辑140。
同时，尽管在图2中比较电路130被示出为包括三个比较器(例如，第一比较器至第三比较器131、132及133)，然而比较电路130并非仅限于此。比较电路130可包括一个或两个比较器，且所述一个或两个比较器可以时间分享(timesharing)方式将物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l进行比较。
组合逻辑140可由多个逻辑门形成，且可基于关于所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln中的每一者的第一比较结果来产生物理不可克隆功能数据pdt(即，所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的数据值)。另外，组合逻辑140可基于第一比较结果至第三比较结果中的至少两个比较结果来产生指示物理不可克隆功能单元的数据值的有效性(即，物理不可克隆功能单元的稳定性(或有效性))的有效性信号。组合逻辑140可输出所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的有效性信号作为有效性数据vdt。组合逻辑140可被称为有效性确定逻辑。
组合逻辑140可基于第一比较结果至第三比较结果中的至少两个比较结果来确定物理不可克隆功能单元的输出电压是否处于死区中，并将具有处于死区中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号产生为′0′，以及将具有处于死区外的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号产生为′1′。以下将参照图4a至图4c阐述组合逻辑140的有效性确定方法。
如上所述，根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路100a可通过将所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压与第一参考电压vref进行比较来产生物理不可克隆功能数据pdt，所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压是通过使用电阻元件对电源电压vdd进行分压而产生。由于对于在对电源电压vdd进行分压时所使用的电阻元件来说例如温度、电压、测试条件的改变或者环境的改变(例如，老化)是相同的，因此所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的输出电压以及第一参考电压vref可维持相对均匀，而不论环境如何改变。因此，不稳定的物理不可克隆功能单元的数目可为小的。
另外，为剔除不稳定的物理不可克隆功能单元并选择稳定的物理不可克隆功能单元(或有效数据值)，物理不可克隆功能电路100a可产生第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l，并基于第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l设置死区。通过剔除可能会产生不稳定的数据值的潜在不稳定的物理不可克隆功能单元以及通过使用具有充足裕量的强的物理不可克隆功能单元的数据值，可降低物理不可克隆功能电路100a的误比特率(ber)。举例来说，如果第一参考电压vref、第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l之间的差异(即，裕量)被设置成宽的，则物理不可克隆功能电路100a可达到零误比特率。
当物理不可克隆功能电路具有高误比特率时，需要使用复杂的错误检查及修正(errorcheckingandcorrection，ecc)逻辑来执行错误检查及修正，且需要比认证密钥实际所需的位的数目多的物理不可克隆功能单元。因此，物理不可克隆功能电路(或者其中安装有物理不可克隆功能电路的系统)具有大的面积及更高的功耗。
然而，根据本发明概念的示例性实施例，通过基于第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l来设置死区以及通过剔除具有处于死区中的输出电压的不稳定的物理不可克隆功能单元，误比特率可得到降低从而省略错误检查及修正逻辑或者可使用简单的错误检查及修正逻辑。因此，包括物理不可克隆功能电路100a的物理不可克隆功能系统(例如，图1所示物理不可克隆功能系统1000)的面积可得到减小且功耗也可得到降低。另外，不需要通过修改例如电源电压vdd的电压电平或温度等各种条件来对物理不可克隆功能单元进行测试以确定不稳定的物理不可克隆功能单元，且因此，测试流程可得到简化。因此，测试时间段可得到缩短且测试成本可得到降低。
图4a至图4c示出根据示例性实施例的有效性确定方法。图2所示组合逻辑140可确定多个物理不可克隆功能单元的有效性或者所述多个物理不可克隆功能单元的数据值的有效性，并基于有效性确定方法产生有效性信号。
参照图4a，多个物理不可克隆功能单元的输出电压的分布可被划分成第一区域ar1至第四区域ar4。第一区域ar1是比第三参考电压vref_l小的电压范围。第二区域ar2是等于或高于第三参考电压vref_l并小于第一参考电压vref的电压范围。第三区域ar3是等于或高于第一参考电压vref并小于第二参考电压vref_h的电压范围。第四区域ar4是等于或高于第二参考电压vref_h的电压范围。
组合逻辑140可对第一比较结果rst1、第二比较结果rst2及第三比较结果rst3执行逻辑运算以产生关于物理不可克隆功能单元的有效性信号vs。此处，第一比较结果rst1、第二比较结果rst2及第三比较结果rst3是将物理不可克隆功能单元的输出电压与第一参考电压vref、第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l中的每一者进行比较的结果。第一比较结果rst1可指示物理不可克隆功能单元的数据值。
具有处于第一区域ar1中的输出电压的物理不可克隆功能单元的第一比较结果rst1、第二比较结果rst2及第三比较结果rst3可全部为′0′。具有处于第二区域ar2中的输出电压的物理不可克隆功能单元的第一比较结果rst1及第二比较结果rst2可为′0′，且所述物理不可克隆功能单元的第三比较结果rst3可为′1′。具有处于第三区域ar3中的输出电压的物理不可克隆功能单元的第一比较结果rst1及第三比较结果rst3可为′1′，且所述物理不可克隆功能单元的第二比较结果rst2可为′0′。具有处于第四区域ar4中的输出电压的物理不可克隆功能单元的第一比较结果rst1、第二比较结果rst2及第三比较结果rst3可全部为′1′。
根据对第一比较结果rst1、第二比较结果rst2及第三比较结果rst3执行的逻辑运算，具有处于第一区域ar1或第四区域ar4中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号vs可被产生为′1′，且具有处于第二区域ar2或第三区域ar3中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号vs可被产生为′0′。因此，具有处于第一区域ar1或第四区域ar4中的输出电压的物理不可克隆功能单元可被确定为有效的(或稳定的)。具有处于第一区域ar1中的输出电压的物理不可克隆功能单元可具有数据值强′0′(strong′0′)，且具有处于第四区域ar4中的输出电压的物理不可克隆功能单元可具有数据值强′1′。
举例来说，当产生关于第一物理不可克隆功能单元至第四物理不可克隆功能单元的物理不可克隆功能数据pdt及有效性数据vdt、且第一物理不可克隆功能单元至第四物理不可克隆功能单元分别处于第一区域ar1至第四区域ar4中时，有效性数据vdt可被产生为′1001′，且物理不可克隆功能数据pdt可被产生为′0011′。由于第一物理不可克隆功能单元至第四物理不可克隆功能单元可基于有效性数据vdt被确定为有效的，因此在产生认证密钥时可使用物理不可克隆功能数据pdt中的第一物理不可克隆功能单元及第四物理不可克隆功能单元的物理不可克隆功能数据值′01′。
参照图4b，组合逻辑140可对物理不可克隆功能单元的第二比较结果rst2及第三比较结果rst3执行逻辑运算以产生关于物理不可克隆功能单元的有效性信号vs。因此，具有处于第一区域ar1或第四区域ar4中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号vs可被产生为′1′，且具有处于第二区域ar2或第三区域ar3中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号vs可被产生为′0′。
参照图4c，组合逻辑140可对物理不可克隆功能单元的第一比较结果rst1与第二比较结果rst2及第三比较结果rst3中的一者执行逻辑运算以产生关于物理不可克隆功能单元的有效性信号vs。举例来说，当第一比较结果rst1是′0′时，组合逻辑140可对第一比较结果rst1及第三比较结果rst3执行异或非(exclusivenor)运算以产生有效性信号vs。当第一比较结果rst1是′1′时，组合逻辑140可对第一比较结果rst1及第二比较结果rst2执行异或非运算以产生有效性信号vs。因此，具有处于第一区域ar1或第四区域ar4中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号vs可被产生为′1′，且具有处于第二区域ar2或第三区域ar3中的输出电压的物理不可克隆功能单元的有效性信号vs可被产生为′0′。
组合逻辑140可根据以上参照图4a至图4c阐述的示例性实施例来确定多个物理不可克隆功能单元的有效性。然而，这些仅为示例性实施例，且可对有效性确定方法进行修改。
图5示出根据本发明概念示例性实施例的比较电路130a的实例。比较电路130a可应用于图2所示物理不可克隆功能电路100a作为比较电路。
参照图5，比较电路130a可包括比较器131a及开关电路132a。开关电路132a可包括第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3。第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3中的每一者的第一端可连接到比较器131a的第一端。第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3的第二端可分别连接到第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l。
第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3中的一者可响应于参考选择信号rsel而接通，且第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l中的一者可被提供到比较器131a的第一端。参考选择信号rsel可从例如图1所示控制器200的控制逻辑210提供。
比较器131a可接收物理不可克隆功能单元的输出电压vcell及开关电路132a的输出，并对物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与开关电路132a的输出进行比较以输出比较结果。比较器131a可根据对物理不可克隆功能单元的输出电压vcell与第一参考电压vref、第二参考电压vref_h及第三参考电压vref_l进行的比较来向组合逻辑140提供第一比较结果、第二比较结果及第三比较结果。
在示例性实施例中，在产生有效性数据时，第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3可响应于参考选择信号rsel依序接通，且因此，第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l可被依序提供到比较器131a。比较器131a可将第一比较结果至第三比较结果依序提供到组合逻辑140。在产生认证密钥key时(即，在产生物理不可克隆功能数据时)，第一参考开关rsw1可响应于参考选择信号rel而接通以将第一参考电压vref提供到比较器131a，且比较器131a可将第一比较结果提供到组合逻辑140。
在另一个示例性实施例中，在产生有效性数据时，第二参考开关rsw2及第三参考开关rsw3可响应于参考选择信号而交替地接通，且因此，第二参考电压vref_h与第三参考电压vref_l可被交替地提供到比较器131a。比较器131a可将第一比较结果至第三比较结果交替地提供到组合逻辑140。在产生密钥key时(即，在产生物理不可克隆功能数据时)，第一参考开关rsw1可响应于参考选择信号rel而接通以将第一参考电压vref提供到比较器131a，且比较器131a可将第一比较结果提供到组合逻辑140。
图6示出根据本发明概念示例性实施例的比较电路130b的实例。比较电路130b可应用于图2所示物理不可克隆功能电路100a作为比较电路。
图6所示比较电路130b的配置及操作与图5所示比较电路130a的配置及操作相似。然而，图6所示比较电路130b还可包括参考选择器133b。
参考选择器133b可产生用于控制第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3的接通及断开的参考选择信号rsel。开关电路132b可包括第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3。在示例性实施例中，参考选择器133b可响应于模式信号md产生参考选择信号rsel。举例来说，模式信号md可指示有效性数据产生模式或物理不可克隆功能数据产生模式，且可由图1所示控制器200的控制逻辑210提供。
当模式信号md指示有效性数据产生模式时，参考选择器133b可产生用于依序接通第一参考开关至第三参考开关rsw1、rsw2及rsw3或用于交替地接通第二参考开关rsw2与第三参考开关rsw3的参考选择信号rsel。另外，当模式信号md指示物理不可克隆功能数据产生模式时，参考选择器133b可产生用于接通第一参考开关rsw1的参考选择信号rsel。
在示例性实施例中，当模式信号md指示有效性数据产生模式时，参考选择器133b可基于比较器131b的输出产生参考选择信号rsel。参考选择器133b可产生用于接通第一参考开关rsw1的参考选择信号rsel，且接着基于比较器131b的输出(例如，第一比较结果)产生用于接通第二参考开关rsw2及第三参考开关rsw3中的一者的参考选择信号rsel。举例来说，当第一比较结果是′1′时，第三参考开关rsw3可接通，且当第一比较结果是′0′时，第二参考开关rsw2可接通。因此，当第一比较结果是′1′时，比较器131b可向组合逻辑140提供第一比较结果及第三比较结果，且当第一比较结果是′0′时，比较器131b可向组合逻辑140提供第一比较结果及第二比较结果。
组合逻辑140可基于接收到的第一比较结果及第二比较结果或基于接收到的第一比较结果及第三比较结果、利用参照图4c阐述的有效性确定方法来确定物理不可克隆功能单元的有效性。
图7是根据本发明概念示例性实施例的参考电压产生器120a的实例。参考电压产生器120a是参照图2阐述的参考电压产生器120的实例。因此，图2所示参考电压产生器120的说明可应用于所述示例性实施例的参考电压产生器120a。
参照图7，参考电压产生器120a可包括第三电阻元件re3a、第四电阻元件re4a、第一选择器121及第二选择器122。
第三电阻元件re3a及第四电阻元件re4a可分别由包括多个电阻器的电阻器串形成。第三电阻元件re3a及第四电阻元件re4a可对电源电压vdd进行分压并输出经分压电压。
位于第三电阻元件re3a与第四电阻元件re4a之间的连接节点cnr的电压可作为第一参考电压vref被输出。第三电阻元件re3a的电阻值与第四电阻元件re4a的电阻值(例如，目标电阻值)可相同，且第一参考电压vref可相似于电源电压vdd的一半。
同时，多个经分压电压可从第三电阻元件re3a(即，电阻器串的多个节点n1_1至n1_m)输出，且第一选择器121可基于第一设置信号set1选择所述多个经分压电压中的一者作为第二参考电压vref_h。
多个经分压电压可从第四电阻元件re4a(即，电阻器串的多个节点n2_1至n2_m)输出，且第二选择器122可基于第二设置信号set2选择所述多个经分压电压中的一者作为第三参考电压vref_l。
第一设置信号set1及第二设置信号set2可从图1所示控制器200提供，且可有所变化。第一设置信号set1及第二设置信号set2可通过考虑到第一参考电压vref的分布、一个或多个比较器(例如，图2所示第一比较器至第三比较器131、132及133、图5所示比较器131a、以及图6所示比较器131b中的每一者)的偏移以及噪声来进行设置。举例来说，当第一参考电压vref的分布变大时，第一设置信号set1可被设置成使得选择具有相对高的电平的经分压电压，且第二设置信号set2可被设置成使得选择具有相对低的电平的经分压电压。
图8是根据本发明概念示例性实施例的参考电压产生器120b的实例。参考电压产生器120b是参照图2阐述的参考电压产生器120的实例。因此，图2所示参考电压产生器120的说明可应用于示例性实施例的参考电压产生器120b。
参照图8，参考电压产生器120b可包括带隙参考电路bgr、第三电阻元件re3b及第四电阻元件re4b。
带隙参考电路bgr可输出具有恒定电平的参考电流iref，而不论温度、电压等如何改变。参考电流iref可流经第三电阻元件re3b及第四电阻元件re4b，且参考电流iref的量可被设置成使得第三电阻元件re3b的第一端nd1处于电源电压vdd的电平。第三电阻元件re3b及第四电阻元件re4b、以及第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l的产生相同于参照图2及图7所阐述，且因此将省略重复的说明。
图9是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路100b的电路图。
图9所示物理不可克隆功能电路100b可包括物理不可克隆功能单元阵列110、参考电压产生器120及调节器160。尽管图中未示出，然而物理不可克隆功能电路100b还可包括参照图2阐述的物理不可克隆功能电路100a的其他配置。
物理不可克隆功能电路100b的配置及操作与图2所示物理不可克隆功能电路100a的配置及操作相同。然而，物理不可克隆功能电路100b还可包括调节器160，并通过调节器160接收电源电压vdd。
调节器160可基于从外部接收的外部电源电压vdde来产生将被提供到物理不可克隆功能单元阵列110及参考电压产生器120的电源电压vdd。调节器160可产生具有恒定电平的电源电压vdd而不论外部电源电压vdde的电平如何改变。物理不可克隆功能单元阵列110的多个物理不可克隆功能单元cl1至cln以及参考电压产生器120可分别产生具有恒定电平的输出电压以及第一参考电压至第三参考电压vref、vref_h及vref_l，而不论外部电源电压vdde如何改变。因此，所述多个物理不可克隆功能单元cl1至cln的数据值可维持为均匀的。
图10是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路100c的电路图。
图10所示物理不可克隆功能电路100c可包括物理不可克隆功能单元阵列110、参考电压产生器120、保护电路170及区块开关180。尽管图中未示出，然而物理不可克隆功能电路100b还可包括参照图2阐述的物理不可克隆功能电路100a的其他配置。
保护电路170可防止在电源电压vdd处于额定电压范围之外时产生物理不可克隆功能数据。举例来说，如果电源电压vdd等于或小于第一阈值电压、或者如果电源电压vdd等于或高于第二阈值电压，则保护电路170可产生去能信号enb。第一阈值电压及第二阈值电压可为预设的。
区块开关180可响应于去能信号enb而断开，以防止电源电压vdd供应到物理不可克隆功能单元阵列110及参考电压产生器120。
然而，区块开关180并非仅限于此，且可连接到物理不可克隆功能单元阵列110或参考电压产生器120以防止电源电压vdd供应到物理不可克隆功能单元阵列110或参考电压产生器120。
图11是根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能系统1000a的方块图。
参照图11，物理不可克隆功能系统1000a可包括物理不可克隆功能电路100、控制器200a及非易失性存储器300。物理不可克隆功能电路100可包括物理不可克隆功能单元阵列110及参考电压产生器120，且控制器200a可包括控制逻辑210、密钥产生器220及错误检查及修正电路230。
与图1所示物理不可克隆功能系统1000相比，物理不可克隆功能系统1000a还可包括错误检查及修正电路230。当产生初始认证密钥key时(即，当注册认证密钥时)，错误检查及修正电路230可对物理不可克隆功能数据pdt进行编码以产生用于错误修正的错误检查及修正码，且可将所述错误检查及修正码存储在非易失性存储器300中。密钥产生器220可基于经编码的物理不可克隆功能数据pdt产生认证密钥key。
此后当产生认证密钥key时，错误检查及修正电路230可从非易失性存储器300读取错误检查及修正码，并基于所读取的错误检查及修正码对由物理不可克隆功能电路100提供的物理不可克隆功能数据pdt进行解码。密钥产生器220可基于经解码的物理不可克隆功能数据pdt产生认证密钥key。
如以上参照图2所阐述，根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能电路100的误比特率可相对低。因此，错误检查及修正电路230可包括简单的错误检查及修正逻辑。
图12是根据本发明概念示例性实施例的操作物理不可克隆功能系统的方法的流程图。图12所示操作方法可在图1所示物理不可克隆功能系统1000或图11所示物理不可克隆功能系统1000a上执行。因此，图1所示物理不可克隆功能系统1000或图11所示物理不可克隆功能系统1000a的说明可应用于根据本发明概念示例性实施例的物理不可克隆功能系统的操作方法。
参照图12，物理不可克隆功能系统可在制造工艺的测试操作或初始化过程中、或者在物理不可克隆功能电路的复位操作中从多个物理不可克隆功能单元中确定稳定的物理不可克隆功能单元(s100)。物理不可克隆功能系统可对所述多个物理不可克隆功能单元进行测试以判断所述多个物理不可克隆功能单元的输出电压是否处于死区中。物理不可克隆功能系统可将具有处于死区中的输出电压的物理不可克隆功能单元确定为不稳定的物理不可克隆功能单元(即，无效的物理不可克隆功能单元)，并将具有不位于死区中的输出电压的物理不可克隆功能单元确定为稳定的物理不可克隆功能单元(即，有效的物理不可克隆功能单元)。物理不可克隆功能系统可产生关于所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者的有效性信号，并将包括有效性信号的有效性数据存储在非易失性存储器中。
此后，物理不可克隆功能系统可响应于认证密钥请求信号产生认证密钥，且物理不可克隆功能系统可根据稳定的物理不可克隆功能单元的输出电压、基于物理不可克隆功能数据来产生认证密钥(s200)。物理不可克隆功能系统可基于存储在非易失性存储器中的有效性数据来区分有效的物理不可克隆功能单元与无效的物理不可克隆功能单元，并基于有效的物理不可克隆功能单元的数据值产生认证密钥。
图13是根据示例性实施例的图12所示操作s100的流程图。
参照图13，参考电压产生器可通过使用电阻元件对电源电压进行分压来产生第一参考电压至第三参考电压(s110)。第一参考电压可为用于确定物理不可克隆功能单元的数据值的参考电压，且第二参考电压及第三参考电压可为用于设置死区的参考电压。第一参考电压可被设置成电源电压的一半。第二参考电压高于第一参考电压，且第三参考电压低于第一参考电压。
所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者可通过对电源电压进行分压来产生输出电压(s120)。操作s120可与操作s110同时执行。所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者可包括串联连接的电阻元件。当电阻元件作为分压器运行时，它们可通过对电源电压进行分压来产生输出电压。电阻元件可被设计成具有相同的电阻值，且电阻元件的电阻值可因制造工艺方面的失配而具有误差。所述多个物理不可克隆功能单元的输出电压可被设置成相同的。举例来说，所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者的输出电压可被设置成电源电压的一半。然而，由于电阻元件的电阻值的误差，所述多个物理不可克隆功能单元的输出电压可具有分布。
比较电路可对从所述多个物理不可克隆功能单元中选择的物理不可克隆功能单元的输出电压与第一参考电压至第三参考电压中的至少两个参考电压进行比较(s130)，且组合逻辑可基于比较结果产生指示所选择物理不可克隆功能单元的有效性的有效性信号(s140)。举例来说，比较电路可对所选择物理不可克隆功能单元的输出电压与第一参考电压至第三参考电压进行比较以产生第一比较结果至第三比较结果。组合逻辑可基于第一比较结果至第三比较结果产生关于所选择物理不可克隆功能单元的有效性信号。
此后，可从所述多个物理不可克隆功能单元中选择另一个物理不可克隆功能单元(s150)。可对所选择的另一个物理不可克隆功能单元执行操作s130及s140，且组合逻辑可产生关于所选择的另一个物理不可克隆功能单元的有效性信号。
重复执行操作s130、s140及s150，可产生关于所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者的有效性信号。
可将包括分别关于所述多个物理不可克隆功能单元的有效性信号的有效性数据存储在非易失性存储器中作为有效性表(validitymap)(s160)。
图14是根据示例性实施例的图12所示操作s200的流程图。
参照图14，参考电压产生器可通过使用电阻元件对电源电压进行分压来产生第一参考电压(s210)。
多个物理不可克隆功能单元可通过对电源电压进行分压来分别产生输出电压(s220)。操作s220可与操作s210同时执行。
比较电路与组合逻辑可通过将所述多个物理不可克隆功能单元中的每一者的输出电压与第一参考电压进行比较来产生物理不可克隆功能数据(s230)。比较电路与组合逻辑可将物理不可克隆功能单元的输出电压与第一参考电压进行比较以产生关于物理不可克隆功能单元的数据值，且物理不可克隆功能数据可包括所述多个物理不可克隆功能单元的数据值。物理不可克隆功能数据的每一个位可对应于所述多个物理不可克隆功能单元的数据值。
控制器可使用物理不可克隆功能数据的各个位中的与稳定的物理不可克隆功能单元对应的位来产生认证密钥(s240)。控制器可读取存储在非易失性存储器中的有效性数据，并基于有效性数据从物理不可克隆功能数据中选择与稳定的物理不可克隆功能单元对应的位(即，选择有效数据值)。控制器可基于有效数据值产生认证密钥。
图15是根据示例性实施例的图12所示操作s200的流程图。
参照图15，参考电压产生器可通过使用电阻元件对电源电压进行分压来产生第一参考电压(s210a)。
多个物理不可克隆功能单元中的每一者可通过对电源电压进行分压来产生输出电压(s220a)。操作s220a可与操作s210a同时执行。
比较电路与组合逻辑可通过将多个物理不可克隆功能单元中的稳定的物理不可克隆功能单元的输出电压进行比较来产生物理不可克隆功能数据(s230a)。控制器可读取存储在非易失性存储器中的有效性数据，并将用于基于有效性数据选择稳定的物理不可克隆功能单元(即，有效的物理不可克隆功能单元)的控制信号提供到物理不可克隆功能电路。因此，可将稳定的物理不可克隆功能单元的输出电压依序提供到比较电路。比较电路可将稳定的物理不可克隆功能单元的输出电压中的每一者与第一参考电压进行比较以输出比较结果，且组合逻辑可基于比较结果(即，基于稳定的物理不可克隆功能单元的数据值)产生物理不可克隆功能数据。
控制器可使用由物理不可克隆功能电路提供的物理不可克隆功能数据的位产生认证密钥(s240a)。在示例性实施例中，控制器可输出物理不可克隆功能数据作为认证密钥。
图16是示出根据本发明概念示例性实施例的电子装置2000的方块图。
电子装置2000可为例如在上面执行数据编码或安全认证的下列各种类型的电子装置中的一者：应用处理器、智能卡集成芯片(integratedchip，ic)、移动装置、数据存储媒体(例如，固态驱动器(solidstatedrive，ssd)、记忆棒(memorystick)或通用闪速存储(universalflashstorage，ufs)装置)、存储卡(例如，安全数字(securitydigital，sd)卡、多媒体卡(multimediacard，mmc)或嵌入式多媒体卡(embeddedmmc，emmc))或安全装置。
参照图16，电子装置2000可包括至少一个处理器2100、物理不可克隆功能系统2200、编码模块2300、非易失性存储器控制器2400、非易失性存储器2410、随机存取存储器2500及接口2600。电子装置2000还可包括其他元件，例如通信模块或输入/输出装置。在示例性实施例中，如果电子装置2000是应用处理器，则非易失性存储器2410可包括在电子装置2000的外部。
处理器2100可控制电子装置2000的总体操作。处理器2100可被实作为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、微处理器等，且可包括单核心处理器或多核心处理器。
随机存取存储器2500可作为电子装置2000的内部系统的工作存储器运行。随机存取存储器2500可包括易失性存储器及非易失性存储器中的至少一者。在随机存取存储器2500上可加载代码及/或应用来管理或操作电子装置2000，且处理器2100可执行在随机存取存储器2500上加载的代码及/或应用。代码及/或应用可存储在非易失性存储器2410或另一个存储装置中。
接口2600可通过以下方式连接到输入/输出装置(图中未示出)：rgb接口、中央处理器接口、串行接口、移动显示数字接口(mobiledisplaydigitalinterface，mddi)、集成电路(interintegratedcircuit，i2c)接口、串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)、微控制器单元(microcontrollerunit，mcu)、移动产业处理器接口(mobileindustryprocessorinterface，mipi)、嵌入式显示端口(embeddeddisplayport，edp)接口、d超小型接口(d-subminiature，d-sub)、光学接口、高清晰度多媒体接口(highdefinitionmultimediainterface，hdmi)、移动高清晰度链接(mobilehigh-definitionlink，mhl)接口、安全数字卡/多媒体卡(mmc)接口、红外数据协会(infrareddataassociation，irda)标准接口等。
非易失性存储器控制器2400可在非易失性存储器2410与电子装置2000的其他元件(例如，处理器2100、物理不可克隆功能系统2200、编码模块2300等)之间提供接口。将存储在非易失性存储器2410中的数据或将从非易失性存储器2410读取的数据可在非易失性存储器控制器2400的控制下由非易失性存储器2410接收或从非易失性存储器2410读取。
非易失性存储器2410可包括以下中的一者：一次可编程存储器、只读存储器、可编程只读存储器、电可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、闪速存储器、相变随机存取存储器、磁性随机存取存储器、电阻式随机存取存储器及铁电式随机存取存储器。
用于管理或操作电子装置2000的代码及/或应用、以及用户数据可存储在非易失性存储器2410中。另外，在物理不可克隆功能系统2200中产生的有效性数据可存储在非易失性存储器2410中。
编码模块2300可使用由物理不可克隆功能系统2200提供的认证密钥对输入/输出数据执行编码及解码操作。
物理不可克隆功能系统2200可产生出于安全起见所需的认证密钥。响应于由处理器2100或编码模块2300提供的认证密钥请求信号，物理不可克隆功能系统2200可产生认证密钥，并将所述认证密钥提供到编码模块2300。
参照图1及图11阐述的物理不可克隆功能系统2200或参照图2阐述的物理不可克隆功能电路100可应用于物理不可克隆功能系统2200。物理不可克隆功能系统2200可被实作为硬件、硬件与软件的组合或硬件与固件的组合。
物理不可克隆功能系统2200可通过将通过使用电阻元件对电源电压进行分压而产生的物理不可克隆功能单元的输出电压与通过使用电阻元件对电源电压进行分压而产生的参考电压进行比较来产生物理不可克隆功能单元的数据值。因此，所述多个物理不可克隆功能单元的数据值可维持为均匀的，而不论环境如何改变。
另外，物理不可克隆功能系统2200可相对于在确定物理不可克隆功能单元的数据值时使用的参考电压(例如，第一参考电压)来设置具有充分裕量的死区，并阻止具有处于死区中的输出电压的那些物理不可克隆功能单元，从而降低物理不可克隆功能系统2200的误比特率。因此，不需要复杂的错误检查及修正逻辑。
由于物理不可克隆功能系统2200通过将通过分压产生的参考电压(例如，第二参考电压)与多个物理不可克隆功能单元的输出电压进行比较来以简单方式产生有效性数据，因此可节省为确定不稳定的物理不可克隆功能单元所进行的测试的时间及成本。
尽管已参照本发明概念的示例性实施例具体示出并阐述了本发明概念，然而所属领域中的技术人员应理解，在不背离由以上权利要求书界定的本发明概念的精神及范围的条件下，可在本文中作出形式及细节上的各种改变。