用于2T-2MTJ MRAM PUF的可靠性增强型偏置消除电流采样检测放大器

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：Reliability-Enhanced Offset-Canceling Current-Sampling Sense Amplifier for 2T-2MTJ MRAM PUF

该研究提出一种可靠性增强的偏移抵消电流采样灵敏度放大器（REOCCS-SA），通过钳位电压微调技术和自动回写技术提升STT-MRAM基PUF的均匀性和唯一性，仿真显示标准差降低75%，互哈明距离提高50%，综合指标最优。

　　

摘要：

在本文中，我们提出了一种具有偏移消除电流采样感知放大器（REOCCS-SA）的可靠性增强方案，该方案采用了钳位电压调节技术，以提高基于自旋转移力矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）的物理不可克隆函数（PUF）的均匀性和唯一性。REOCCS-SA保留了OCCS-SA的结构，同时增加了预电压放大阶段以增强偏移容忍度，从而提高了均匀性和唯一性。此外，钳位电压调节技术利用电阻梯形网络精确调整钳位电压，优化参考电流以实现理想的均匀性。基于28纳米技术模型的HSPICE仿真表明，与OCCS-SA相比，所提出的REOCCS-SA将均匀性的标准偏差降低了75%，并将汉明距离（inter-HD）提高了50%。与过去十年中提出的其他电路相比，它具有最低的优值，证明了作为基于STT-MRAM的PUF时的最高整体效率。进一步地，通过应用VCMPR技术和自动回写技术，使用REOCCS-SA的PUF系统实现了49.95%的均匀性、50.83%的汉明距离和0%的汉明内距离，证明了其整体的鲁棒性和稳定性。

引言

智能设备的普及导致个人信息的使用量迅速增加，包括金融交易。这种物联网环境的普及引发了诸如个人信息泄露等安全事件，因此对更可靠的安全解决方案的需求日益增长[1]。现有的安全解决方案主要采用在非易失性存储器中存储和使用通过软件生成的密钥的方法。然而，这种方法存在速度慢和功耗大的根本性限制。此外，外部攻击者有可能在非易失性存储器与安全电路之间的密钥传输过程中截获密钥，而设计用于防止这种情况的安全电路会增加额外的成本[2],[3]。