▶ アナログ・ディヴァイシス・インターナショナル・アンリミテッド・カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-31
(54)【発明の名称】物理複製防止機能の監視
(51)【国際特許分類】
H04L 9/10 20060101AFI20230824BHJP
【ＦＩ】
H04L9/10 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023506297
(86)(22)【出願日】2021-07-23
(85)【翻訳文提出日】2023-01-30
(86)【国際出願番号】 EP2021070743
(87)【国際公開番号】W WO2022028928
(87)【国際公開日】2022-02-10
(31)【優先権主張番号】16/986,220
(32)【優先日】2020-08-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519383544
【氏名又は名称】アナログ・ディヴァイシス・インターナショナル・アンリミテッド・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ジョージ・スポルディング
(72)【発明者】
【氏名】ジョナサン・ハーウィッツ
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム・ホラント
(57)【要約】
物理複製防止機能（ＰＵＦ）は、ランダムな（すなわち、２つの同一のＰＵＦは互いにランダムに異なる数を生成すべきである）かつ永続的な（すなわち、ＰＵＦは経時的に同じ数を一貫して生成すべきである）数を生成するように設計されたハードウェアデバイスである。経時的に、ＰＵＦハードウェアの態様は変化又はドリフトされ得、これは、最終的に、生成された数を変化させ、したがって、もはや永続的ではなくなり得る。永続的な数を生成することができないと、例えば、暗号化プロセスの一部として、ＰＵＦによって生成された数の永続性に依存する他のデバイスに対して困難を引き起こし得る。本開示は、その数を生成するために使用されるＰＵＦの物理的特性を経時的に監視し、それによって、永続的なランダムな数を生成するその信頼性を追跡することに関する。このようにＰＵＦを監視することによって、もはや永続的ではない数を生成するリスクがあるＰＵＦを事前に検出することが可能になり得、それにより、ＰＵＦが実際に故障する前に、予防的なアクションが講じられ得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
永続的ランダム物理複製防止機能（ＰＵＦ）出力を生成するためのＰＵＦ装置であって、前記ＰＵＦ装置は、少なくとも１つの閾値と一対のデバイスの物理的特性との比較に基づいてランダム値を生成するための一対のデバイスであって、前記物理的特性は、前記一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示し、前記永続的ランダム値が、前記永続的ランダムＰＵＦ出力を生成する際に使用するためのものである、一対のデバイスと、
判定部と、を備え、前記判定部は、
前記一対のデバイスの前記物理的特性を測定することと、
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の差を判定することであって、前記差は、前記一対のデバイスが永続的なランダム値を生成する信頼性を示す、判定することと、を行うように構成されている、ＰＵＦ装置。
【請求項2】
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記差の大きさが所定の許容誤差を下回る場合、前記判定部は、前記一対のデバイスが前記所定の許容誤差の範囲内にあることを示すように、前記一対のデバイスに関連付けられたステータスインジケータを設定するように更に構成されている、請求項１に記載のＰＵＦ装置。
【請求項3】
前記判定部が、前記ＰＵＦ出力値を判定するときに、前記一対のデバイスに関連付けられた前記ステータスインジケータをチェックすることと、前記ステータスインジケータが前記一対のデバイスが前記許容誤差の範囲内にあることを示していない場合に、
前記一対のデバイスの物理的特性を測定することであって、前記物理的特性の測定値は前記ＰＵＦセルのランダムな製造ばらつきを示す、測定することと、
前記物理的特性の前記測定値を前記少なくとも１つの閾値と比較することによって、前記一対のデバイスの前記永続的ランダム値を判定することと、を行うように更に構成されている、請求項２に記載のＰＵＦ装置。
【請求項4】
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記差の大きさに少なくとも部分的に基づいて、ステータス報告を生成し、出力するように更に構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のＰＵＦ装置。
【請求項5】
前記物理的特性の前記測定値と前記少なくとも１つの閾値との間の前記差の前記大きさが所定の許容誤差を下回る場合に、前記判定部は、一対のデバイスが前記許容誤差の範囲内にあることを前記ステータス報告中でフラグ付けするように構成されている、請求項４に記載のＰＵＦ装置。
【請求項6】
前記ステータス報告が、前記ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成する尤度を示す、請求項４又は５に記載のＰＵＦ装置。
【請求項7】
前記ステータス報告が、前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記差の前記大きさを示すことを含む、請求項４から６のいずれか一項に記載のＰＵＦ装置。
【請求項8】
前記ステータス報告が、前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記差が経時的にどのように変化し得るかを記述する少なくとも１つの統計モデルに基づいて更に生成される、請求項４から７のいずれか一項に記載のＰＵＦ装置。
【請求項9】
前記ＰＵＦ装置が、複数対のデバイスであって、各対のデバイスは、それぞれの複数の永続的ランダム値を生成するためのものである、複数対のデバイス、を備え、前記判定部は、
前記対のデバイスのうちの少なくとも２つの物理的特性を測定することと、
前記測定された物理的特性の各々と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することであって、各差は、前記対応する対のデバイスを使用して生成されたランダム値が永続的である尤度を示す、判定することと、を行うように更に構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のＰＵＦ装置。
【請求項10】
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の各判定された差の大きさに少なくとも部分的に基づいて、ステータス報告を生成し、出力する、請求項９に記載のＰＵＦ装置。
【請求項11】
前記ステータス報告が、測定された物理的特徴が前記少なくとも１つの閾値の所定の許容誤差の範囲内にあるいくつかの対のデバイスを示す、請求項９又は１０に記載のＰＵＦ装置。
【請求項12】
前記判定部が、前記判定された差から、前記少なくとも１つの閾値の所定の許容誤差の範囲内に物理的特性を有すると予想される、いくつかの前記複数対のデバイスを推定するように更に構成され、前記ステータス報告は、前記ステータス報告が、前記少なくとも１つの閾値の前記所定の許容誤差の範囲内に物理的特性を有すると予想される前記いくつかの前記複数対のデバイスを示すことを示す、請求項９から１１のいずれか一項に記載のＰＵＦ装置。
【請求項13】
前記判定部が、前記一対のデバイスの前記物理的特性の前記測定することと、前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記差を前記判定することとを断続的に繰り返すように更に構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＰＵＦ装置。
【請求項14】
物理複製防止機能（ＰＵＦ）装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することになる、信頼性を判定するための方法であって、前記ＰＵＦ装置は、少なくとも１つの閾値と一対のデバイスの物理的特性との比較に基づいてランダム値を生成するための前記一対のデバイスを備え、前記ＰＵＦ出力は、前記一対のデバイスによって生成された前記ランダム値に少なくとも部分的に基づいており、前記方法は、前記一対のデバイスの前記物理的特性を測定することと、
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の差を判定することであって、前記差は、前記一対のデバイスを使用して生成されたランダム値が永続的である尤度を示す、判定することと、を含む、方法。
【請求項15】
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記判定された差に基づいて、前記ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することになる、前記信頼性を示すステータス報告を生成すること、を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記ＰＵＦ装置が、対応する複数のランダム値を生成するための複数対のデバイスを備え、前記方法は、前記複数対のデバイスのうちの２つ以上の前記物理的特性を測定することと、
各測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の差を判定することと、
前記測定された物理的特性と前記少なくとも１つの閾値との間の前記判定された差に基づいて、前記ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することになる、前記信頼性を示すステータス報告を生成することと、を更に含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項17】
前記一対のデバイスが構成中に第１の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、前記一対のデバイスに関連付けられた構成インジケータを読み取ること、を更に含み、前記構成インジケータが、前記一対のデバイスが前記第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、前記少なくとも１つの閾値は、第１の読み出し状態閾値を含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
複数対のデバイスを備えるＰＵＦ装置であって、前記複数対のデバイスの各々は、永続的ランダムＰＵＦ出力を生成する際に使用するための永続的ランダム値を生成するためのものであり、前記ＰＵＦ装置は、前記ＰＵＦ装置によって生成された任意のＰＵＦ出力の信頼性を示すステータス報告を出力する、ＰＵＦ装置。
【請求項19】
前記ステータス報告が、前記ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することができない尤度を示すことを含む、請求項１８に記載のＰＵＦ装置。
【請求項20】
前記ステータス報告が、永続的ランダム値を高い信頼性で生成する尤度が所定の閾値を下回る、いくつかの前記複数対のデバイスを示すことを含む、請求項１８又は１９に記載のＰＵＦ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、物理複製防止機能を監視するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
物理複製防止機能（物理的複製防止機能とも呼ばれることもある）又は「ＰＵＦ」は、その特定のＰＵＦに固有である所与の入力（「チャレンジ」）に対する出力（「応答」）を生成することが可能であり、それにより、その出力を「指紋」とみなすことができる、物理的なエンティティである。この能力は、典型的には、ＰＵＦの出力が、わずかな製造ばらつきに起因する、各デバイスにおけるランダムに異なる特徴に依存するように、ＰＵＦを考案することによって達成される。これにより、ＰＵＦは、その回路レイアウトの完全な知識があっても、容易には、正確な指紋を用いて複製することができない。応答は、様々な異なる目的のために、例えば、ＰＵＦを含むデバイスへの／からの通信を安全にするための暗号化動作において使用され得るか、又はＰＵＦを含むデバイスの識別情報を認証するプロセスにおいて使用され得る。
【0003】
ＰＵＦ装置は、１つ以上の対の物理デバイスであって、物理デバイスの各々は、わずかな製造ばらつきに起因してランダムに異なるいくつかの物理特徴を備える、１つ以上の対の物理デバイスと、対の物理デバイスからＰＵＦ値を読み出すように構成された何らかの判定回路とを備え得る。ＰＵＦ装置は、判定回路が、対の物理デバイスの各々から永続的ランダムＰＵＦ値を読み出し、ＰＵＦ値に基づいて永続的ランダム数（永続的ランダムＰＵＦ出力）を生成することができるように構成され得る。次いで、永続的ランダム数は、「チャレンジ」に対する「応答」の判定の一部として使用され得る。例えば、ＰＵＦ装置は、別の回路から「チャレンジ」を受信し得、次いで、判定回路は、対のデバイスを使用して永続的なランダム数を生成し得、次いで、ＰＵＦ装置は、「チャレンジ」及び永続的なランダム数に基づいて（例えば、ハッシュ、又はＸＯＲ、又は「チャレンジ」及び永続的なランダム数を使用した暗号化など、いくつかの暗号化操作を実行することによって）「応答」を判定し得る。永続的なランダム数は、その値が異なるＰＵＦ装置間のわずかなランダムな製造ばらつきに依存するという点でランダムである。これにより、ＰＵＦ装置の異なるインスタンスは、設計上は同一であるが、各々、異なる永続的ランダム数を生成するべきである。ランダム数は、経時的に同じままであるべきであるか、又は許容可能な限度内で同じままであるべきであるという点で「永続的」である。例えば、１つ以上の対のデバイスから読み出されたＰＵＦ値を使用して生成された永続的なランダム数は、それが生成されるたびに同じであるべきである（又は、例えば、エラー訂正コード（ＥＣＣ）を使用して訂正することができるように、許容可能な限度内で同じであるべきである）ため、デバイスの信頼できる指紋として機能することができる。ＰＵＦ装置によって生成されたランダム数が経時的に何らかの形で変化するか、又は許容可能な限度を超えて変化する場合、ＰＵＦ装置は、もはや永続的なランダム数を高い信頼性で生成することができず、したがって、もはらデバイスの信頼できる指紋として機能することができなくなる。
【発明の概要】
【0004】
物理複製防止機能（ＰＵＦ）は、ランダムな（すなわち、２つの同一のＰＵＦは互いにランダムに異なる数を生成すべきである）かつ永続的な（すなわち、ＰＵＦは経時的に同じ数を一貫して生成すべきである）数を生成するように設計されたハードウェアデバイスである。経時的に、ＰＵＦハードウェアの態様は変化又はドリフトされ得、これは、最終的に、生成された数を変化させ、したがって、もはや永続的ではなくなり得る。永続的な数を生成することができないと、例えば、暗号化プロセスの一部として、ＰＵＦによって生成された数の永続性に依存する他のデバイスに対して困難を引き起こし得る。本開示は、その数を生成するために使用されるＰＵＦの物理的特性を経時的に監視し、それによって、永続的なランダムな数を生成するその信頼性を追跡することに関する。このようにＰＵＦを監視することによって、もはや永続的ではない番号を生成するリスクがあるＰＵＦを事前に検出することが可能になり得、ＰＵＦが実際に故障する前に、予防的なアクションが講じられ得る。
【0005】
本開示の第１の態様では、永続的ランダム物理複製防止機能（ＰＵＦ）出力を生成するためのＰＵＦ装置が提供され、ＰＵＦ装置は、少なくとも１つの閾値と一対のデバイスの物理的特性との比較に基づいてランダム値を生成するための一対のデバイスであって、物理的特性は、一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示し、永続的ランダム値は、永続的ランダムＰＵＦ出力を生成する際に使用するためのものである、一対のデバイスと、判定部と、を備え、判定部は、一対のデバイスの物理的特性を測定することと、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することであって、差は、一対のデバイスが永続的なランダム値を生成する信頼性を示す、判定することと、行うように構成されている。
【0006】
測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差の大きさが所定の許容誤差を下回る場合、判定部は、一対のデバイスが所定の許容誤差の範囲内にあることを示すように、一対のデバイスに関連付けられたステータスインジケータを設定するように更に構成され得る。
【0007】
判定部は、ＰＵＦ出力値を判定するときに、一対のデバイスと関連付けられたステータスインジケータをチェックすることと、ステータスインジケータが一対のデバイスが許容誤差の範囲内にあることを示していない場合に、一対のデバイスの物理的特性を測定することであって、物理的特性の測定値はＰＵＦセルのランダムな製造ばらつきを示す、測定することと、物理的特性の測定値を少なくとも１つの閾値と比較することによって、一対のデバイスの永続的ランダム値を判定することと、を行うように更に構成され得る。
【0008】
ＰＵＦ装置は、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差の大きさに少なくとも部分的に基づいて、ステータス報告を生成し、出力するように更に構成され得る。
【0009】
物理的特性の測定値と少なくとも１つの閾値との間の差の大きさが所定の許容誤差を下回る場合に、判定部は、一対のデバイスが許容誤差の範囲内にあることをステータス報告にフラグ付けするように構成され得る。
【0010】
ステータス報告は、ＰＵＦ装置が永続的であるＰＵＦ出力を生成する尤度を示し得る。
【0011】
ステータス報告は、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差の大きさを示すことを含み得る。
【0012】
ステータス報告は、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差が経時的にどのように変化し得るかを記述する少なくとも１つの統計モデルに基づいて更に生成され得る。
【0013】
ＰＵＦ装置は、複数対のデバイスであって、各対のデバイスは、それぞれの複数の永続的なランダム値を生成するためのものである、複数対のデバイスを備え得、判定部は、対のデバイスのうちの少なくとも２つの物理的特性を測定することと、測定された物理的特性の各々と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することであって、各差は、対応する一対のデバイスを使用して生成されたランダム値が永続的である尤度を示す、判定することと、を行うように更に構成されている。
【0014】
ＰＵＦ装置は、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の各判定された差の大きさに少なくとも部分的に基づいて、ステータス報告を生成し、出力し得る。
【0015】
ステータス報告は、測定された物理的特性が少なくとも１つの閾値の所定の許容誤差の範囲内にあるいくつかの対のデバイスを示し得る。
【0016】
判定部は、判定された差から、少なくとも１つの閾値の所定の許容誤差の範囲内に物理的特性を有すると予想される、いくつかの複数対のデバイスを推定するように更に構成され得、ステータス報告は、ステータス報告が、少なくとも１つの閾値の所定の許容誤差の範囲内に物理的特性を有すると予想されるいくつかの複数対のデバイスを示すことを示す。
【0017】
測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差の大きさが所定の許容誤差を下回る場合、判定部は、一対のデバイスの物理的特性の更なる測定を実行することと、物理的特性の更なる測定と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することと、を行うように更に構成され得る。
【0018】
判定部は、一対のデバイスの物理的特性を測定することと、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することとを断続的に繰り返すように更に構成され得る。
【0019】
本開示の第２の態様では、物理複製防止機能（ＰＵＦ）装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することになる、信頼性を判定するための方法が提供され、ＰＵＦ装置は、少なくとも１つの閾値と一対のデバイスの物理的特性との比較に基づいてランダム値を生成するための一対のデバイスを備え、ＰＵＦ出力は、一対のデバイスによって生成されたランダム値に少なくとも部分的に基づいており、本方法は、一対のデバイスの物理的特性を測定することと、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することであって、その差が、一対のデバイスを使用して生成されたランダム値が永続的である尤度を示す、判定することと、を含む。
【0020】
本方法は、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の判定された差に基づいて、ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することになる、信頼性を示すステータス報告を生成することを更に含み得る。
【0021】
ＰＵＦ装置は、対応する複数のランダム値を生成するための複数対のデバイスを備え得、本方法は、複数対のデバイスのうちの２つ以上の物理的特性を測定することと、各測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の差を判定することと、測定された物理的特性と少なくとも１つの閾値との間の判定された差に基づいて、ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することになる、信頼性を示すステータス報告を生成することと、を更に含む。
【0022】
本方法は、一対のデバイスが構成中に第１の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、一対のデバイスに関連付けられた構成インジケータを読み取ること、を更に含み得、構成インジケータが、一対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、少なくとも１つの閾値は、第１の読み出し状態閾値を含む。
【0023】
本開示の第３の態様では、複数対のデバイスを備えるＰＵＦ装置が提供され、複数対のデバイスの各々は、永続的ランダムＰＵＦ出力を生成する際に使用するための永続的ランダム値を生成するためのものであり、ＰＵＦ装置は、ＰＵＦ装置によって生成された任意のＰＵＦ出力の信頼性を示すステータス報告を出力するように構成されている。
【0024】
ステータス報告は、ＰＵＦ装置が永続的なＰＵＦ出力を生成することができない尤度を示すことを含み得る。
【0025】
ステータス報告は、永続的ランダム値を高い信頼性で生成する尤度が所定の閾値を下回る、いくつかの複数対のデバイスを示すことを含み得る。
【0026】
本開示の第４の態様では、物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムにおける一対のデバイスを構成する方法が提供され、一対のデバイスは、永続的ランダム値を生成する際に使用されるものであり、本方法は、一対のデバイスの物理的特性を測定することであって、物理的特性の測定値は、一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示す、測定することと、物理的特性の測定値を１つ以上の構成閾値と比較することと、一対のデバイスを、比較に基づいて、第１の読み出し状態か又は第２の読み出し状態のいずれかに割り当てるように、一対のデバイスに関連付けられた構成インジケータを設定することと、を含み、第１の読み出し状態は、ＰＵＦ読み出し中に一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を生成するときに、一対のデバイスの物理的特性が少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較されるべきであることを示す。
【0027】
第１の読み出し閾値は、少なくとも１つの構成閾値とは異なり得る。
【0028】
本方法は、１つ以上の構成閾値が第１の読み出し状態閾値の読み出し許容誤差を規定するように、１つ以上の構成閾値の値を第１の読み出し状態閾値の値に対して設定することを更に含み、構成インジケータを割り当てることは、１つ以上の構成閾値と物理的特性の測定値との比較が、物理的特性の測定値が読み出し許容誤差の範囲外であることを示す場合に、構成インジケータを第１の読み出し状態に割り当てることと、１つ以上の構成閾値と物理的特性の測定値との比較が、物理的特性の測定値が読み出し許容誤差の範囲内にあることを示す場合に、構成インジケータを第２の読み出し状態に割り当てることと、を更に含む。
【0029】
第２の読み出し状態は、一対のデバイスが永続的なランダム値を生成するために使用されるべきではないこと、を示し得る。代替的に、第２の読み出し状態は、ＰＵＦ読み出し中に永続的ランダム数を生成するときに一対のデバイスの物理的特性が少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値と比較されるべきであること、を示し得る。
【0030】
構成インジケータは、１ビット数を含み得、その値は、一対のデバイスが第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられているか又は第２の読み出し状態に割り当てられているかを示す。
【0031】
少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値は、各可能な永続的ランダム値の実質的に等しい尤度が存在するように設定され得る。
【0032】
本方法は、ＰＵＦシステムにおける複数対のデバイスの物理的特性の測定値の統計的分析に基づいて、少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値を設定することを更に含み得る。
【0033】
本方法は、一対のデバイスの物理的特性を測定することと並行して、１つ以上の更なる対のデバイスの物理的特性を測定することと、１つ以上の更なる対のデバイスの物理的特性の測定値を１つ以上の構成閾値と比較することと、１つ以上の更なる対のデバイスの各々を、比較に基づいて、第１の読み出し状態、又は第２の読み出し状態のいずれかに割り当てるように、１つ以上の更なる対のデバイスに関連付けられた１つ以上の構成インジケータを設定することと、を更に含み得る。
【0034】
本開示の第５の態様では、物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムが提供され、ＰＵＦシステムは、永続的ランダム値を生成する際に使用するための一対のデバイスと、一対のデバイスを構成するための判定部であって、判定部は、一対のデバイスの物理的特性を測定することであって、物理的特性の測定値は一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示す、測定することと、物理的特性の測定を１つ以上の構成閾値と比較することと、一対のデバイスを、比較に基づいて、第１の読み出し状態か又は第２の読み出し状態のいずれかに割り当てるように、一対のデバイスに関連付けられた構成インジケータを設定することと、行うように構成されている、判定部と、を備え、第１の読み出し状態は、ＰＵＦ読み出し中に一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を生成するときに一対のデバイスの物理的特性が少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較されるべきであることを示す。
【0035】
本開示の第６の態様では、一対のデバイスを含む物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムを読み出す方法が提供され、本方法は、一対のデバイスが構成中に第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、一対のデバイスに関連付けられた構成インジケータを読み取ることと、構成インジケータが、一対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して、一対のデバイスの物理的特性を少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較することによって、永続的ランダム値を判定することであって、物理的特性が一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示す、判定することと、さもなければ、構成インジケータが、一対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、第２の読み出し状態アクションを実行することと、を含む。
【0036】
永続的ランダム値を判定することは、一対のデバイスの物理的特性を測定することを更に含み得る。
【0037】
一対のデバイスの物理的特性を測定することは、一対のデバイスの物理的特性の、Ｍ個の量子化レベルに対するデジタル測定値を判定すること、を含み得、永続的ランダム値は、Ｎ個の量子化レベルに対するデジタル値であり、Ｍは、Ｎよりも大きい。
【0038】
少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値は、第１の複数の範囲を規定し得、構成インジケータは、一対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定することは、一対のデバイスの物理的特性が第１の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを判定することを含み得る。
【0039】
第２の読み出し状態は、一対のデバイスが永続的ランダム値を生成するために使用されるべきではないことを示し得、第２の読み出し状態アクションは、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定しないことを含み得る。
【0040】
ここで、第２の読み出し状態アクションは、一対のデバイスを使用し、一対のデバイスの物理的特性を、少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値とは異なる少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値と比較することによって、永続的ランダム値を判定すること、を含み得る。
【0041】
少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値は、第２の複数の範囲を規定し得、第２の複数の範囲の各々は特定の永続的ランダム値に関連付けられており、構成インジケータが、一対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定することは、一対のデバイスの物理的特性が第２の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを判定することを含む。
【0042】
永続的ランダム値は、１ビット値であり得るか、又は複数ビットワードであり得る。
【0043】
ＰＵＦシステムは、１つ以上の更なる対のデバイスを更に含み得、本方法は、１つ以上の更なる対のデバイスの各々が構成中に第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、１つ以上の更なる対のデバイスの各々に関連付けられた構成インジケータを読み取ることと、１つ以上の更なる対のデバイスの各々について、構成インジケータが、更なる対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、永続的ランダム値を判定するのと並行して、更なる対のデバイスを使用して、更なる対のデバイスの物理的特性を少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較することによって更なる永続的ランダム値を判定することと、さもなければ、構成インジケータが、更なる対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、第２の読み出し状態アクションを実行することと、を更に含み得る。本方法は、永続的ランダム値及び１つ以上の更なる永続的ランダム値に少なくとも部分的に基づいて、ＰＵＦ出力を判定することを更に含み得る。
【0044】
本開示の第７の態様では、物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムが提供され、ＰＵＦシステムは、永続的ランダム値を生成する際に使用するための一対のデバイスと、判定部と、を備え、判定部は、一対のデバイスが構成中に第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、一対のデバイスに関連付けられた構成インジケータを読み取ることと、構成インジケータが、一対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して、一対のデバイスの物理的特性を少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較することによって、永続的ランダム値を判定することであって、物理的特性が一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示す、判定することと、さもなければ、構成インジケータが、一対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、第２の読み出し状態アクションを実行することと、を行うように構成されている。
【0045】
判定部は、一対のデバイスの物理的特性を測定することによって、少なくとも部分的に永続的ランダム値を判定するように構成され得る。
【0046】
少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値は、第１の複数の範囲を規定し得、構成インジケータは、一対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定することは、一対のデバイスの物理的特性が第１の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを判定することを含み得る。
【0047】
第２の読み出し状態は、一対のデバイスが永続的ランダム値を生成するために使用されるべきではないことを示し得、第２の読み出し状態アクションは、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定しないことを含み得る。
【0048】
第２の読み出し状態アクションは、一対のデバイスを使用して、一対のデバイスの物理的特性を、少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値とは異なる少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値と比較することによって、永続的ランダム値を判定すること、を含み得る。
【0049】
少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値は、第２の複数の範囲を規定し得、第２の複数の範囲の各々は特定の永続的ランダム値に関連付けられており、構成インジケータが、一対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定することは、一対のデバイスの物理的特性が第２の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを判定することを含み得る。
【0050】
少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値は、第２の複数の範囲を規定し、第２の複数の範囲の各々は特定の永続的ランダム値に関連付けられており、構成インジケータが、一対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して永続的ランダム値を判定することは、一対のデバイスの物理的特性が第２の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを判定することを含む。
【0051】
ＰＵＦシステムは、１つ以上の更なる対のデバイスを更に含み得、判定部は、１つ以上の更なる対のデバイスの各々が構成中に第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、１つ以上の更なる対のデバイスの各々に関連付けられた構成インジケータを読み取ることと、１つ以上の更なる対のデバイスの各々について、構成インジケータが、更なる対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、永続的ランダム値を判定するのと並行して、更なる対のデバイスを使用して、更なる対のデバイスの物理的特性を少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較することによって更なる永続的ランダム値を判定することと、さもなければ、構成インジケータが、更なる対のデバイスが第２の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、第２の読み出し状態アクションを実行することと、を行うように構成されている。
【0052】
本開示の第８の態様では、一対のデバイスと、判定部と、を備えるＰＵＦ装置が提供され、判定部は、一対のデバイスが構成中に第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられているか又は第２の読み出し状態に割り当てられているかを判定するために、一対のデバイスと関連付けられた構成インジケータを読み取ることと、構成インジケータが、一対のデバイスが第１の読み出し状態に割り当てられていることを示す場合、一対のデバイスを使用して、一対のデバイスの物理的特性を少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較することによって、永続的ランダム値を判定するように構成されており、物理的特性は一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示す。
【0053】
本開示の第９の態様では、永続的ランダム数であるＰＵＦ出力を生成するためのＰＵＦ装置が提供され、ＰＵＦ装置は、複数のＰＵＦセルであって、複数のＰＵＦセルの各々が一対の電子デバイスを備える、複数のＰＵＦセルと、ＰＵＦ出力部であって、ＰＵＦ出力部は、複数のＰＵＦセルのうちの少なくとも１つの物理的特性の測定値を判定することと、判定された測定値の各々の大きさに少なくとも部分的に基づいてＰＵＦ出力を判定することと、を行うように構成されている、ＰＵＦ出力部と、を含む。任意選択的に、ＰＵＦ装置は、複数のＰＵＦセルのうちの２つ以上のＰＵＦセルの物理的特性を並行して測定し、次いで、２つ以上の判定された測定値の大きさに少なくとも部分的に基づいてＰＵＦ出力を判定するように構成され得る。この技術を使用すると、ＰＵＦ出力の永続性を維持しながら、より高速な読み出しが達成され得る。
【0054】
本開示の第１０の態様では、永続的ランダム数であるＰＵＦ出力を生成するための方法が提供され、本方法は、複数のＰＵＦセルのうちの少なくとも１つの物理的特性の測定値を判定することであって、複数のＰＵＦセルの各々が一対の電子デバイスを備える、判定することと、判定された測定値の各々の大きさに少なくとも部分的に基づいてＰＵＦ出力を判定することと、を含む。任意選択的に、複数のＰＵＦセルのうちの２つ以上のＰＵＦセルの物理的特性は、並行して測定され得、ＰＵＦ出力は、２つ以上の判定された測定値の大きさに少なくとも部分的に基づいて判定され得る。
【図面の簡単な説明】
【0055】
本開示の態様は、単なる例として、以下の図面を参照して記載する。
【図1】本開示の態様による、ＰＵＦ装置／システム１００の例示的な概略図を示す。
【図3B】ＰＵＦ装置／システム１００の更なる例示的な実装形態の概略図を示す。
【図4A】コンデンサ差値を判定するための回路の概略図を示す。
【図8】ＰＵＦ装置の構成を実証する例示的な統計的分布を示す。
【図9A】ＰＵＦ装置の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。
【図9B】ＰＵＦ装置の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。
【図9C】ＰＵＦ装置の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。
【図10A】ＰＵＦ装置の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。
【図10B】ＰＵＦ装置の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。
【図12】本開示の態様による、ＰＵＦ装置／システムの例示的な実装形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0056】
発明者は、ＰＵＦ装置１つ以上の対の物理デバイスを実装する際の多くの異なる課題を特定した。例えば、ＰＵＦ装置によって生成されたランダム数は永続的であるべきであるため、ランダム数がベースとなる任意の物理デバイス測定値／読み取り値は、経時的に比較的安定し、一貫していることが好ましい。したがって、ランダム数の値を判定するために使用される任意の物理的特性は、経時的に相対的に安定し、経時的に正確かつ確実に測定され、その結果、ランダム数は同じままである（又は有効な誤り訂正符号化（ＥＣＣ）のために要求される許容誤差など、許容可能な許容誤差の範囲内で同じである）ことが好ましい。
【0057】
本発明者は、対の物理デバイス及び／又はＰＵＦ装置全体のステータス／状態が、ＰＵＦセルのうちのいずれかのＰＵＦ出力又は永続的なランダム値に関連するいかなる情報も露出することなく監視することができるように、物理デバイス測定値の安定性を経時的に監視するための技術を考案した。物理デバイスは、非限定的な実施例として、トランジスタ又はコンデンサであり得る。本技術では、一対のデバイスの物理的特性が測定され、次いで、１つ以上の閾値（例えば、対のデバイスの各々のＰＵＦ値を判定するためにＰＵＦ装置の読み出し中に使用され得る読み出し閾値）と比較される。物理的特性の非限定的な実施例としては、一対のトランジスタの両端の電圧差、一対のトランジスタのゲート－ソース電圧の差、一対のコンデンサの静電容量の差、又は一対の物理デバイスを通る電流の差が挙げられる。測定された物理的特性と１つ以上の閾値との間の差のサイズは、一対のデバイスの状態／健全性を示す。閾値は、例えば、電圧閾値であり得る。特に、測定された物理的特性が閾値のうちの少なくとも１つにかなり近い場合、これは、一対のデバイスを、永続的ランダムＰＵＦ出力の生成において使用するには信頼できないものにし得る。これは、物理的特性の将来の測定値のほんのわずかな変化（例えば、測定ノイズ、デバイスドリフト、環境状態の変化などの結果とて）が、測定値を閾値の反対側に移動させ得、それが、一対のデバイスから生成されたランダム値を変化させる得るためである。その結果、ＰＵＦ出力が変化し得、その時点で、ＰＵＦはもはや永続的ではなくなることになる。
【0058】
一対のデバイスの物理デバイス測定のサイズを経時的に断続的に判定することによって、一対のデバイスがＰＵＦ出力の生成において使用するために信頼できる程度を判定することが可能である。永続的ランダム値をもはや高い信頼性で生成しないリスクのある一対のデバイスを識別すると、取られ得る多くの異なるアクションが存在する。例えば、それは、永続的ランダムＰＵＦ出力を生成するときに使用するのに好適でないものとしてフラグ付けされ得る、及び／又はステータス報告は、ＰＵＦ装置における１つ以上の対のデバイスに潜在的な問題が存在することをフラグ付けされ得る。その結果、ＰＵＦ装置の何らかの障害が発生する前に、例えば、ＰＵＦ装置を交換する、又はＰＵＦ装置を再構成するなど、状況を解決するために、予防的なアクションを取り得る。そのため、ＰＵＦ装置の長期的な信頼性が改善され得る。
【0059】
図１は、本開示の態様による、ＰＵＦ装置／システム１００の例示的な概略図を示している。ＰＵＦ装置は、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙ、判定部１７０及びチャレンジ／応答部１８０を備える。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの２×２アレイのみが表されているが、任意のサイズ及び寸法のアレイに配置された、又は他の任意の好適な構成に配置された、任意の数のＰＵＦセル（例えば、８、１２、２０、３２、１２８、２５６など）があり得ることが理解されよう。
【0060】
判定部１７０は、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを使用してＰＵＦ出力を判定するように構成されている。ＰＵＦ出力は、永続的なランダム数であり、これについては、本開示の「背景技術」の節でより詳細に説明する。各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、一対の物理的構成要素／デバイスを備え、判定部１７０は、永続的ランダムＰＵＦ値を判定するために、特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙにおける一対の構成要素／デバイスの物理的特性の差を測定する。判定部１７０は、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに対してこれを繰り返し得、次いで、複数の判定された永続的ランダム値は、ＰＵＦ出力を生成するために使用されて得る（例えば、各永続的ランダム値は、ＰＵＦ出力の一部を形成する１ビット又は複数ビット値であり得る。１つの特定の非限定的な実施例において、ＰＵＦ出力は、１２８ビットワードとし得、１２８のＰＵＦセルは各々、１ビットを１２８ビットワードに寄与し得る）。
【0061】
チャレンジ／応答部１８０は、外部エンティティから「チャレンジ」を受信し、判定部１７０にＰＵＦ出力を要求して取得し、次いで、チャレンジ及びＰＵＦ出力に基づいて応答を判定して返すように構成されている。チャレンジ／応答部１８０は、ＰＵＦデバイスの当業者に明らかである任意の好適な方法で動作するように構成され得る。チャレンジ／応答部１８０は、別個のユニットを形成し得るか、又は判定部１７０の一部であり得る。本開示は、以下に詳細に記載するように、経時的にＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのステータス／状態／健全性を監視することに特に関する。したがって、チャレンジ／応答部１８０への更なる言及又は説明は、本開示では与えられない。
【0062】
例示的なＰＵＦセル実装形態
各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、一対の任意の好適な物理デバイス／構成要素を含み得、一対の任意の好適な物理デバイス／構成要素は、ランダムな製造差によって引き起こされるそれらの物理的特性の差を判定するために比較されるように配置される。
各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、一対の任意の好適な物理デバイス／構成要素を含み得、一対の任意の好適な物理デバイス／構成要素は、ランダムな製造差によって引き起こされるそれらの物理的特性の差を判定するために比較されるように配置される。
【0063】
例えば、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、一対の整合したトランジスタを含み得、判定部１７０は、ランダムな製造差によって引き起こされるトランジスタの物理的特性（ゲート－ソース電圧など）間の差に基づいてＰＵＦ出力を判定するように構成され得る。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが各々一対のトランジスタを備えるＰＵＦ装置／システム１００の様々な例示的な実装形態は、米国特許出願第１６／２９６，９９８号（’９９８出願）に示されており、当該特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。２つの特定の例示的な実装形態が、ＵＳ１６／２９６，９９８において、出願された’９９８出願の図２～図９、及び１０頁１６行目～２６頁６行目に開示されており、そのうちのいくつかが、以下で部分的に転載されている。
【0064】
【0065】
【0066】
図２に戻ると、ＰＵＦセル１０５は、整合した一対のトランジスタ２１０を備える。本開示における「整合した」という用語は、一対のトランジスタが同一の設計であることを意味する。図２は、整合した一対のｐ型ＦＥＴを表示しているが、本開示全体を通して、記載のあらゆる異なる態様において、整合した一対のトランジスタ２１０は、例えば、ｐ型、ｎ型、エンハンスメント型、デプリション型、ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴなど）、ＢＪＴ（ＩＧＢＴ、ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタなど）などの任意のトランジスタタイプのものであり得ることが理解されよう。簡潔にするために、特にＦＥＴに焦点を当てるが、本明細書で使用される「ゲート」、「ソース」、及び「ドレイン」という用語は、ＢＪＴの「ベース」、「エミッタ」、及び「コレクタ」という用語を包含することを理解されたい。
【0067】
整合した一対のトランジスタ２１０を構成する２つのトランジスタは同一の設計であるが、実際には、２つのトランジスタ間には小さなランダムな製造ばらつきが不可避的に存在することになる。これらの製造ばらつきは、ゲート酸化物厚さの差、ドーピング密度の差、キャリア移動度の差、デバイス寸法の差などのうちの少なくとも１つを含み得る。これらの製造ばらつきは、ターンオン閾値電圧の差、βの差、バックゲート効果の差などのトランジスタオンステート態特性／性能のばらつきをもたらす。「オンステート」という用語は、本明細書では、ターンオン閾値電圧、ゲート－ソース電圧、ドレイン電流、線形抵抗率、飽和点、トランスコンダクタンスなど、その通常のオンステート動作に関連するトランジスタの動作特性を指すために使用される。オンステート特性を考慮することによって、オフステート特性（オフステート漏れ電流など）又は故障特性（誘電体破壊など）とは対照的に、高電圧が印加されず、ゲート酸化物が劣化しないなどの理由で、ＰＵＦ装置１００の信頼性が高まり得る。
【0068】
判定部１７０は、整合した一対のトランジスタ２１０のオンステート特性の比較に少なくとも部分的に基づいてトランジスタ差値を判定するように構成されており、トランジスタ差値は、整合した一対のトランジスタ２１０間の１つ以上のランダムな製造差を示す。この実装形態では、整合した一対のトランジスタ２１０のオンステート特性は、２つのトランジスタのゲート－ソース電圧（ＶＧＳ）である。２つのトランジスタのＶＧＳは、例えば、トランジスタのターンオン閾値電圧及び／又はβ及び／又はバックゲート効果の差を引き起こす１つ以上の異なるランダムな製造差の結果として異なり得る。
【0069】
整合した一対のトランジスタ２１０のドレインは、接地に結合されている。判定部１７０は、トランジスタをオンにするために、適合した一対のトランジスタ２１０のゲートに好適な電圧を印加するように構成されたセレクタ回路２２０を備える。この電圧は「選択電位」として機能し、これは図３Ａを参照して以下でより詳細に説明する。判定部１７０はまた、第１の電流ソース２３２及び第２の電流ソース２３４を備えており、これらは、互いに同じ量の電流を提供するように構成されている。第１の電流ソース２３２からの電流は、整合した一対のトランジスタ２１０の第１のトランジスタのソースに第１の入力信号として印加され得、第２の電流ソース２３４からの電流は、整合した一対のトランジスタ２１０の第２のトランジスタのソースに第２の入力信号として印加され得る。整合した一対のトランジスタ２１０が真に同一である場合、それらのソース電圧は正確に同じである。しかしながら、ランダムな製造差のために、２つのトランジスタのゲート－ソース電圧が異なる可能性が高く、整合した一対のトランジスタ２１０に印加されたるゲート電圧が同じであるため、整合した一対のトランジスタ２１０のソース電圧は、ある量だけ異なるべきである。
【0070】
判定部１７０は、ゲート－ソース電圧の差を測定し、その差を示すデジタル値を出力するように構成されたＡＤＣ２５０を更に備える。しかしながら、第１の電流ソース２３２及び第２の電流ソース２３４によって提供される電流の間に何らかの不整合があり得ることが認識されている。したがって、チョップ回路２３６が提供され得るため、第１の入力信号（第１の電流ソース２３２からの電流）が、第１のトランジスタに印加され得、第２の入力信号（第２の電流ソース２３４からの電流）が、第２のトランジスタに印加され得、第１のトランジスタ比較値が、整合した一対のトランジスタ２１０のゲート－ソース電圧を比較することによってＡＤＣ２５０によって判定される。次いで、チョップ回路２３６が、第１の電流ソース２３２及び第２の電流ソース２３４の結合を切り替え得るため、第１の入力信号が、第２のトランジスタに印加され、第２の入力信号が、第１のトランジスタに印加され、第２のトランジスタ比較値が、整合した一対のトランジスタ２１０のゲート－ソース電圧を比較することによってＡＤＣ２５０によって判定される。
【0071】
第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値は、以下のように表され得る。
【0072】
第１のトランジスタ不整合値＝ΔＶＧＳ＋不整合＋ノイズ１
第２のトランジスタ不整合値＝ΔＶＧＳ－不整合＋ノイズ２
次いで、ＰＵＦセル１０５のトランジスタ差値は、第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値に基づいて、例えば、第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値の合計又は平均から判定され得る。
第２のトランジスタ不整合値＝ΔＶＧＳ－不整合＋ノイズ２
次いで、ＰＵＦセル１０５のトランジスタ差値は、第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値に基づいて、例えば、第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値の合計又は平均から判定され得る。
【0073】
例えば、トランジスタ差値は、以下のように表され得る。
【0074】
トランジスタ差値＝第１の不整合値＋第２の不整合値
＝２＊ΔＶＧＳ＋ノイズ１＋ノイズ２
又は
トランジスタ差値＝第１の不整合値及び第２の不整合値の平均
＝ΔＶＧＳ＋（ノイズ１＋ノイズ２）／２
このようにして、第１の電流ソース２３２と第２の電流ソース２３４との間の不整合によって引き起こされるあらゆる測定値の不正確さは、信号対ノイズ比を著しく増加させることなく排除され得る。チョップ回路２３６は任意選択であり、判定部１７０は、例えば、第１の電流ソース及び第２の電流ソースが十分に高い精度に整合しているとみなされる場合、ゲート－ソース電圧の単一の比較からトランジスタ差値を判定するように構成され得ることが理解されよう。
＝２＊ΔＶＧＳ＋ノイズ１＋ノイズ２
又は
トランジスタ差値＝第１の不整合値及び第２の不整合値の平均
＝ΔＶＧＳ＋（ノイズ１＋ノイズ２）／２
このようにして、第１の電流ソース２３２と第２の電流ソース２３４との間の不整合によって引き起こされるあらゆる測定値の不正確さは、信号対ノイズ比を著しく増加させることなく排除され得る。チョップ回路２３６は任意選択であり、判定部１７０は、例えば、第１の電流ソース及び第２の電流ソースが十分に高い精度に整合しているとみなされる場合、ゲート－ソース電圧の単一の比較からトランジスタ差値を判定するように構成され得ることが理解されよう。
【0075】
更に、任意選択的に、更なるチョップ回路２４０が、ＡＤＣ２５０への入力において提供され得る。これは、ＡＤＣ２５０内のコンパレータへの差動入力の結合を切り替えるために、チョップ回路２３６と同様に、かつチョップ回路２３６と同時に動作し得る。しかしながら、この場合、第１のトランジスタ比較値におけるΔＶＧＳ構成要素の符号は、ＡＤＣ２５０内のコンパレータへの入力を切り替えた結果として、第２のトランジスタ比較値におけるΔＶＧＳ構成要素の符号とは異なるものとなる。例えば、チョップ回路２３６及び２４０の両方が使用される場合、以下のように表わされる。
【0076】
第１のトランジスタの不整合値＝ΔＶＧＳ＋不整合＋オフセット＋ノイズ１
第２の二トランジスタ不整合値＝－ΔＶＧＳ＋不整合＋オフセット＋ノイズ２
ここで、オフセットはＡＤＣ２５０のオフセットである。
第２の二トランジスタ不整合値＝－ΔＶＧＳ＋不整合＋オフセット＋ノイズ２
ここで、オフセットはＡＤＣ２５０のオフセットである。
【0077】
この場合、トランジスタ差値は、第１のトランジスタ比較値と第２のトランジスタ比較値との間の差を取ることによって判定され得る。例えば、以下のように表され得る。
【0078】
トランジスタ差値＝第１の不整合値－第２の不整合値
＝２＊ΔＶＧＳ＋ノイズ１－ノイズ２
このようにしてチョップ回路２３６を使用することは、ＡＤＣ２５０におけるあらゆるオフセット、並びに第１の電流ソース２３２と第２の電流ソース２３４との間のあらゆる不整合を解消するのに役立ち得る。更に、ΔＶＧＳ構成要素は２Ｘだけ増加しており、ノイズ１とノイズ２の低周波成分は、ほぼ相殺されるべきである。ただし、チョップ回路２４０は、ＡＤＣ２５０の構成及びＡＤＣ２５０を構成する構成要素の品質に応じて、任意選択であることが理解されよう。更に、判定部１７０は、ＡＤＣ２５０を備えなくてもよいが、代わりに、任意の他の好適な回路、例えば、アナログ専用回路を使用してトランジスタ差値を判定し得る。
＝２＊ΔＶＧＳ＋ノイズ１－ノイズ２
このようにしてチョップ回路２３６を使用することは、ＡＤＣ２５０におけるあらゆるオフセット、並びに第１の電流ソース２３２と第２の電流ソース２３４との間のあらゆる不整合を解消するのに役立ち得る。更に、ΔＶＧＳ構成要素は２Ｘだけ増加しており、ノイズ１とノイズ２の低周波成分は、ほぼ相殺されるべきである。ただし、チョップ回路２４０は、ＡＤＣ２５０の構成及びＡＤＣ２５０を構成する構成要素の品質に応じて、任意選択であることが理解されよう。更に、判定部１７０は、ＡＤＣ２５０を備えなくてもよいが、代わりに、任意の他の好適な回路、例えば、アナログ専用回路を使用してトランジスタ差値を判定し得る。
【0079】
チョップ回路２３６及び更なるチョップ回路２４０は、上述のスイッチング／チョッピング機能を実行するために任意の好適な方法で構成され得る。例えば、それらは各々、上述のように、連結器をスイッチング／チョッピングするように（例えば、図２に表されない制御部によって）制御され得る１つ以上のスイッチを備え得る。
【0080】
トランジスタ差値は、整合した一対のトランジスタ２１０中のトランジスタのうちのどれがより大きい／より小さいＶＧＳを有するか、及び差の大きさを示す。例えば、第１のトランジスタのＶＧＳが第２のトランジスタのＶＧＳよりも大きい量を示す大きさの正数であり得、第１のトランジスタのＶＧＳが第２のトランジスタのＶＧＳよりも小さい量を示す大きさの負数であり得る。
【0081】
図３Ａを参照すると、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが表されており、ここで、ｘ＝１、２、…Ｘ－１、Ｘ、及びｙ＝１、２、…Ｙ－１、Ｙであり、その結果、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、合計Ｘ＊Ｙとなる。この実施例におけるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、Ｘ列及びＹ行を備えるアレイに配置されている。セレクタ回路２２０は、アレイの各行に対して１つのＹ個の出力を有し、各出力は、特定の行における全ての整合したトランジスタ２１０対ｘ，ｙのゲートに結合されていることが分かる（例えば、第１の出力は、トランジスタ対２１０ｘ、１に結合され、第２の出力がトランジスタ対２１０ｘ、２に結合されているなど）。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの特定の行を選択するために、セレクタ回路２１０は、その行の整合したトランジスタ対２１０ｘ，ｙをオンにするために、選択電位（例えば、トランジスタのターンオン閾値電圧を超える電位）をその行に印加する。全ての他の行には、非選択電位が印加される（例えば、トランジスタのターンオン閾値電圧未満の電位）。これにより、この実施例では、各整合したトランジスタ対２１０ｘ，ｙは、トランジスタ差値を判定するために使用されるだけでなく、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの選択機構としても使用されることが分かる。これらの目的の両方のために各々整合した一対のトランジスタ２１０ｘ，ｙを使用することによって、ＰＵＦセルアレイのサイズは、ＰＵＦ値の判定に使用される一対のトランジスタと、ＰＵＦセルを選択するために使用される１つ以上の更なるトランジスタとを含むアレイと比較して低減され得る。
【0082】
また、判定部１７０は、Ｘ個の第１の電流ソース２３２ｘと第２の電流ソース２３４ｘ、Ｘ個のチョップ回路２３６ｘ、Ｘ個の更なるチョップ回路２４０ｘ、及びＸ個のＡＤＣ２５０ｘを含むことが分かる。これにより、選択された行におけるＸ対のトランジスタ２１０ｘ，ｙのトランジスタ差値を並列に判定することが可能であり、それによって動作速度を増加させる。更に、第１の電流ソース２３２ｘと第２の電流ソース２３４ｘ、チョップ回路２３６ｘ、更なるチョップ回路２４０ｘ、及びＡＤＣ２５０ｘの各組は、ＰＵＦアレイの列によって共有され得、それによって、必要とされる構成要素の数を低減し、これにより、ＰＵＦ装置１００の全体的なサイズ、コスト、及び消費電力を低減する。
【0083】
図３Ａに示す判定部１７０はまた、ＰＵＦ出力部３１０を備え、ＰＵＦ出力部３１０は、ａ）各ＡＤＣ２５０ｘから判定されたトランジスタ差値を受信するか、又はｂ）各ＡＤＣｘから判定された第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値を受信するかのいずれかの後、第１のトランジスタ比較値及び第２のトランジスタ比較値に基づいて（例えば、それらを平均化することによって）トランジスタ差値を判定する。
【0084】
判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの１つの行を選択し、選択されたＰＵＦセルごとにトランジスタ差値を判定することによって動作し得る。その後、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの次の行が選択され、それらについてトランジスタ差値が判定され得る。セレクタ回路２２０、チョップ回路２３６ｘ、及び更なるチョップ回路２４０ｘの動作は、任意の好適な方法で、例えば、ＰＵＦ出力部３１０又は任意の他の好適なコントローラによって制御され得る。制御相互接続は、簡略にするために図３Ａには示されていない。
【0085】
図３Ｂ（米国特許出願第１６／２９６，９９８号の図６から転載されている）は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのアレイ及び判定部１７０の代替構成の概略図を示している。回路の動作の詳細な説明は、ＵＳ１６／２９６，９９８の１８頁５行目～２３頁２３行目に示されており、効率のために本明細書では繰り返さない。ただし、図３Ｂは、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性の並列測定、及び複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの並列読み出しが達成され得るように、ＰＵＦ装置１００がどのように実装され得るかの更なる例示的な表現を示すことを理解されたい。
【0086】
ＰＵＦ出力部３１０によって判定されるＰＵＦ出力は、永続的なランダム数であり、例えば、複数ビット数であり得る。これについては、後に「構成」及び「読み出し」の節でより詳細に説明する。しかしながら、要約すると、特定のＰＵＦセルの測定されたトランジスタ差値は、複数ビットＰＵＦ出力の１つ以上のビットの値（すなわち、「０」又は「１」）を設定するために使用され得る。各トランジスタ比較の結果は、整合した一対のトランジスタ２１０ｘ，ｙ間のランダムな製造差に依存するため、ＰＵＦ出力は、ＰＵＦ装置１００の各異なるインスタンスがランダムに異なるＰＵＦ出力を生成する可能性が非常に高いという点で、ランダムであるべきであることが分かる。
【0087】
更なる例示的な実装形態では、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、一対のコンデンサを含み得、判定部１７０は、ランダムな製造差によって引き起こされるコンデンサの物理的特性（静電容量など）間の差に基づいてＰＵＦ出力を判定するように構成され得る。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが各々整合したい一対のコンデンサを含むＰＵＦ装置／システム１００の様々な例示的な実装が、米国特許出願第１６／７１６，４３５号（’４３５出願）に示されており、当該特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。様々な例示的な実装形態が、ＵＳ１６／７１６，４３５において、出願された‘４３５出願の図２Ａ～図６Ｂ、及び１０頁１０行目～２２頁３１行目に開示されており、そのうちのいくつかは、以下に部分的に転載されている。
【0088】
【0089】
図４Ｃ（ＵＳ１６／２９６，９９８の図３から転載されている）は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのアレイの概略図を示しており、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは各々、図４Ａに表されるＰＵＦセル１０５と同じ方法で構成されている。
【0090】
図４Ａに戻ると、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、一対のコンデンサ２１００ｘ，ｙを備え得、それにより、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、対応するコンデンサ差値を生成するために使用され得、これに基づいて、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの永続的ランダムＰＵＦ値を判定することができる（図３Ａを参照した上記と同様に）。次いで、ＰＵＦ出力は、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙから判定された複数の永続的ランダムＰＵＦ値から判定することができる。しかしながら、簡潔にするために、一対のコンデンサ２１００からのコンデンサ差値の判定について以下に記載する。
【0091】
一対のコンデンサ２１００は、整合した一対のコンデンサであり得るか、又は異なるコンデンサであり得る。本開示における「整合した」という用語は、一対のコンデンサが同一の設計であることを意味する。整合した一対のコンデンサ２１００を構成する２つのコンデンサは、同一の設計であるが、実際には、２つのコンデンサ間に小さなランダムな製造ばらつきが不可避的に存在することになる。これらの製造ばらつきは、コンデンサプレート間の距離の差（例えば、誘電体厚さの差によって引き起こされる）、２つのプレートの重なり合う面積の差、誘電率の差などのうちの少なくとも１つを含み得る。これらの製造ばらつきは、整合した一対のコンデンサ２１００を構成する２つのコンデンサ間の静電容量のばらつきをもたらす。以下の記載は、簡潔にするために、整合した一対のコンデンサ２１００に焦点を当てるが、代替的に、２つのコンデンサ２１００は、異なる設計であり得ることを理解されたい。この場合、それらの静電容量間には何らかの予想される差があり、その上に、ランダムな製造差が、その予想される差を中心に何らかのランダムなばらつきをもたらすべきである。これにより、以下に記載されるプロセスに従って判定されるコンデンサ差値は、コンデンサが整合しているときと同じ機能を果たし得るが、ランダムなばらつきにオフセットが印加され、そのオフセットは、２つのコンデンサの静電容量の設計差に等しい。
【0092】
図４Ａの回路は、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２との間のランダムな製造差を示すコンデンサ差値を判定するためのバイアス状態を設定するために使用され得るスイッチバンク２３００を備える。第１のコンデンサＣ１及び第２のコンデンサＣ２は、コンデンサ分割器として配置され、２つのコンデンサは、共通ノード又はセンタータップを共有する。回路は、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２との間の共通ノードにおいて信号をバッファリングするためのバッファ２２００を更に備える。バッファは、コンデンサ分割器の共通ノード又はセンタータップにおける電圧Ｖｉを示す電圧Ｖｏ又は電流を出力するように構成された任意の好適なタイプの電圧バッファ（例えば、ソースフォロワー、単純なオペアンプなど）であり得る。回路内のスイッチの各々は、任意の好適なタイプの制御可能なスイッチによって実装され得、例えば、各スイッチは、ＦＥＴ又はバイポーラトランジスタなどのトランジスタによって実装され得る。簡略にするために、各スイッチの状態は、図４Ａに表されないコントローラによって制御され得る。
【0093】
図４Ｂ（米国特許出願第１６／７１６，４３５号の図２Ｂから転載されている）は、図４Ａの回路の動作の例示的なタイミング図を示している。図４Ｂのタイミング図は、スイッチ制御信号φ１、
、φｒｓｔ、及び相対電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖｏのタイミングを表している。最初に、初期バイアス状態が設定され、ここで、φｒｓｔはリセットスイッチを閉じ、それにより、コモンモード電圧Ｖｃｍ（初期化電圧、例えば、どのバッファ２２００が使用されるかなど、回路内の構成要素を考慮して、任意の好適な電圧レベルであり得る）が、２つのコンデンサの共通ノード又はセンタータップに印加される。初期バイアス状態中、Ｖ２の電圧は比較的高く保持され（Ｖｈｉ）、Ｖ１の電圧は比較的低く保持される（Ｖｌｏ）。Ｖｈｉ及びＶｌｏは、例えば、使用されるコンデンサのサイズ及びタイプに応じて、任意の好適なサイズに設定され得る。初期バイアス状態中の時間ｔ０における出力電圧は、以下によって表され得る。
【数1】
【0094】
Ｖｏ（ｔ０）＝Ｖｃｍ＋Ｖｏｆｆ＋Ｖｎ（ｔ０）
ここで、Ｖｏｆｆはバッファ２２００における任意の固有のオフセットによって引き起こされる読み出しのオフセットであり、Ｖｎ（ｔ０）は時間ｔ０のランダム読み出しノイズである。
ここで、Ｖｏｆｆはバッファ２２００における任意の固有のオフセットによって引き起こされる読み出しのオフセットであり、Ｖｎ（ｔ０）は時間ｔ０のランダム読み出しノイズである。
【0095】
次いで、共通ノードがもはやＶｃｍに保持されないようにリセットスイッチを開くことによって、第１のバイアス状態が設定される。これは、第１のバイアス電圧Ｖｈｉ～Ｖｌｏが、共通ノード又はセンタータップが任意の特定の電位に保持されることなく、一対のコンデンサ２１００にわたって印加されることを意味する。それにより、第１のバイアス状態は、２つのコンデンサ間の対応する第１の電荷分布を設定する。図４Ｂのタイミング図では、バイアス状態が初期状態から第１の状態に変化するときのＶｏの変化が表されている。この変化は、リセットスイッチの電荷注入と容量結合の結果である。第１のバイアス状態中の時間ｔ１における出力電圧は、以下によって表され得る。
【0096】
Ｖｏ（ｔ１）＝Ｖｃｍ＋Ｖｏｆｆ＋Ｖｃｉ＋Ｖｋｔｃ＋Ｖｎ（ｔ１）
ここで、Ｖｃｉはスイッチ開放によるｒｓｔスイッチからの電荷注入であり、Ｖｎ（ｔ１）は、時間ｔ１のランダム読み出しノイズであり、Ｖｋｔｃは、２つのコンデンサからサンプリングされたＫＴＣノイズである。値Ｖｏ（ｔ１）は、第１のバイアス状態中のコンデンサ分割器２１００の共通ノードにおける電圧を示す第１のノード測定値と称されるものとする。
ここで、Ｖｃｉはスイッチ開放によるｒｓｔスイッチからの電荷注入であり、Ｖｎ（ｔ１）は、時間ｔ１のランダム読み出しノイズであり、Ｖｋｔｃは、２つのコンデンサからサンプリングされたＫＴＣノイズである。値Ｖｏ（ｔ１）は、第１のバイアス状態中のコンデンサ分割器２１００の共通ノードにおける電圧を示す第１のノード測定値と称されるものとする。
【0097】
次いで、第２のバイアス状態は、一対のコンデンサ２１００の両端の電圧が－（Ｖｈｉ－Ｖｌｏ）であるように、一対のコンデンサ２１００の両端間に第１のバイアス電圧を反対方向に印加することによって設定される。これは、ＶｌｏをＶ２に印加し、ＶｈｉをＶ１に印加するようにスイッチバンク２３００を制御することによって達成される。図４Ｂのタイミング図では、バイアス状態が第１の状態から第２の状態に変化するときにＶｏの変化が見られるが、これは、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の電荷の再分配によって引き起こされる。Ｖｏは、第２のバイアス状態が印加されるときの減少するものとして表され、これは、Ｃ２の静電容量がＣ１よりも大きいことの結果である。しかしながら、Ｃ１の静電容量がＣ２の容量よりも大きい場合には、代わりに、第２のバイアス状態が印加されるとＶｏが増加することになる。第２のバイアス状態中の時間ｔ２における出力電圧は、以下によって表され得る。
【0098】
Ｖｏ（ｔ２）＝Ｖｃｍ＋Ｖｏｆｆ＋Ｖｃｉ＋Ｖｋｔｃ＋Ｖｎ（ｔ２）＋（（Ｃ１－Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＊（Ｖｈｉ－Ｖｌｏ）
値Ｖｏ（ｔ２）は、第１のバイアス状態中のコンデンサ分割器２１００の共通ノードにおける電圧を示す第２のノード測定値と称されるものとする。
値Ｖｏ（ｔ２）は、第１のバイアス状態中のコンデンサ分割器２１００の共通ノードにおける電圧を示す第２のノード測定値と称されるものとする。
【0099】
一対のコンデンサが整合しているため、設計によって、それらの静電容量はＣ１＝Ｃ２＝Ｃである。しかしながら、実際には、それらの静電容量には小さなランダムな差があり、その結果、Ｃ１－Ｃ２＝ｄＣとなる。したがって、Ｃ１及びＣ２の実際の静電容量は、以下のように表すことができる。
【0100】
Ｃ１＝Ｃ＋ｄＣ／２
Ｃ２＝Ｃ－ｄＣ／２
これを上の式に代入すると、以下のようになる。
Ｃ２＝Ｃ－ｄＣ／２
これを上の式に代入すると、以下のようになる。
【0101】
Ｖｏ（ｔ２）＝Ｖｃｍ＋Ｖｏｆｆ＋Ｖｃｉ＋Ｖｋｔｃ＋Ｖｎ（ｔ２）＋（ｄＣ／２Ｃ）＊（Ｖｈｉ－Ｖｌｏ）
Ｖｏ（ｔ２）は、コンデンサ間のランダムな製造差（ｄＣ）の関数であるが、それは、いくつかの異なるノイズソースによっても影響を受ける。これにより、Ｖｏ（ｔ２）は、特にｄＣが非常に小さく、したがって、ノイズで失われやすいことを考慮すると、ランダムな製造差の信頼できるインジケータではあり得ない。
Ｖｏ（ｔ２）は、コンデンサ間のランダムな製造差（ｄＣ）の関数であるが、それは、いくつかの異なるノイズソースによっても影響を受ける。これにより、Ｖｏ（ｔ２）は、特にｄＣが非常に小さく、したがって、ノイズで失われやすいことを考慮すると、ランダムな製造差の信頼できるインジケータではあり得ない。
【0102】
しかしながら、Ｖｏ（ｔ２）－Ｖｏ（ｔ１）の差を取ることによって、以下のようになる。
【0103】
Ｖｏ（ｔ２）－Ｖｏ（ｔ１）＝（ｄＣ／２Ｃ）＊（Ｖｈｉ－Ｖｌｏ）＋Ｖｎ（ｔ２）－Ｖｎ（ｔ１）
このようにして差を取ることによって、ｋｔｃノイズＶｋｔｃ、オフセットＶｏｆｆ、電荷注入信号Ｖｃｉ、及びコモンモード信号Ｖｃｍは全て相殺される。更に、読み出しノイズＶｎ（ｔ０）及びＶｎ（ｔ１）におけるあらゆる低周波数構成要素もまた、実質的に相殺されるべきである。したがって、第１のバイアス状態及び第２のバイアス状態の両方の下でＶｏを測定し、次いで、その差を求めることによって、２つのコンデンサＣ１とＣ２との間のランダムな製造差のより正確な測定値を求めることができる。Ｖｏ（ｔ２）とＶｏ（ｔ１）との間の差は、コンデンサ差値と称され得、これは、一対のコンデンサ２１００との間のランダムな製造差を示す。次いで、このより正確な測定値を使用して、永続的ランダムＰＵＦ値を判定することができ、永続的ランダムＰＵＦ値に基づいて、ＰＵＦ出力が判定され、例えば、「構成」及び「読み出し」セクションでより詳細に説明されるように、複数ビットＰＵＦ出力内の１ビットの値を設定することができる。
このようにして差を取ることによって、ｋｔｃノイズＶｋｔｃ、オフセットＶｏｆｆ、電荷注入信号Ｖｃｉ、及びコモンモード信号Ｖｃｍは全て相殺される。更に、読み出しノイズＶｎ（ｔ０）及びＶｎ（ｔ１）におけるあらゆる低周波数構成要素もまた、実質的に相殺されるべきである。したがって、第１のバイアス状態及び第２のバイアス状態の両方の下でＶｏを測定し、次いで、その差を求めることによって、２つのコンデンサＣ１とＣ２との間のランダムな製造差のより正確な測定値を求めることができる。Ｖｏ（ｔ２）とＶｏ（ｔ１）との間の差は、コンデンサ差値と称され得、これは、一対のコンデンサ２１００との間のランダムな製造差を示す。次いで、このより正確な測定値を使用して、永続的ランダムＰＵＦ値を判定することができ、永続的ランダムＰＵＦ値に基づいて、ＰＵＦ出力が判定され、例えば、「構成」及び「読み出し」セクションでより詳細に説明されるように、複数ビットＰＵＦ出力内の１ビットの値を設定することができる。
【0104】
例えば、特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのコンデンサ差値（Ｖｏ（ｔ２）～Ｖｏ（ｔ１））のサイズは、永続的ランダムＰＵＦ値（例えば、「０」又は「１」）を設定するために使用され得、次いで、複数ビットＰＵＦ出力の１つ以上のビットとして作用する。コンデンサ差値Ｖｏ（ｔ２）～Ｖｏ（ｔ１）は、ほぼ全てのノイズを排除することによって、ｄＣの測定精度を最大にするように判定されているため、ＰＵＦ出力の値は、ほぼランダムな製造差のみによって判定される。これは、ＰＵＦ出力の値が、ＰＵＦ要件を満たすのに十分にランダムであるという結果であるべきである。
【0105】
図４Ｃを参照すると、判定部１７０は、ＭＵＸ５１００、ＰＵＦ出力部５３００、及びスイッチバンク２３００を備える。ＰＵＦ出力部５３００は、電圧Ｖｈｉ及びＶｌｏをＰＵＦセルの特定の行に印加し、選択解除電圧をＰＵＦセルの他の全ての行に印加するように、スイッチバンク２３００及びＭＵＸ５１００を制御するように構成されている。そうすることによって、並行して、選択された行中の複数のＰＵＦセルの物理的特性が測定され得ることが理解されよう。これにより、非常に高速な測定と読み出しが達成され得る。
【0106】
上記では、ＰＵＦセルの物理的特性を測定するためのいくつかの特定の実施例が示されており（一実施例では、物理的特性は、一対のトランジスタのゲート－ソース電圧の差であり、他の実施例では、物理的特性は、一対のコンデンサの静電容量の差である）、物理的特性の測定は、ＰＵＦセルのランダムな製造ばらつきを示す。しかしながら、対のデバイス及び判定部１７０が対のデバイスの物理的特性に基づいて各ＰＵＦセルの永続的ランダム値を判定するように構成され得る、多くの他の方法があることが理解されよう。更に、対のデバイスのために使用され得る多くの他のタイプの物理的、電気的デバイス（トランジスタ又はコンデンサなどのアクティブ又はパッシブであり得る単一の構成要素、又はリング発振器など、各々が複数の構成要素を備えるより複雑な複合デバイスのいずれか）、及び測定され得る多くの他のタイプの物理的特性が存在する。例えば、各ＰＵＦセルは、ＮＯＴゲートの一対の同一のストリングを備え得、ＰＵＦセルの物理的特性は、信号がＮＯＴゲートのストリングのうちの一方を通過するのに要する時間と、ＮＯＴゲートの他方のストリングを通過するのに要する時間との時間差である。本開示は、ＰＵＦ装置／システムのいかなる特定の実装形態にも限定されず、一対のデバイス間のランダムな製造ばらつきを示す物理的特性が永続的ランダムＰＵＦ値を判定するために使用され得るあらゆる実装形態に適用され得ることが理解されよう。
【0107】
「構成」
プロセスの文脈で使用される「構成」という用語は、本明細書では、特定の読み出し状態を、永続的ランダムＰＵＦ値の生成に使用されるべき一対のデバイスに割り当てるプロセスを記載するために使用される。例えば、読み出し状態は、ＰＵＦ装置１００中のＰＵＦセル１０５×、ｙのうちの少なくともいくつかの各々に割り当てられ得る。これは、１回（例えば、ＰＵＦ装置１００の製造／セットアップ中に、「登録」と称されることもある）実行され得、その後、ＰＵＦ装置１００は、「読み出し」及び／又は「監視」のために使用され得、これは「復元」と称されることもある。「読み出し」という用語は、本明細書では、１つ以上の対のデバイス（例えば、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙ）の物理的特性に基づいて永続的ランダムＰＵＦ値を判定するプロセスを記載するために使用される。「監視」という用語は、本明細書では、ＰＵＦ装置１００の健全性／ステータス／状態を監視するプロセスを記載するために使用され、これは、永続的なＰＵＦ出力を生成する際のＰＵＦ装置１００の信頼性を判定することを含み得る。読み出し及び監視は各々、ＰＵＦ装置１００の寿命にわたって何度も行われ得、例えば、読み出しは、ＰＵＦ装置１００からＰＵＦ出力が要求されるたびに行われ得、監視は、断続的に又は定期的に行われ得る。構成中にＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに割り当てられた読み出し状態は、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性が読み出し中にＰＵＦ値を判定するためにどのように使用されるべきか、及びそのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性が監視中にどのように使用されるかを指示し得る。上記の「構成」という用語の使用は、物理的構成（例えば、デバイスの構成）の文脈における「構成」という用語の意味を変えるものではない。
プロセスの文脈で使用される「構成」という用語は、本明細書では、特定の読み出し状態を、永続的ランダムＰＵＦ値の生成に使用されるべき一対のデバイスに割り当てるプロセスを記載するために使用される。例えば、読み出し状態は、ＰＵＦ装置１００中のＰＵＦセル１０５×、ｙのうちの少なくともいくつかの各々に割り当てられ得る。これは、１回（例えば、ＰＵＦ装置１００の製造／セットアップ中に、「登録」と称されることもある）実行され得、その後、ＰＵＦ装置１００は、「読み出し」及び／又は「監視」のために使用され得、これは「復元」と称されることもある。「読み出し」という用語は、本明細書では、１つ以上の対のデバイス（例えば、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙ）の物理的特性に基づいて永続的ランダムＰＵＦ値を判定するプロセスを記載するために使用される。「監視」という用語は、本明細書では、ＰＵＦ装置１００の健全性／ステータス／状態を監視するプロセスを記載するために使用され、これは、永続的なＰＵＦ出力を生成する際のＰＵＦ装置１００の信頼性を判定することを含み得る。読み出し及び監視は各々、ＰＵＦ装置１００の寿命にわたって何度も行われ得、例えば、読み出しは、ＰＵＦ装置１００からＰＵＦ出力が要求されるたびに行われ得、監視は、断続的に又は定期的に行われ得る。構成中にＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに割り当てられた読み出し状態は、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性が読み出し中にＰＵＦ値を判定するためにどのように使用されるべきか、及びそのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性が監視中にどのように使用されるかを指示し得る。上記の「構成」という用語の使用は、物理的構成（例えば、デバイスの構成）の文脈における「構成」という用語の意味を変えるものではない。
【0108】
以下では、異なる読み出し特性を達成するために実装され得るいくつかの例示的なＰＵＦ装置１００の構成、すなわち、「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」、及び「複数ビット／ＰＵＦセル」と以下で称される、について記載する。これらの各々について、構成、読み出し、及び監視のプロセスは若干異なっており、詳細は後述する。しかしながら、構成プロセスの共通の態様を、図５を参照して最初に記載する。
【0109】
以下の説明は、特にＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに言及し、その各々は、固定された一対のデバイスを備える（すなわち、デバイスペアリングを変更することができない）。しかしながら、記載のプロセスは、対のデバイスの他の構成を含む他のタイプのＰＵＦ装置、例えば、一対のデバイスを形成するためにデバイスのバンクから２つのデバイスを動的に選択するＰＵＦ装置に適用され得ることを理解されたい。その実施例では、１つの特定のデバイスは、その１つの特定のデバイスと異なる対を形成するように異なる第２のデバイスが動的に選択されるため、いくつかの異なる対のデバイスの一部であり得る。したがって、以下の説明を通じて、「ＰＵＦセル」という用語は、より一般的に「一対のデバイス」と置換することができる。
【0110】
図５は、本開示の態様による、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを構成する方法における例示的なステップを視覚的に示している。この方法は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのうちの一部又は全てを構成するために、ＰＵＦ装置／システム１００中のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのうちの一部又は全てに対して実行され得る。
【0111】
ステップ５１０において、判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性（例えば、前述のトランジスタ差値又はコンデンサ差値）を測定し、物理的特性の測定値は、ＰＵＦセルのランダムな製造ばらつきを示す。例えば、図２、図３、図４Ａ、及び図４Ｂに関して上述したプロセスは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのトランジスタ差値又はコンデンサ差値を判定するために実行され得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの任意の他の好適な物理的特性は、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙ中の構成要素、並びに／又は判定部１７０の設計及び構成に応じて、任意の好適な技術を使用して判定され得る。
【0112】
図６は、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙにわたって測定された例示的な物理的特性の統計的分布を示している。ｘ軸は測定された物理的特性を表し、ｙ軸は尤度／確率を表している。ｘ軸単位は、測定される物理的特性の性質に依存するため、任意である。しかしながら、正の値は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの第１のデバイス／構成要素がＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの第２のデバイス／構成要素よりも大きいことを示す。負の値は、第２のデバイス／構成要素の測定された特性が、第１のデバイス／構成要素の測定された特性よりも大きいことを示す。統計的分布は、一部の又は全てのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性を測定することによって、又は複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの特定の統計的分布を仮定することによって、又は任意の他の好適な統計モデル（例えば、「統計モデルを作成する」の節で後述するような）に基づいて、到達され得る。この実施例では、正規分布が仮定されているが、任意の他の好適なタイプの分布が仮定され得ることが理解されよう。
【0113】
ステップ５２０において、判定部１７０は、物理的特性の測定値を１つ以上の構成閾値と比較し得る。使用される１つ以上の構成閾値は、所望の読み出し特性（「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」、及び「複数ビット／ＰＵＦセル」）に依存し、より詳細には後述する。
【0114】
ステップＳ５３０において、判定部１７０は、ステップＳ５２０において行われた比較に基づいて、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し中に、第１の読み出し状態が使用されるべきか、又は第２の読み出し状態が使用されるべきかのいずれかであることを示すように、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに関連付けられた構成インジケータを設定し得る。構成インジケータは、１ビットの値（例えば、ＰＵＦセルを第１の読み出し状態に割り当てるために「０」に設定され、ＰＵＦセルを第２の読み出し状態に割り当てるために「１」に設定され、又はその逆に設定され得る）であり得るか、又は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙにどの読み出し状態を使用するべきかを判定するために読み出し中に使用され得る任意の他の好適な形態のインジケータであり得る。構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが後で読み出されているときに、その構成インジケータが読み出し中にルックアップされ、使用され得るように、メモリ中に、例えば、判定部１７０又は他の場所に格納され得る。これにより、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、構成中に設定され、読み出し中に使用され得るように記憶される、関連付けられた構成インジケータを有し得る。
【0115】
第１の読み出し状態は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し中に永続的ランダムＰＵＦ値を生成するときに、ＰＵＦセルの物理的特性が、少なくとも１つの構成閾値とは異なる少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較すべきであることを示す。第２の読み出し状態は、どの読み出し特性（「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」、及び「複数ビット／ＰＵＦセル」）が実装されているかに応じて、いくつかの異なることを示し得る。これについては、後で「読み出し」の節で詳細に説明する。
【0116】
異なる読み出し特性は全て、判定された各ＰＵＦ値の安定性及び一貫性が経時的に維持され得る異なる方法として、発明者によって考案されている。先に説明したように、ＰＵＦ装置１００によって生成されたＰＵＦ出力は、経時的に永続的であるべきである。これにより、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの生成されたＰＵＦ値も、経時的に永続的であるべきである。しかしながら、発明者は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性が、物理的特性の測定におけるノイズ、デバイスの劣化、環境変化、局所的変化等の１つ以上のために、経時的に変化する可能性が高いことを認識しており、これは、図７を参照して以下で説明されるように、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値の永続性を維持することを困難にする場合がある。
【0117】
図７は、図６のものと同様の例示的な統計的分布を示している。この実施例では、プロットの負の部分におけるグラフの下の面積は、プロットの正の部分におけるグラフの下の面積に等しいと仮定する。これにより、負の測定された物理的特性を有する任意の１つのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの尤度は、正の測定された物理的特性を有する尤度に等しい。これにより、判定部１７０は、測定された物理的特性が負の範囲７１０内にあるときに永続的ランダムＰＵＦ値を「０」に設定し、測定された物理的特性が正の範囲７２０内にあるときに「１」に設定することによって、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを読み出すように構成され得る。
【0118】
しかしながら、特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性の実施例は、参照番号７３０で表されている。最初に、測定された物理的特性７３０は、負の値であり得るため、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、「０」のＰＵＦ値を生成する。しかしながら、経時的に、測定された物理的特性は、参照番号７４０で表されるように、変化又はドリフトし得る。測定された物理的特性が経時的に増加する場合、それは最終的には正の値になり得、その時点で、永続的ランダムＰＵＦ値は「０」から「１」に変化することになる。この変化はまた、ＰＵＦ出力の変化を引き起こすことがある。いくつかの実施例では、測定された物理的特性の変化は、測定された物理的特性を、時々正、次いで時々負、次いで時々正などにさせ、ＰＵＦ値が「０」と「１」との間で規則的に変化する結果となり得る。ＥＣＣ技術は、ＰＵＦ出力内の少数のビットが経時的に変化することを許容し得るが、より大きな数は、ＰＵＦ出力がもはや永続的ではないことを意味し、その時点で、それは依拠され得ない。本発明者は、ＰＵＦ値が「０」であるべきか「１」であるべきかを判定するために使用される読み出し閾値に近い測定された物理的特性を有するＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、経時的に測定された物理的特性の比較的小さな変化がＰＵＦ値を変化させる可能性があるため、この問題に特に影響を受け得ることを認識した。そこで、発明者は、これらの問題に対処し、ＰＵＦ装置１００によって生成されるＰＵＦ出力の長期的な信頼性及び永続性を改善するために、以下に記載の構成及び読み出しのプロセスを考案した。本発明者はまた、ＰＵＦセルが経時的に読み出し閾値にどれだけ近づくかを監視し、それによってＰＵＦセルが永続的であるＰＵＦ出力の生成に確実に貢献する能力を監視するために、以下に記載される監視プロセスを考案した。
【0119】
１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ
この実装形態では、いくつかのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、永続的ランダムＰＵＦ値の判定のために読み出し中に使用されるように割り当てられ、他のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、読み出し中に全く使用されない（「スローアウェイ」）ように割り当てられるように構成が行われる。この実施例では、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第２の状態に割り当てるように構成インジケータを設定することは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが永続的ランダムＰＵＦ値を生成するために使用されるべきではないことを示す。
この実装形態では、いくつかのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、永続的ランダムＰＵＦ値の判定のために読み出し中に使用されるように割り当てられ、他のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、読み出し中に全く使用されない（「スローアウェイ」）ように割り当てられるように構成が行われる。この実施例では、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第２の状態に割り当てるように構成インジケータを設定することは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが永続的ランダムＰＵＦ値を生成するために使用されるべきではないことを示す。
【0120】
図８は、１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイを実証する例示的な統計的分布を示している。複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの統計的分布は、仮定された分布であり得るか、又はＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全ての物理的特性を測定することによって判定され得る。図は、第１の構成閾値８４０、第２の構成閾値８５０、及び第１の読み出し状態閾値８６０を示している。この構成では、読み出し中に、単一のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、１ビット永続的ランダムＰＵＦ値を判定するために使用され得るため、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、複数の１ビット永続的ランダムＰＵＦ値を判定するために使用され得、次いで、複数の１ビット永続的ランダムＰＵＦ値は、複数ビットＰＵＦ出力を判定するために使用され得る。
【0121】
ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成中に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性が測定され得る（上記図５のステップＳ５１０）。次いで、測定された物理的特性は、第１の構成閾値８４０及び第２の構成閾値８５０と比較される（上記図５のステップＳ５２０）。
【0122】
次いで、ステップＳ５３０において、第１の構成閾値８４０と第２の構成閾値８５０との間にある場合、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、第２の読み出し状態に割り当てられ、これは、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが読み出し中に使用されるべきではないことを意味する。しかしながら、測定された物理的特性が第１の構成閾値８４０未満であるか、又は第２の構成閾値８５０よりも大きい場合、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、第１の読み出し状態に割り当てられ、これは、読み出し中に、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが永続的ランダムＰＵＦ値を生成するために使用されるべきであることを意味する。そのため、構成中、中央領域８１０内の測定された物理的特性を有する任意のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、第２の読み出し状態に割り当てられ、外側領域８２０及び８３０内の測定された物理的特性を有する任意のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、第１の読み出し状態に割り当てられる。例えば、図８は、測定された物理的特性８７２が－０．５である、例示的な特定のＰＵＦセル１０５×ｙを示している。その特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第２の読み出し状態に割り当てるように設定される。図８はまた、測定された物理的特性８７４が－１．５である別の例示的なＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを示している。その特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第１の読み出し状態に割り当てるように設定される。図８はまた、測定された物理的特性８７４が１．０である別の例示的なＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを示している。その特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第１の読み出し状態に割り当てるように設定される。
【0123】
本発明者は、読み出し閾値８１０に比較的近い物理的特性を有すると判定されたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが読み出し中にその後使用されないように、「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」を考案した。これは、これらのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、読み出し中に測定された物理的特性が読み出し閾値８１０の一方の側から他方の側に移動するのに十分なだけ変化した結果として、経時的に変化するＰＵＦ値を有する比較的高いリスクを有するためである。次いで、読み出し閾値８１０から比較的遠く離れた測定された物理的特性を有するＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、読み出し中に使用される。これは、これらのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、経時的に変化するＰＵＦ値を有する比較的低いリスクを有するためであり、その理由は、それらの測定された物理的特性が、ＰＵＦ値を変化させるために経時的に著しく変化しなければならないからである（すなわち、物理的特性は、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値に影響を及ぼすことなく、構成測定値と後続の読み出し測定値との間に有意な変化の余地を有する）。これにより、第１の読み出し状態に割り当てられた各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値は永続的であるべきであり、それによって、ＰＵＦ出力の永続性が改善される。
【0124】
第１の読み出し状態閾値８６０は、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの判定されたＰＵＦ値のランダム性を維持するために、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが閾値８６０より大きいか又は小さいかのいずれかの測定された物理的特性を有するの５０－５０の機会が存在するような値に設定されるべきである。これは、分布の標準的な統計分析を使用して達成することができる。次いで、第１の構成閾値８４０及び第２の構成閾値８５０は、異なるＰＵＦ値の実質的に５０－５０の機会を達成し、読み出し中に判定されたＰＵＦ出力の永続性を改善することと、ＰＵＦ出力を判定するために読み出し中に使用可能な十分なＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを有することとの間の所望のバランスを達成する、任意の好適な値に設定され得る。例えば、第１の読み出し状態閾値８６０から１標準偏差、２標準偏差、３標準偏差、４標準偏差などに設定され得る。構成閾値８４０及び８５０が更に第１の読み出し状態閾値８６０から離れるほど、より多くのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが構成中に「スローアウェイ」され得ることが理解されよう。しかしながら、経時的に永続的なＰＵＦ出力を維持する機会が改善される。したがって、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのアレイが、ＰＵＦ出力の所望のサイズと比較して多数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを含む場合（例えば、４００個のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙがあるが、所望のサイズのＰＵＦ出力が１２８ビットである場合）、多数のＰＵＦセル「スローアウェイ」が収容され得るため、構成閾値８４０及び８５０は、読み出し閾値８６０から比較的離れているように設定され得る。
【0125】
この技術の代替的な手法では、第１の読み出し状態閾値８６０から最も遠く離れていると測定されるｎ個のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、第１の読み出し状態に割り当てられ得、残りは、それらを第２の読み出し状態に割り当てることによってスローアウェイされる。例えば、値ｎは、ＰＵＦ出力を判定するために必要とされるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの数であり得る（例えば、ＰＵＦ出力が１２８ビットである場合、ｎは１２８に設定され得る）。こうして、長期安定性を提供するための最良のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、将来の読み出しプロセス中に使用するために選択され得る。この場合、実質的に単一の構成閾値が存在し、これは、第１の読み出し状態閾値８６０と同じである。構成閾値は、読み出し中に各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのいずれかの可能なＰＵＦ値を得る実質的に５０－５０の機会を達成するために、統計的分布に基づく値に設定され得る。
【0126】
更なる代替形態では、個々のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙをスローアウェイするのではなく、代わりに、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの行全体が、構成閾値と測定された物理的特性との比較に基づいてスローアウェイされ得る。例えば、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性を構成閾値と比較するために、上述したプロセスのうちのいずれかが実行され得る。第１の読み出し状態に割り当てられたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが比較的少ない任意の行は、全てのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータを第２の読み出し状態に設定するか、又はその行全体が読み出し中に使用されるべきではないことを示す行構成インジケータを設定するかのいずれかによって、スローアウェイされ得る。行構成インジケータが使用される場合、判定部１７０は、読み出し中に、行についての行構成インジケータを最初に読み出し得、行が使用されるべきであることを示す場合にのみ、その行の各ＰＵＦセルについての構成インジケータを読み出すように進むことになる。これは、ＰＵＦ出力を判定するために読み出し中に必要とされる並列読み出し動作の数を最小限に抑えることによって、読み出しの速度及び電力効率を改善し得る。更なる代替形態では、ＰＵＦセルごとに単一の構成インジケータを有するのではなく、代わりに、単に行ごとに構成インジケータが存在し得る。この場合、読み出し中に、後述するプロセスに応じて、第１の読み出し状態に割り当てられた行の全てのＰＵＦセルが読み出され得る。後述するように、第２の読み出し状態に割り当てられた行の全てのＰＵＦセルは破棄され得る。そのため、本開示全体を通して、ＰＵＦセルに関連付けられた構成インジケータが読み出されるときに読み出し中に、その構成インジケータは、その特定のＰＵＦセルのためのものであり得るか、又はＰＵＦセルが位置する行全体のためのものであり得る。
【0127】
１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値
上記の「スローアウェイ」実装形態は、ＰＵＦ出力のサイズと比較して多数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが存在する場合に有用であり得ることが理解されよう。代替的な構成である「シフト閾値」は、ＰＵＦ出力のサイズと比較して多数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが存在しない場合に有用であり得る。
上記の「スローアウェイ」実装形態は、ＰＵＦ出力のサイズと比較して多数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが存在する場合に有用であり得ることが理解されよう。代替的な構成である「シフト閾値」は、ＰＵＦ出力のサイズと比較して多数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが存在しない場合に有用であり得る。
【0128】
図９Ａは、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」の構成プロセスを実証する例示的な統計分布を示している。図９Ｂは、同じ例示的な統計的分布を示すが、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」の第１の読み出し状態の読み出しプロセスを示している。図９Ｃは、同じ例示的な統計的分布を示すが、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」の第２の読み出し状態の読み出しプロセスを示している。複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの統計的分布は、仮定された分布であり得るか、又はＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全ての物理的特性を測定することによって判定され得る。
【0129】
図９Ａは、ＰＵＦセルが第１の読み出し状態に割り当てられるときに読み出し中に使用される第１の読み出し状態閾値９１０を示している。図はまた、ＰＵＦセルが第２の読み出し状態に割り当てられたときの読み出し中に使用される第２の読み出し状態閾値９２０及び９３０を示している。図はまた、第１の構成閾値９４０、第２の構成閾値９５０、第３の構成閾値９６０、及び第４の構成閾値９７０を示している。
【0130】
構成中、ステップＳ５１０は、上述のように実行される。ステップＳ５２０はまた、測定された物理的特性が第１の構成閾値９４０、第２の構成閾値９５０、第３の構成閾値９６０、及び第４の構成閾値９７０と比較されることを除いて、１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイを参照して上述したように実行される。構成閾値は、複数の範囲を規定する。ステップ５３０において、測定された物理的特性が、第１の構成閾値９４０と第２の構成閾値９５０との間の範囲内にあるか、又は第３の構成閾値９６０と第４の構成閾値９７０との間の範囲内にある場合、ＰＵＦセルの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５×、ｙを第１の読み出し状態に割り当てるように設定される。測定された物理的特性が、第１の構成閾値９４０未満の範囲内にあるか、又は第２の構成閾値９５０と第３の構成閾値９６０との間の範囲内にあるか、又は第４の構成閾値９７０を超える範囲内にある場合、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第２の読み出し状態に割り当てるように設定される。
【0131】
図９Ｂは、第１の読み出し状態（「シフトされていない状態」）を表示している。第１の構成閾値９４０と第２の構成閾値９５０との間の面積は、領域９１２として表されている。第３の構成閾値９６０と第４の構成閾値９７０との間の面積は、領域９１４として表されている。構成中、領域９１２又は領域９１４のいずれかの中で測定された物理的特性を有していたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの全ては、第１の読み出し状態に割り当てられているべきである。図から分かるように、領域９１２及び９１４は両方とも、第１の読み出し状態閾値９１０から分離されている。第１の読み出し状態閾値の一方の側は、特定のＰＵＦ値（例えば、「０」）を有し得、他方の側は、異なるＰＵＦ値（例えば、「１」）を有し得る。例えば、領域９１２は、「０」のＰＵＦ値を割り当てられ得、領域９１４は、「１」のＰＵＦ値を割り当てられ得る。構成閾値は、ＰＵＦセルが領域９１２にある確率が領域９１４にある確率とほぼ同じであるように、領域９１２の面積が領域９１４の面積と同じである結果となる特定の値に設定され得る。
【0132】
読み出し中、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが第１の読み出し状態に割り当てられている場合、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性の読み出し測定値が取られ、第１の読み出し状態閾値９１０と比較され得る。したがって、「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」の第１の読み出し状態は、「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」の第１の読み出し状態と実質的に同じである。例えば、領域９１２に「０」が割り当てられ、領域９１４に「１」が割り当てられている場合、読み出し測定値が第１の読み出し状態閾値９１０未満の範囲であれば、ＰＵＦ値は「０」と判定されることになる。読み出し測定値が第１の読み出し状態閾値９１０よりも大きい範囲であれば、ＰＵＦ値は「１」であると判定されることになる。領域９１２及び９１４は、第１の読み出し状態閾値９１０から分離されるため、物理的特性の読み出し測定値は、構成中に取られた測定値と比較して経時的に変化し得、物理的特性の測定値は、閾値９１０の一方の側から他方の側に移動するのに十分な経時的変化はありえないため、依然として、それらのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値は経時的に変化すべきではない。
【0133】
図９Ｃは、第２の読み出し状態（「シフトした」閾値状態）を表示している。第１の構成閾値９４０未満の面積は、領域９２２として表される。第２の構成閾値９５０と第３の構成閾値９６０との間の面積は、領域９２６として表される。第４の構成閾値９７０よりも大きい面積は、領域９２４として表されている。構成中、領域９２２、領域９２４、又は領域９２６のうちのいずれかに収まる測定された物理的特性を有したＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの全てが、第２の読み出し状態に割り当てられているべきである。図から分かるように、領域９２２、９２４、及び９２６の全てが、第２の読み出し閾値９２０及び９３０から分離されている。領域９２２及び９２４は、特定のＰＵＦ値（例えば、「０」）に割り当てられ得、領域９２６は、異なるＰＵＦ値（例えば、「１」）に割り当てられ得る。構成閾値は、ＰＵＦセルが領域９２２及び領域９２４にある累積確率が領域９２６にある確率とほぼ同じであるように、領域９２２及び領域９２４の面積が共に領域９２６の面積と同じである結果となる特定の値に設定され得る。
【0134】
読み出し中、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが第２の読み出し状態に割り当てられている場合、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性の読み出し測定値が取られ、第２の読み出し状態閾値９２０及び９３０と比較される。第２の読み出し状態閾値９２０及び９３０は、複数の範囲（この実施例では３つの範囲）を規定し、読み出し中にＰＵＦ値を生成するために、物理的特性の読み出し測定値がどの範囲にあるかが判定される。測定された物理的特性が第２の読み出し状態閾値９２０及び９３０の両方よりも小さいか、又は第２の読み出し状態閾値９２０及び９３０の両方よりも大きい場合、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値は、第１のデジタル状態（この実施例では「０」）に設定される。測定された物理的特性が第２の読み出し状態閾値９２０と９３０との間にある場合、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値は、第２のデジタル状態（この実施例では「１」）に設定される。
【0135】
そのため、第２の読み出し状態は、第１の読み出し状態と比較してシフトされた読み出し閾値を有することが分かる。領域９２２、９２４、及び９２６は全て第２の読み出し閾値９２０、及び９３０から分離されているため、物理的特性の読み出し測定値は、構成中に取られた測定値と比較して経時的に変化し得、物理的特性の測定値が、閾値９１０又は閾値９２０の一方の側から他方の側に移動するのに経時的に十分に変化する可能性が低いため、依然として、それらのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値は経時的に変化すべきではない。
【0136】
これにより、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値は永続的であるべきであり、それによって、ＰＵＦ出力の永続性が改善される。更に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのいずれも、構成プロセス中に破棄／スローアウェイされず、その結果、それらは全て読み出し中に使用され、したがって、全てがＰＵＦ出力の判定に寄与し得るこが分かる。
【0137】
読み出し閾値９１０、９２０、及び９３０並びに構成閾値９４０、９５０、９６０、及び９７０は全て、領域９１２及び９１４の面積が同じであるように、かつ領域９２２の面積に領域９２６の面積を加えた面積が領域９２４の面積と同じであるように、標準的な統計技術を使用して設定され得ることが理解されよう。このようにして、各ＰＵＦセルの判定されたＰＵＦ値のランダム性が保持され得る。
【0138】
複数ビット／ＰＵＦセル
この実装形態の構成及び読み出しは、「１ビット／ＰＵＦセル－閾値シフト」と同様であるが、各ＰＵＦセルが複数ビット永続性ランダムＰＵＦ値を生成するために使用されることを可能にするために、より多くの構成閾値及び読み出し閾値が使用される。
この実装形態の構成及び読み出しは、「１ビット／ＰＵＦセル－閾値シフト」と同様であるが、各ＰＵＦセルが複数ビット永続性ランダムＰＵＦ値を生成するために使用されることを可能にするために、より多くの構成閾値及び読み出し閾値が使用される。
【0139】
図１０Ａは、「複数ビット／ＰＵＦセル」の第１の読み出し状態を実証する例示的な統計的分布を示している。図１０Ｂは、同じ例示的な統計的分布を示すが、複数ビット／ＰＵＦセルの第２の読み出し状態を示している。複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの統計的分布は、仮定された分布であり得るか、又はＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全ての物理的特性を測定することによって判定され得る。
【0140】
図１０Ａは、第１の読み出し状態閾値１０１２、１０１４、及び１０１６を表示している。また、第１の構成閾値１０２２、第２の構成閾値１０２４、第３の構成閾値１０３２、第４の構成閾値１０３４、第５の構成閾値１０４２、第６の構成閾値１０４４、第７の構成閾値１０５２及び第８の構成閾値１０５４を表示している。最後に、図はまた、構成領域１０２０、１０３０、１０４０、及び１０５０を表示している。
【0141】
図１０Ｂは、第２の読み出し状態閾値１０６２、１０６４、１０６６、及び１０６８を表示している。これはまた、上記の８つの構成閾値を示している。最後に、図はまた、構成領域１０２５、１０３５、１０４５、１０５５、及び１０６５を表示している。
【0142】
ＰＵＦセルの構成中、ステップＳ５２０において、測定された物理的特性が、上記で識別された構成閾値と比較される。ステップＳ５３０において、測定された物理的特性が、第１の構成閾値１０２２と第２の構成閾値１０２４との間、又は第３の構成閾値１０３２と第４の構成閾値１０３４との間、又は第５の構成閾値１０４２と第６の構成閾値１０４４との間、又は第７の構成閾値１０５２と第８の構成閾値１０５４との間である場合（すなわち、測定された物理的特性が図１０Ａに表される陰影付き領域のいずれかにある場合）、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第１の読み出し状態に割り当てるように設定される。しかしながら、測定された物理的特性が、第１の構成閾値１０２２未満である、又は第２の構成閾値１０２４と第３の構成閾値１０３２との間、又は第４の構成閾値１０３４と第５の構成閾値１０４２との間、又は第６の構成閾値１０４４と第７の構成閾値１０５２との間、又は第８の構成閾値１０５４よりも大きい場合（すなわち、測定された物理的特性が図１０Ｂに表される陰影付き領域のいずれかにある場合）、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを第２の読み出し状態に割り当てるように設定される。
【0143】
ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し中に、それが第１の読み出し状態に割り当てられている場合、物理的特性の読み出し測定値は、第１の読み出し状態閾値１０１２、１０１４、及び１０１６と比較され得る。第１の読み出し状態閾値は、第１の複数の範囲を規定する。この特定の実施例では、測定された物理的特性が閾値１０１２未満の範囲内にある場合、ＰＵＦ値は００である。測定された物理的特性が閾値１０１２よりも大きいが、閾値１０１４よりも小さい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は、０１である。測定された物理的特性が閾値１０１４よりも大きいが、閾値１０１６よりも小さい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は、１１である。測定された物理的特性が閾値１０１６よりも大きい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は１１である。
【0144】
ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し中に、それが第２の読み出し状態に割り当てられている場合、物理的特性の読み出し測定値は、第２の読み出し状態閾値１０６２、１０６４、１０６６及び１０６８と比較され得る。第２の読み出し状態閾値は、第２の複数の範囲を規定する。この特定の実施例では、測定された物理的特性が閾値１０６２未満の範囲内にあるか、又は閾値１０６８より大きい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は００である。測定された物理的特性が閾値１０６２よりも大きいが、閾値１０６４よりも小さい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は、０１である。測定された物理的特性が閾値１０６４よりも大きいが、閾値１０６６よりも小さい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は、１１である。測定された物理的特性が閾値１０６６よりも大きいが、閾値１０６８よりも小さい範囲内にある場合、ＰＵＦ値は、１０である。
【0145】
構成閾値は、各異なるＰＵＦ値の確率がほぼ同じであるような値（すなわち、図１０Ａの各ＰＵＦ値の総陰影面積がほぼ同じであり、図１０Ｂの各ＰＵＦ値の総陰影面積がほぼ同じであるような値）に設定され得、その結果、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値はランダムである。更に、読み出し閾値及び構成閾値は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値を変更するのに十分な量だけ、測定された物理的特性が経時的に変化する機会を低減するために、それらの間に十分なギャップが存在するように設定され得る。そのため、単一のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、永続的かつランダムである２ビット値を生成するために使用され得ることが分かる。この実施例では、２ビットのＰＵＦ値が使用されているが、更に多数の構成閾値及び読み出し閾値を使用することによって、判定部１７０は、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの更に大きなＰＵＦ値（例えば、３ビット、又は４ビットなど）を判定するように構成され得ることが理解されよう。
【0146】
この実施例では、隣接領域に対してグレイ符号化が使用されている。例えば、第２の読み出し状態では、閾値１０６２未満である測定された物理的特性は、ＰＵＦ値が００である結果となることになり、閾値１０６２より大きいが閾値１０６４未満である測定された物理的特性は、ＰＵＦ値が０１である結果となることになる（すなわち、１つのビット値のみが異なる）。隣接する読み出し領域ごとに１つのビットのみの値を変更することによって、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性が読み出し閾値の一方の側から他方の側に移動するのに経時的に十分にドリフトする場合、１つのビットのみの値が変化する。これにより、引き起こされる誤差が抑えられ、ＥＣＣを使用して誤差に対処し得ることがより実現可能になる。しかしながら、グレイ符号化を使用することは有用であり得るが、任意の他の好適な符号化方式が使用され得ることが理解されよう。
【0147】
読み出し
図１１は、本開示の態様による、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し方法における例示的なステップを視覚的に示している。この方法は、ＰＵＦ装置／システム１００のライフタイム使用中に、ＰＵＦ装置／システム１００中のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全てに対して実行され得る。本方法は、ＰＵＦ出力がＰＵＦ装置／システム１００から要求されるたびに実行され得る。
図１１は、本開示の態様による、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し方法における例示的なステップを視覚的に示している。この方法は、ＰＵＦ装置／システム１００のライフタイム使用中に、ＰＵＦ装置／システム１００中のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全てに対して実行され得る。本方法は、ＰＵＦ出力がＰＵＦ装置／システム１００から要求されるたびに実行され得る。
【0148】
ステップＳ１１１０において、判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが構成中に第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられたか又は第２の読み出し状態に割り当てられたかを判定するために、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに関連付けられた構成インジケータを読み取る。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが第１の読み出し状態に割り当てられている場合には、ステップＳ１１２０に進む。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが第２の読み出し状態に割り当てらえている場合には、ステップＳ１１４０に進む。
【0149】
ステップＳ１１２０において、判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性（例えば、前述のトランジスタ差値又はコンデンサ差値）を測定し、物理的特性の測定値は、ＰＵＦセルのランダムな製造ばらつきを示す。例えば、判定部は、図５のステップＳ５１０に関して上述したプロセスを実行し得る。
【0150】
ステップＳ１１３０において、判定部１７０は、物理的特性を少なくとも１つの第１の読み出し状態閾値と比較することによって、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの永続的ランダム値を判定する。例えば、判定部１７０が上記の１ビット／ＰＵＦセル実装形態に従って構成されている場合、第１の読み出し状態閾値は、１つの閾値（図８の閾値８６０又は図９の閾値９１０など）のみを含み得る。永続的ランダムＰＵＦ値は、測定された物理的特性が閾値よりも小さい場合、第１のデジタル状態（「０」又は「１」など）に設定され、測定された物理的特性が閾値よりも大きい場合、第２のデジタル状態（「１」又は「０」など）に設定され得る。判定部１７０が、上記の複数ビット／ＰＵＦセル実装形態に従って構成されている場合、第１の読み出し状態閾値は、第１の複数の範囲（閾値１０１２を下回る範囲、閾値１０１６を上回る範囲、閾値１０１２と閾値１０１４との間の範囲など）を規定する複数の閾値（図１０Ａの閾値１０１２、１０１４、及び１０１６など）を含み得る。測定された物理的特性を第１の読み出し状態閾値と比較することは、次いで、前述のように、物理的特性が第１の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを識別することと、物理的特性が第１の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかに基づいて静的ランダム値を判定することとを含み得る。
【0151】
ステップＳ１１４０において、第２の読み出し状態アクションが実行される。第２の読み出し状態アクションは、判定部１７０がどのように構成されているかに依存する。判定部１７０が上記の「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」に従って構成されている場合、第２の読み出し状態は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが永続的なランダム値を生成するために使用されるべきではないことを示す。これにより、第２の読み出し状態アクションは、そのＰＵＦセルに関して更なるアクションを取らないことを含み、その時点で、判定部１７０は、適切な場合、次のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを読み出すことに進み得る。判定部１７０が上記の「１ビット／ＰＵＦセル－シフト閾値」に従って構成されている場合、第２の読み出し状態アクションは、物理的特性を、図９に表される閾値９２０及び閾値９３０を含む少なくとも１つの第２の読み出し状態閾値と比較することを含む。この場合、物理的特性が２つの閾値９２０及び９３０の両方よりも小さい場合、又は２つの閾値９２０及び９３０の両方よりも大きい場合、永続的ランダム値は、第１のデジタル状態（例えば、「０」又は「１」）に設定され得る。物理的特性が２つの閾値９２０と９３０との間にある場合、永続的ランダム値は、第２のデジタル状態（例えば、「１」又は「０」）に設定され得る。判定部１７０が上記の「複数ビット／ＰＵＦセル」に従って構成されている場合、第２の読み出し状態アクションは、物理的特性を第２の読み出し状態閾値と比較することを含み、第２の読み出し状態閾値は、第１の読み出し状態に使用される第１の複数の範囲とは異なる第２の複数の範囲（閾値１０６２を下回る範囲、閾値１０６４と閾値１０６６との間の範囲など）を規定する複数の閾値（閾値１０６２、１０６４、１０６６、及び１０６８など）を含む。物理的特性を第２の読み出し状態閾値と比較することは、物理的特性が第２の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかを識別することと、物理的特性が第２の複数の範囲のうちのどの範囲内にあるかに基づいて永続的ランダム値を判定することと、を含む。
【0152】
この読み出しプロセスは、複数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに対して、任意選択的に、直列又は並列に繰り返され得る。例えば、先に説明したように、ＰＵＦ装置１００は、複数のＰＵＦセル（例えば、特定の行のＰＵＦセルの全てのうちのいくつか）の物理的特性が並列に測定され得るように構成され得、永続的ランダムＰＵＦ値は、それらの測定された物理的特性に基づいて判定される。このようにして、より高速な読み出し及び永続的ランダムＰＵＦ値判定が達成され得る。次いで、判定された各ＰＵＦ値は、ＰＵＦ出力を生成するために判定部１７０によって使用され得る。例えば、ＰＵＦ値が、永続的ランダムＰＵＦ出力を形成するために特定の順序で連結され得るか、又は任意の他の好適な動作が、ＰＵＦ出力を生成するためにＰＵＦ値に対して実行され得る。
【0153】
読み出し中、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性は、任意選択的に、デジタル測定値として判定され得る。この場合、物理的特性のデジタル測定値はＭ個の量子化レベルを有し得、永続的ランダムＰＵＦ値はＮ個の量子化レベルのデジタル値を有し得、ＭはＮよりも大きい。この実施例では、ＰＵＦセルの永続的ランダムＰＵＦ値を正確に判定するために、物理的特性の測定値は、ＰＵＦ値よりも細かい分解能（例えば、より多くの量子化レベル）を有するべきであることが理解されよう。
【0154】
更に、構成の各々において、構成閾値は、読み出し状態閾値の読み出し許容誤差を効果的に規定することが理解されよう。例えば、構成中に、物理的特性の測定が、構成閾値によって規定された第１の読み出し状態閾値を中心に読み出し許容誤差の範囲内にあると判定された場合、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、第２の読み出し状態に割り当てられ得る。そのため、読み出し測定における誤差又は変化の余地は、ＰＵＦ値の結果として生じる変化なしに許容され得る。
【0155】
各ＰＵＦセルの物理的特性の大きさの測定値が測定され、次いで、構成又はＰＵＦ値を判定するために使用され得る、構成及び読み出しのための上述の技術を開発することによって、判定されたＰＵＦ値の永続性及び信頼性、したがって、ＰＵＦ出力の永続性及び信頼性を依然として維持しながら、例えば、図３Ａ、図３Ｂ、及び図４Ｃに表されるものなどの回路配置を使用して（他の回路設計も使用され得るが）、複数のＰＵＦセルを並列して構成又は読み出すことが可能である。これにより、高い信頼性で永続的なＰＵＦ出力は、他の方法で達成され得るよりも速く判定され得る。
【0156】
監視
図１２は、判定部１７０中に監視部１２５０を備える例示的なＰＵＦ装置１００を示している。図から分かるように、監視部１２５０は、ＰＵＦ出力部３１０／５３００（その動作は、先に説明されている）と並んで着座し得、図２～図４Ｃのうちのいずれかを参照して先に記載されたＰＵＦ出力部３１０／５３００と同じ方法で、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの少なくともいくつかの物理的特性の測定を判定するように、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに結合されている。簡略にするために、図１２には表されないが、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、図２～図４Ｃを参照して前述したデバイスなどの任意の好適なデバイスを備え得、判定部１７０は、図２～図４Ｃを参照して前述した構成要素／ユニットなどの追加の構成要素／ユニットを備え得る。こうして、監視部１２５０は、ＰＵＦ出力部３１０／５３００と同じ方法でＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに結合され得、それにより、ＰＵＦ出力部３１０／５３００と同じ読み出し信号を受信する。これらの接続は、簡略にするために図１１には表されていない。代替形態では、監視部１２５０は、ＰＵＦ出力部３１０／５３００に結合され、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性の測定値をＰＵＦ出力部３１０／５３００から受信するように構成され得る（監視部１２５０からの要求に応じて、又はＰＵＦ出力部３１０／５３００が物理的特性の測定値を判定するたびに、又はＰＵＦ出力部３１０／５３００によってスケジュールされた時間に断続的に）。
図１２は、判定部１７０中に監視部１２５０を備える例示的なＰＵＦ装置１００を示している。図から分かるように、監視部１２５０は、ＰＵＦ出力部３１０／５３００（その動作は、先に説明されている）と並んで着座し得、図２～図４Ｃのうちのいずれかを参照して先に記載されたＰＵＦ出力部３１０／５３００と同じ方法で、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの少なくともいくつかの物理的特性の測定を判定するように、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに結合されている。簡略にするために、図１２には表されないが、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、図２～図４Ｃを参照して前述したデバイスなどの任意の好適なデバイスを備え得、判定部１７０は、図２～図４Ｃを参照して前述した構成要素／ユニットなどの追加の構成要素／ユニットを備え得る。こうして、監視部１２５０は、ＰＵＦ出力部３１０／５３００と同じ方法でＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに結合され得、それにより、ＰＵＦ出力部３１０／５３００と同じ読み出し信号を受信する。これらの接続は、簡略にするために図１１には表されていない。代替形態では、監視部１２５０は、ＰＵＦ出力部３１０／５３００に結合され、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性の測定値をＰＵＦ出力部３１０／５３００から受信するように構成され得る（監視部１２５０からの要求に応じて、又はＰＵＦ出力部３１０／５３００が物理的特性の測定値を判定するたびに、又はＰＵＦ出力部３１０／５３００によってスケジュールされた時間に断続的に）。
【0157】
監視部１２５０は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの健全性／ステータス／信頼性を監視するように構成され、その結果、ＰＵＦ装置１００が永続的ＰＵＦ出力を生成することの全体的な信頼性が判定され得る。このように監視を実行することによって、ＰＵＦ装置１００が経時的にドリフト又は変化した場合、又は何らかの方法で改ざんされた場合、ＰＵＦ装置１００の障害が発生する前に監視部１２５０によって検出され得、その結果、予防的アクションが取られ得る。
【0158】
図１３は、１つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを監視する方法における例示的なステップを視覚的に示している。このプロセスでは、監視部１２５０は、構成及び読み出しに関して上述の閾値比較概念を使用して、１つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの現在のステータス／健全性／信頼性を判定する。例示的なステップは、単一のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが監視されるシナリオで最初に記載されるが、同じプロセスがＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのうちの２つ以上に対して実行され得ることが理解されよう。
【0159】
ステップＳ１３１Ｏにおいて、監視部１２５０は、一対のデバイスの物理的特性を測定する。これは、ステップＳ１１２０に関して先に記載したのと同じ方法で行われ得る。任意選択的に、ＰＵＦ装置１００がどのように構成されているかに応じて、監視部１２５０は、最初に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの構成インジケータを読み取り得る（例えば、１ビットスローアウェイ構成が使用される場合、監視部１２５０は、第１の読み出し状態に割り当てられたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性を測定するようにのみ構成され得る）。
【0160】
ステップＳ１３２０において、監視部１２５０は、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差を判定する。この差は、任意の好適な単位（例えば、図３のトランジスタベースのＰＵＦ設計の場合はボルト、図４ＣのコンデンサベースのＰＵＦ設計の場合は静電容量、又は％差など）であり得る。この比較に使用される読み出し閾値は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの読み出し中に使用される読み出し閾値であり得る。したがって、ステップＳ１３２０において、監視部１２５０は、どの読み出し閾値が適切であるかを判定するために、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに関連付けられた構成インジケータを読み取り得る（まだそうしていない場合）。
【0161】
先に説明したように、測定された物理的特性が読み出し閾値から妥当な距離だけ離れているように、ＰＵＦセル１０５×ｙに対して、構成が実行され得る。例えば、構成プロセスは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの各々が、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに対して使用されることになる読み出し閾値から少なくともＸの距離（すなわち、構成閾値と読み出し閾値との間の差がＸである）の測定された物理的特性（構成時）を有することをもたらし得る。しかしながら、ＰＵＦ装置１００の寿命にわたって、各ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性は、（例えば、測定ノイズ、デバイスドリフト、環境変化、改ざんなどにより）変化し得る。いくつかのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙについて、測定された物理的特性は、読み出し閾値から更に離れて（例えば、１．２５Ｘ、又は１．５Ｘなどの距離に）移動し得る。いくつかのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙについて、測定された物理的特性は、読み出し閾値にのより近くに（例えば、０．７５Ｘ、又は０．５Ｘなどの距離に）移動し得る。測定された物理的特性が読み出し閾値に近づくほど、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのＰＵＦ値が変化する可能性が高くなる。物理的特性を測定し、測定値と読み出し閾値との間の差（すなわち、読み出し閾値からのその距離）を判定することによって、測定された物理的特性を読み出し閾値に近づける任意の変化が検出され得る。
【0162】
差の大きさは、デジタルドメインにおける減算によって判定され得る。これは、以下では「絶対差」と称される。代替的に、絶対差は判定されなくてもよく、代わりに、近似差が判定され得る。例えば、測定された物理的特性は、各関連する読み出し閾値を束ねる２つ以上の許容誤差閾値と直接比較され得る。例えば、許容誤差閾値は、＋／－Ｘ、＋／－０．７５Ｘ、＋／－０．５Ｘ、及び＋／－０．２５Ｘで各関連する読み出し閾値を中心に設定され得る。物理的特性をこれらの閾値と比較することによって、ＰＵＦセルは、「ビン」、例えば、＞Ｘのビン、０．７５Ｘ～Ｘのビン、０．５Ｘ～０．７５Ｘのビンなどに効果的に割り当てられ得る。これらの比較は、測定された物理的特性と少なくとも１つの読み出し閾値との間の差（例えば、差が許容誤差のうちの１つ以上よりも大きいか小さいか）の近似表示を与えるべきである。
【0163】
ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙについて判定された差は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが永続的ＰＵＦ値を生成する際の信頼性（言い換えれば、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの「健全性」）を示し、これは、ＰＵＦ装置１００が永続的ＰＵＦ出力を生成し得る、信頼性に影響を及ぼす。これは、差が小さいほど、測定された物理的特性の更なる変化が、将来、測定された物理的特性を読み出し閾値の反対側に移動させ、したがって、ＰＵＦ値を変化させる可能性が高いからである。
【0164】
ステータスインジケータは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに関連付けられ得、判定された差に基づいて設定され得る。実装形態に応じて、多くの異なる形態を取り得る。例えば、単に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが依然として信頼できるかどうかを示すフラグであり得る。この実施例では、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差が所定の許容誤差未満である場合、フラグは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙがもはや信頼できないことを示すように設定され得る。代替形態では、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのステータスは、単に、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差のサイズ（絶対値又は近似値のいずれか）を示し得る。更なる代替形態では、それは、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが永続的ＰＵＦ値を高い信頼性で生成する尤度を示す値であり得る（非限定的な実施例として、０と１との間の値、ここで、０は、ＰＵＦセルが信頼できる永続的ＰＵＦ値を生成しないことが確実であることを示し、１は、ＰＵＦセルが高い信頼性で永続的ＰＵＦ値を生成することが確実であることを示す。測定された物理的特性が読み出し閾値に近いほど、より小さい値が設定される）。特定の実装形態に応じて、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのステータスは、後で説明述するように、いくつかの異なる効果を有し得る。
【0165】
いくつかの読み出し状態について、２つ以上の読み出し閾値が存在し得ることが理解されよう。この場合、有意である測定された物理的特性に最も近い読み出し閾値であり得る。これは、測定された物理的特性と各読み出し閾値との間の差を（絶対的に又は近似的に）判定することによって判定され得る。次いで、最小の判定された差は、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの信頼性のインジケータとして使用され得る。
【0166】
任意選択的に、ステップＳ１３１０は、２つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性を、例えば、並列に（同じ行内の２つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの場合など）及び／又は直列に（例えば、異なる行内 の２つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの場合など）測定し得る。次いで、ステップＳ１３２０は、これらの測定の一部又は全てと関連する読み出し閾値との差を判定し得る。
【0167】
任意選択のステップＳ１３３０において、ステップＳ１３２０において判定された差に基づいてステータス報告を生成し得る。ステータス報告は、任意の好適なエンティティ、例えば、ＰＵＦ装置１００のためのある種のコントローラ装置、及び／又はリモートエンティティ（ＰＵＦ装置１００の所有者又は製造業者など）に出力され得る。ステータス報告は、実装形態に応じて、多くの異なる形式を取り得る。ステータス報告は、典型的には、ＰＵＦ装置１００が永続的ＰＵＦ出力を生成する際の全体的な信頼性を示す。これは、典型的には、ＰＵＦ装置１００のセキュリティを損なう可能性がある、異なるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙによって生成されたＰＵＦ出力又はＰＵＦ値に関連する情報を明らかにしない情報を含み得るが、代わりに、ＰＵＦ装置１００の継続的な信頼性の高い動作を、その寿命を通じて、保証するのに役立つことができるＰＵＦ装置１００の全体像を提供し得る。例えば、ステータス報告が、判定された差の大きさ、又は物理的特性が読み出し閾値の所定の許容誤差の範囲内にあるＰＵＦセルの数を含む場合、ステータス報告は、その情報がＰＵＦセルのうちのどれを参照しているかを明らかにしない場合がある。
【0168】
非限定的な実施例として、ステータス報告は、以下のうちの任意の１つ以上を含み得る。
・信頼性が低いとみなされるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの数。この数は、単に、測定されたＰＵＦセルであって、その物理的特徴が読み出し閾値の特定の所定の許容誤差の範囲内にあるＰＵＦセルの数であり得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部のみが測定され、読み出し閾値と比較される場合、それは、判定された（後で簡単に説明するように）差から統計分析によって外挿される数であり得る。
・永続的ＰＵＦ値を高い信頼性で生成する尤度が、０．２５、又は０．５などの信頼性閾値（所定の閾値）を下回るＰＵＦセルの数。繰り返しになるが、これは、測定され、閾値を下回る信頼性尤度を有すると判定されたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの絶対数であり得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部のみが測定される場合、それは、判定された尤度から統計分析によって外挿される数であり得る。
・ＰＵＦ装置が永続的ランダム数を生成することができなくなる尤度（例えば、ＰＵＦ装置１００の信頼性スコア／尤度）の指標。これは、任意の好適な形態、例えば、０～１、１～１０、又は１～１００の信頼性スコア、又は「非常に信頼性が高い」、「信頼性が高い」、「信頼性が低い」、「非常に信頼性が低い」などの故障の尤度の粗い指標を取り得る。これは、ＰＵＦ装置１００内のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全ての判定された差から判定され得る。
・測定された物理的特性と、任意の１つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの少なくとも１つの閾値との間の差の大きさの指標であって、その大きさが関連するＰＵＦセルとは無関係である、指標。
・任意の２つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性と、少なくとも１つの読み出し閾値との間の差の平均の大きさの指標。これは、測定された全てのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの平均であり得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部のみが測定される場合、それは、測定されたものからの統計分析によって外挿される全てのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの平均であり得る。
・特定の誤差ビン内にあるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの数又は割合の指標。例えば、読み出し閾値の０．２５Ｘ～０．７５Ｘのビン内の測定された物理的特徴の大きさを有する試験されたセルの割合。
・ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの標準偏差の指標（例えば、測定された物理的特性と、複数のＰＵＦセルの最も近い読み出し閾値との間の差の標準偏差）。
・信頼性が低いとみなされるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの数。この数は、単に、測定されたＰＵＦセルであって、その物理的特徴が読み出し閾値の特定の所定の許容誤差の範囲内にあるＰＵＦセルの数であり得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部のみが測定され、読み出し閾値と比較される場合、それは、判定された（後で簡単に説明するように）差から統計分析によって外挿される数であり得る。
・永続的ＰＵＦ値を高い信頼性で生成する尤度が、０．２５、又は０．５などの信頼性閾値（所定の閾値）を下回るＰＵＦセルの数。繰り返しになるが、これは、測定され、閾値を下回る信頼性尤度を有すると判定されたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの絶対数であり得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部のみが測定される場合、それは、判定された尤度から統計分析によって外挿される数であり得る。
・ＰＵＦ装置が永続的ランダム数を生成することができなくなる尤度（例えば、ＰＵＦ装置１００の信頼性スコア／尤度）の指標。これは、任意の好適な形態、例えば、０～１、１～１０、又は１～１００の信頼性スコア、又は「非常に信頼性が高い」、「信頼性が高い」、「信頼性が低い」、「非常に信頼性が低い」などの故障の尤度の粗い指標を取り得る。これは、ＰＵＦ装置１００内のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全ての判定された差から判定され得る。
・測定された物理的特性と、任意の１つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの少なくとも１つの閾値との間の差の大きさの指標であって、その大きさが関連するＰＵＦセルとは無関係である、指標。
・任意の２つ以上のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの測定された物理的特性と、少なくとも１つの読み出し閾値との間の差の平均の大きさの指標。これは、測定された全てのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの平均であり得る。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部のみが測定される場合、それは、測定されたものからの統計分析によって外挿される全てのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの平均であり得る。
・特定の誤差ビン内にあるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの数又は割合の指標。例えば、読み出し閾値の０．２５Ｘ～０．７５Ｘのビン内の測定された物理的特徴の大きさを有する試験されたセルの割合。
・ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの標準偏差の指標（例えば、測定された物理的特性と、複数のＰＵＦセルの最も近い読み出し閾値との間の差の標準偏差）。
【0169】
上記から、いくつかの実装形態では、ＰＵＦ出力の生成に使用されるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの全てが、監視部１２５０によって測定され、ステータス報告の生成に使用され得ることを理解されたい。代替的に、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのいくつか（サブセット）のみが測定され、ステータス報告の生成に使用され得る。任意選択的に、いくつかのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのみが測定される場合、ステータス報告の詳細は、その測定から統計分析によって外挿される。統計分析は、任意の好適な形態、例えば、線形外挿（例えば、合計２００個のうち１０個のＰＵＦセルが測定され、１つのＰＵＦセルが許容誤差の範囲内にあると判定された場合、全体で２０個のＰＵＦセルが許容誤差の範囲内にあると仮定され得る）、又は非線形外挿などを取り得る。
【0170】
信頼性尤度（数値的確率値であるか、又は尤度の何らかの他のインジケータであるかにかかわらず）は、任意の好適な統計プロセスを使用して判定され得る。例えば、統計的プロセスは、ＰＵＦ装置１００の年数、及び／又はＰＵＦセルドリフト統計の推定、及び／又は物理的特性と読み出し閾値との間の差の履歴判定を考慮し得る。例えば、ＰＵＦセルの物理的特性が経時的にどのように変化し得るかを記述する統計モデルが使用され得、その結果、ＰＵＦセルの測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差のサイズを判定することによって、ＰＵＦセルの物理的特性が妥当な限界内で変化しているか、又はそれが依然として信頼できないほど大きな量で変化しているかを判定することができる。例えば、統計モデルは、ＰＵＦセルの物理的特性と読み出し閾値との間の測定された差に基づいて、測定されたＰＵＦセルからのＰＵＦ値が将来変化する（すなわち、ＰＵＦセルの物理的特性が読み出し閾値の反対側にわたるほど変化する）尤度を判定し得る。統計モデルによれば、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差が比較的大きい場合、ＰＵＦセルの故障の尤度は比較的低くあり得る。しかしながら、統計モデルによれば、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差が比較的小さい場合、ＰＵＦセルの故障の尤度は比較的高くあり得る。これは、ＰＵＦセルの，全て又は統計的に有意な数の物理的特性を測定し、統計モデルを使用してそれらの故障の尤度を評価することによって、ＰＵＦ装置１００によって生成されたＰＵＦ出力がＰＵＦ装置１００のライフサイクル中に変化する尤度までスケールアップされ得る。これは、ＰＵＦ装置１００によって生成されるＥＣＣ前ＰＵＦ出力のステータス／健全性／信頼性の指標（すなわち、ＰＵＦ出力が変化してないと信頼され得る程度の指標であって、ＰＵＦ出力が何らかの形で変化し得る全体的なパーセンテージの可能性であり得る指標、又はＰＵＦ出力のいくつのビットが変化する可能性が高いかの指標などであり得る）を提供し得る。追加的又は代替的に、ＥＣＣ後ＰＵＦ出力のステータス／健全性／信頼性の指標は、例えば、ＰＵＦ装置１００によって生成されたＰＵＦ出力のいくつのビットが変化する可能性が高いかの推定値を判定し、次いで、それを訂正するためにＥＣＣがどの程度使用され得るかを判定するために統計モデル及び統計分析を使用することによって判定され得る。好適な統計モデルを作成するための例示的な技術は、後で示される。
【0171】
ステータス報告は、多くの異なる方法で使用され得る。例えば、ＰＵＦ装置１００を引き続き使用するべきか、新しいＰＵＦ装置に置き換えるべきか、又は既存のＰＵＦ装置を再構成（前述の構成プロセスを用いる）して信頼性を再び向上させるべきかを判定するために使用され得る。同様に、個々のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙステータスインジケータは、多くの異なる方法で使用され得る。例えば、それらは、いくつかのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの使用を、将来のＰＵＦ出力の生成から除外するために使用され得る。非限定的な実施例として、ＰＵＦ装置１００は、異なるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを使用して多くの異なるＰＵＦ出力を生成することができるように構成され得る。特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが十分に信頼性のないものとして識別された場合、ＰＵＦ出力部３１０／５３００は、その特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを使用するＰＵＦ出力をもはや生成し得ない。更なる実施例では、１つのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙ、又は所定の最大数のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの判定された差が、比較的低い（不十分な）信頼性を示す場合、ＰＵＦ装置１００は、上述の構成プロセスを使用して、それ自体を再構成するように配置され得る。再構成により、ＰＵＦ装置１００は、将来、異なるＰＵＦ出力を生成する結果となる可能性が高いが、再構成プロセスは、ＰＵＦ出力の永続性に依存する任意の他のエンティティに新しいＰＵＦ出力を登録するプロセスを含み得る。
【0172】
上述の監視プロセスは、ＰＵＦ装置１００の寿命を通じて定期的に又は断続的に実行され得る。監視部１２５０は、監視プロセスを実行するために自律的に動作し得、又は（例えば、ＰＵＦ出力部３１０／５３００から、又はそれと通信している外部エンティティから）実行するための命令を受信し得、又はＰＵＦ出力が生成されるたびにそれを実行し得る（例えば、その結果、ＰＵＦ出力に付随してステータス報告が生成され得る）。任意選択的に、監視部１２５０は、信頼性リスクであると識別される特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙをより定期的に監視するように構成され得、これは、それらの特定のＰＵＦセルが一貫して信頼性リスクであると思われるかどうか、又はノイズが監視プロセスにおいて不正確さを引き起こしているかどうかを判定するのに役立ち得る。例えば、特定のＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが、読み出し閾値の所定の許容誤差の範囲内にある測定された物理的特性を有する場合、そのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、他のＰＵＦセルよりもより定期的に監視され得る。一実施例では、その識別されたＰＵＦセル１０５ｘ，ｙは、測定ノイズなどが測定された物理的特性を所定の許容誤差の範囲内にしなかったことを保証するために再評価され得る。更なる実施例では、将来のより定期的又は断続的な監視のためにフラグ付けされ得る。更なる任意選択の特徴では、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙが読み出し閾値にどれだけ近いかにかかわらず、測定ノイズの影響を低減するために、複数回評価され得（例えば、物理的特徴の１つ以上の更なる測定値が取られ、読み出し閾値と比較され得）、複数の測定値及び比較を使用して（例えば、平均を取る、又は範囲外の結果を破棄するなど）セルの健全性が判定される。
【0173】
上記の監視技術を使用して、ＰＵＦ装置のあらゆるドリフト、劣化、又は改ざんが、誤差又は故障が発生する前に検出され得ることが理解されよう。監視プロセスは、生成されたＰＵＦ出力に対して実行され得る任意のＥＣＣとは独立しており、その結果、実行される任意のＥＣＣは、監視プロセスに影響を及ぼさず、発生し得る可能性がある潜在的な問題を覆い隠すこともない。
【0174】
統計モデルの作成
任意選択的に、ＰＵＦセルの物理的特性が経時的に（例えば、構成要素ドリフト、測定ノイズ、温度変化などのうちの任意の１つ以上の結果として）どのように変化し得るかを記述する統計モデルが開発され、構成閾値を設定するために、及び／又は装置の寿命にわたってＰＵＦ装置のステータス／健全性／信頼性を判定するために使用され得る。統計モデルは、１つ以上の製造されたＰＵＦ装置を試験装置又はモデリング装置として使用して作成され得る。例えば、試験ＰＵＦ装置の１つ以上のインスタンスにおける複数のＰＵＦセルの物理的特性を測定して、物理的特性の初期「拡散」を判定し得る。図６～図１０に示す実施例では、物理的特性の正規分布が仮定されている。しかしながら、複数のＰＵＦセルの初期物理的特性を測定することによって、装置寿命の開始時の物理的特性のより正確な分布が判定され得る。
任意選択的に、ＰＵＦセルの物理的特性が経時的に（例えば、構成要素ドリフト、測定ノイズ、温度変化などのうちの任意の１つ以上の結果として）どのように変化し得るかを記述する統計モデルが開発され、構成閾値を設定するために、及び／又は装置の寿命にわたってＰＵＦ装置のステータス／健全性／信頼性を判定するために使用され得る。統計モデルは、１つ以上の製造されたＰＵＦ装置を試験装置又はモデリング装置として使用して作成され得る。例えば、試験ＰＵＦ装置の１つ以上のインスタンスにおける複数のＰＵＦセルの物理的特性を測定して、物理的特性の初期「拡散」を判定し得る。図６～図１０に示す実施例では、物理的特性の正規分布が仮定されている。しかしながら、複数のＰＵＦセルの初期物理的特性を測定することによって、装置寿命の開始時の物理的特性のより正確な分布が判定され得る。
【0175】
ＰＵＦセルの物理的特性は、例えば、構成要素ドリフト、測定ノイズ、温度変動などの任意の１つ以上の結果として、その寿命にわたって変化する可能性が高い。１つ以上の試験ＰＵＦ装置中の複数のＰＵＦセルの物理的特性は、経時的に、及び任意選択的に、温度の範囲にわたるなど、様々な潜在的な動作状態において監視され得る。このようにして、物理的特性の特定の開始値を有するＰＵＦセルの寿命（例えば１０年、又は２０年、又は３０年など）にわたる物理的特性の変化を記述する分布が開発され得る。その結果、例えば、物理的特性の特定の開始値を有するＰＵＦセルの物理的特性の変化の標準偏差を判定することが可能であり得る。
【0176】
これは、ＰＵＦ装置の寿命にわたって物理的特性が読み出し閾値の反対側に交差する可能性を低減する値に構成閾値を設定するのに有用であり得る。非限定的な実施例として、物理的特性の初期分布又は「拡散」は、標準偏差が１０ｍＶである（例示的なトランジスタベースのＰＵＦ装置において）ことを示し得る。次いで、標準偏差分の２倍のＰＵＦセル（すなわち、約２０ｍＶの初期物理的特徴を有するＰＵＦセル）のシミュレートされた寿命分布を見ることができる。シミュレートされた寿命分布は、それらのＰＵＦセルについて＋／－４ｍＶの寿命標準偏差を示し得る。したがって、読み出し閾値が０ｍＶであり、構成閾値を２０ｍＶに設定した場合、統計モデルは、ＰＵＦセルの物理的特性が、その寿命にわたって寿命分布の標準偏差分の５倍を超えて変化する必要があることを示すことができ、これは、許容可能な低い機会とみなされ得る、このようにして、構成閾値は、より多くの情報に基づく意思判定に基づいて設定され得る。更に、統計モデルが初期分布及び／又は寿命分布の非対称性を示す場合、非対称的な方法で読み出し閾値をブックエンドする構成閾値（例えば、０ｍＶの読み出し閾値であって、一方の構成閾値が－１４ｍＶであり、他方が＋１６ｍＶである）を設定することが可能であり得る。
【0177】
同様に、寿命統計モデルは、ＰＵＦセルの物理的特性が経時的に、任意選択的に、温度などの潜在的な動作状態の範囲にわたってどのように変化し得るかを記述することによって、ＰＵＦセル及びＰＵＦ装置の健全性／信頼性を監視するのに有用であり得る。開発された寿命統計モデルは、（例えば、初期物理的特性にかかわらず）ＰＵＦセルの物理的特性の変化の統計的特性を記述し得る。結果として、前述の許容誤差及び誤差閾値は、物理的特性が経時的にどのように変化し得るか（及び任意選択的に構成閾値と読み出し閾値との間の差のサイズ）の統計モデルに基づいて設定され得る。このようにして、ＰＵＦ装置の寿命中に、統計モデルを使用して、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差が正常／予想される限界内にあるかどうかを判定し、及び／又は１つ以上のＰＵＦセルが故障する尤度を判定し得る。そのため、ＰＵＦ装置の信頼性／ステータス／健全性の全体的な指標は、統計モデルを使用して判定され得る。
【0178】
こえにより、ＰＵＦセルの物理的特性の大きさを測定することによって、ＰＵＦ装置の寿命特性のより高度な理解を発展させ、好適な読み出し及び構成閾値を設定することによって装置の寿命信頼性を改善し、ＰＵＦ装置の長期的な健全性／信頼性を監視することが可能であることが分かる。
【0179】
上記は、開発及び使用され得る統計モデルのいくつかの実施例にすぎないことが理解されよう。実験データに基づいて仮定又は作成された任意の他のタイプの統計モデルが、構成閾値を設定し、及び／又はＰＵＦ装置の健全性を監視するため代替的に使用され得る。更に、構成閾値を設定するために、又は寿命健全性を監視するために、任意の形式の統計モデルが使用されることは必須ではない。例えば、寿命健全性は、ＰＵＦセルの物理的特性と読み出し閾値との間の測定された差を取り、それを任意に設定された誤差閾値と比較することによって単純に監視され得、差が誤差閾値よりも小さい場合、ＰＵＦセルはもはや信頼できず、差が誤差閾値よりも大きい場合、ＰＵＦセルは依然として信頼できる。
【0180】
当業者には、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の上述の態様に対して様々な変更又は修正を行うことができることを容易に理解されよう。
【0181】
例えば、先に説明したように、図６～図１０Ｂに表される統計的分布は、仮定された分布であり得、又はＰＵＦセル１０５ｘ，ｙのうちのいくつか又は全ての測定値を通して判定された分布であり得る。ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの物理的特性の測定を通して統計的分布を見つけることが好ましい場合があり、それに基づいて、構成及び読み出し閾値が設定され得る。このようにして、読み出し閾値は、デバイスごとに設定され得、それによって、判定されたＰＵＦ値のランダム性を改善する。いくつかの実施例では、ＰＵＦ装置１００は、ＰＵＦ出力を生成するために必要とされるよりも多くのＰＵＦセル１０５ｘ，ｙを含み得る。この場合、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの一部又は全ては、非常に正確な統計的分布を判定するために依然として測定され得、ＰＵＦセル１０５ｘ，ｙの選択（おそらく構成中にランダムに選択される）のみが、読み出し中の使用中に構成され得る。
【0182】
典型的には、ＰＵＦセルの読み出し中に、その物理的特性（例えば、大きさ及び符号）が測定され、次いで、１つ以上の読み出し閾値と比較される。しかしながら、「１ビット／ＰＵＦセル－スローアウェイ」の実施例では、図１１のステップＳ１１２０は省略され得、永続的ランダムＰＵＦ値は、単一の読み出し閾値と物理的特性との単純な比較を使用して（例えば、物理的特性が閾値のどちら側にあるかということだけを単に示すように構成された単純なコンパレータ又はクワニッツァを使用して）判定され得る。その結果、物理的特性を「測定すること」は、永続的ランダムＰＵＦ値を判定するプロセスにおいて任意選択であり得る。
【0183】
例えば、対の構成閾値は、測定された物理的特性の統計的分布が対称である場合、読み出し閾値の各側に、読み出し閾値から等距離に設定され得る。しかしながら、それらは、例えば、分布が非対称である場合、代替的に、読み出し閾値からの非等距離に設定され得る。
【0184】
上記では、各ＰＵＦセルについて２つの可能な読み出し状態が存在し得る。しかしながら、各ＰＵＦセルについて３つ以上の可能な読み出し状態が存在し得る。例えば、第１の読み出し状態は、物理的特性の測定を第１の読み出し状態閾値と比較することであり得、第２の読み出し状態は、（上述のシフト閾値及び複数ビット実装形態に従って）物理的特性の測定を第２の読み出し状態閾値（複数可）と比較することであり得る。第３の読み出し状態は、ＰＵＦ出力の判定のためにＰＵＦセルを使用しないことであり得る（上記の「スローアウェイ」実装形態の第２の読み出し状態と同等である）。この場合、構成インジケータは、例えば、２つのビットを含み得る。第１のビットは、ＰＵＦセルが第３の読み出し状態に割り当てられているか否かを示し得る。そうであれば、それは、ＰＵＦ出力判定の一部として使用されるべきではない。第３の読み出し状態に割り当てられていない場合、第２のビットは、ＰＵＦセルが第１の読み出し状態の読み出し状態に割り当てられているか又は第２の読み出し状態に割り当てられているかを判定するために読み出され得、これは、どの読み出し状態閾値を使用するかを通知する。読み出しプロセスの更なる任意選択の代替形態では、ＰＵＦセルのいずれについても構成インジケータセットが存在し得ない。この代替形態では、読み出しステップＳ１１１０が省略され得、１つ以上の対のデバイスの物理的特性の計測が、上述した測定プロセスのうちのいずれかを使用して行われ得る。次いで、物理的特性の１つ以上の測定が、ＰＵＦ出力の少なくとも一部を判定するために使用され得る（例えば、各測定された物理的特性を所定の読み出し閾値と比較することによって）。アレイに配置された複数のＰＵＦセルが存在する特定の一実施例では、２つ以上のＰＵＦセルの物理的特性の測定値が同時に並行して読み出され得、次いで、その２つ以上の測定値が、ＰＵＦ出力の少なくとも一部を判定するために使用される。
【0185】
いくつかのＰＵＦシステム１００では、同じ判定部１７０は、ＰＵＦ構成及びＰＵＦ読み出しの両方に使用され得る。いくつかの代替的な実装形態では、１つの判定部が、ＰＵＦ構成を実行するように構成され得、異なる判定部が、ＰＵＦ読み出しを実行するように構成され得る。
【0186】
監視部１２５０及びＰＵＦ出力部３１０／５３００は、別個のユニットとして図１２に表されているが、代替的に、それらは単一のユニットであり得る。
【0187】
上記の監視プロセス中に、監視されるＰＵＦセル１０５ｘ，ｙに関連付けられた構成インジケータが読み取られ得る。しかしながら、監視プロセスは、構成インジケータがＰＵＦセルに設定されていないもの（例えば、ＰＵＦ装置中の全てのＰＵＦセルがＰＵＦ出力を判定するために使用され、同じ読み出し閾値が全てのＰＵＦセルに対して使用される設計）を含む、任意のＰＵＦ装置構成に対して使用され得る。
【0188】
上記の監視プロセスでは、読み出し閾値を中心とした許容誤差が使用され得る。各読み出し閾値に対して１つ以上の許容誤差が使用され得る。例えば、読み出し許容範囲を中心に＋／－Ｘの第１の許容誤差（この実施例では、「Ｘ」は、読み出し閾値とＰＵＦセル構成中に使用される構成閾値との間の差である）、読み出し閾値を中心に＋／－０．５ｘの第２の許容誤差、及び読み出し閾値を中心に＋／－０．２ｘの第３の許容誤差が存在する。このようにして、異なる「ビン」は許容誤差によって規定される。ＰＵＦセルは、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差の絶対的測定と、どのビン内に大きさがあるかを識別することによって、又は物理的特性を許容誤差閾値と直接比較することによって、それらのビンのうちの１つに投入され得る。ＰＵＦセルがどの誤差「ビン」内にあるかは、ＰＵＦセルの信頼性を示し得る（例えば、それが第１の許容誤差の範囲内にある場合、それは非常に信頼できない可能性があるが、それが第３の許容誤差の範囲内にある場合、それはかなり信頼できる可能性がある）。いくつかの異なる方法内で、測定された物理的特性がどの誤差「ビン」に位置するかを判定し得る。例えば、第１の許容誤差は、２つの誤差閾値（読み出し閾値＋第１の許容誤差；読み出し閾値－第１の許容誤差）によって規定され得、第２の許容誤差は、更に２つの誤差閾値（読み出し閾値＋第２の許容誤差；読み出し閾値－第２の許容誤差）によって規定され得る。物理的特性の測定は、ＰＵＦセルがどの誤差ビン内にあるかを判定するために、これらの誤差閾値と比較され得る。このようにして、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差の近似的な大きさに到達し得る（例えば、推定値は、その差が＞Ｘであるか、又はＸと０．５Ｘとの間であるか、又は０．２Ｘと０．５Ｘとの間であるか、又は＜０．２Ｘであることであり得る）。代替的に、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差は、測定された物理的特性を読み出し閾値から減算することによって判定され得る。次いで、判定された差の大きさが、測定された物理的特性がどの誤差ビン内にあるかを判定するために、許容誤差（例えば、ｘ、２ｘ、３ｘなど）と比較することができる。両方の実施例では、測定された物理的特性と読み出し閾値との間の差が判定され、測定された物理的特性が範囲内にある許容誤差が判定される。許容誤差の大きさは、例えば、ＰＵＦ装置１００の設計及び動作に応じて、任意の好適な値に設定され得る。複数のＰＵＦセルが監視される場合、各異なる誤差ビンに割り当てられたＰＵＦセルの数は、ＰＵＦ装置の全体的な信頼性を示し得る。例えば、読み出し閾値に近い誤差ビン内に収まるＰＵＦセルの割合が大きいほど、ＰＵＦ装置は、永続的ランダムＰＵＦ出力を生成する際の信頼性が低くなり得る。ステータス報告は、誤差ビン割り振りに関する情報 例えば、各異なる誤差ビンに割り振られた、若しくは信頼性の懸念を引き起こし得る誤差ビンに割り振られたＰＵＦセルの数（読み出し閾値に近い誤差ビンなど）、並びに／又は各異なる誤差ビンに割り振られた、若しくは信頼性の懸念を引き起こし得る誤差ビンに割り振られた監視されるＰＵＦセルの割合に関連する情報を含み得る。任意選択的に、信頼性の懸念の誤差ビン内のＰＵＦセルの測定された物理的特性の絶対的な大きさは、潜在的な故障のより正確な判定を行うために評価され得る。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【国際調査報告】