摘要 - 该论文通过电子模拟评估和比较,通过提交直接电力注射(DPI)的多级电流饥饿电压控制振荡器(CSVCOS)和环振荡器(ROS)的免疫力。所有电路均在180 nm 5 V XFAB-SOI过程中设计和模拟,并具有匹配的尺寸。所选的故障标准是输出频率,峰值峰值电压和直流电压。结果证明,在较低的DPI频率下CSVCOS是可吸引的,而ROS在较高频率下易感。两者都受到不同故障标准的影响。无论振荡器类别如何,较高的逆变器阶段导致对入射功率水平的敏感性较低。由于增加了RF注射的功率水平,最高的直流电源电流和输出功率,为每个振荡器监控,接近其标称输出频率。目前正在测试芯片中制造这些电路,并将对其进行免疫测量。索引术语 - 综合电路,EMC,DPI,易感性,VCO
零件数频率(MHz)QCC325L-120.000 120 787 QCC325L15-125.000 125 905 QCC325L15-19.071 19.071 19.071 393 QCC325L15-20.000 20 841 20 841 QCC325L15-255.000 2555.000 25930 25930 QCC398 QCC398 QCC32555-25555-2555-2555555.000 QCC325L-3.000 3 1175 QCC325L-33.333 33.333 940 QCC325L-66.666 66.666 945 QCC325R15-100.000 100 3000 QCC570-10.000 10 968 QCC570-11.0592 11.0592 573 QCC570-12.000 12 985 QCC570-14.7456 14.7456 1338 QCC570-16.000 16 716 QCC570-2.520 2.52 1000 QCC570-20.000MHZ 20.000MHz 20.000MHz 20.000MHz 1424 QCC570-22.400 QCC570-3.2768 3.2768 1782 QCC570-3.6864 3.6864 980 QCC570-32.000 32 911 QCC570-33.000 33 972 QCC570-33.333 33.333 1937 QCC570-4.096 4.096 1000 QCC570-4.9152 4.9152 917 QCC570-40.000 40 1485 QCC570-40.900 40.9 617 QCC570-60.000 60 1000 QCC570-64.000 64 230 QCC570-7.680 7.68 985 QCC570L-11.059 11.059 50 QCC570L-11.0592 11.0592 1387 QCC570L-12.000 12 1403 QCC570L12-12.000 12 200 QCC570L-14.7456 14.7456 1373 QCC570L15-40.000 40 40 420 QCC570L-16.000 16 1930 QCC570L-16.666 16.666 16.666.666.666 926 926 926 926 926 926 926
摘要 —PUF(物理不可克隆函数)已被提出作为一种经济有效的解决方案,为利用内在过程可变性的电子设备提供信任根。它们仅在设备开启时生成识别签名和密钥,避免将敏感信息存储在可能成为攻击目标的内存中。尽管 PUF 具有许多明显的优势,但它们也存在诸如对温度敏感等缺点。事实上,它们的行为可能会受到高温会加速永久性和瞬态现象(例如老化和晶体管开关速度)这一事实的影响。在本文中,我们展示了外部感应热量对环形振荡器(RO)功能的影响,而环形振荡器是 RO-PUF 的基础。此外,我们讨论了对 PUF 进行温度攻击的可行性。索引术语 —物理不可克隆函数、老化、环形振荡器、硬件安全
所提出的 VCO 架构基于参考文献 [16-18] 中研究的 Colpitts 结构以及作者在 [12] 中提出的结构,如图 2 所示。该振荡器的有源部分由两个晶体管 pHEMT 1 和 pHEMT 2 组成:每个晶体管有 4 个指状物,栅极长度和宽度分别为 0.25 µm 和 20 µm。指状物数量越多,输出功率就越大 [19]。每个晶体管都偏置在工作点 (VDS=2.2 V, VGS -0.6 V),三个电感 Ld1、Ld2 和 Lg 分别等于 0.15 nH、0.15 nH 和 0.1 nH。电路的性能在很大程度上取决于偏置条件 [20],因此偏置电压和电感的值需要仔细选择。 VCO 的谐振电路基于两个源漏短路晶体管 pHEMT 3 和 pHEMT 4。因此,这两个晶体管充当变容二极管,其电容值由施加到其栅极的电压源 Vtune 调整。
物理不可克隆函数 (PUF) 是一种加密原语,可作为低成本、防篡改的唯一签名和密钥生成以及设备识别机制。环形振荡器 (RO) PUF 是研究最多的 PUF 架构之一,这主要是因为它的简单性。在现代电路中广泛采用 PUF 时,可靠性起着重要作用。由于当今 PUF 的可靠性问题,其实施成本使其不适合工业应用,如 [1] 所示。这项工作的目标是定义一种基于测量的振荡频率差异来评估 RO-PUF 响应可靠性的方法。除了对挑战的响应之外,该方法还将在运行时提供响应是否可靠的信息。Maes 在 [2] 中是最早展示 PUF 可靠性和其熵之间的权衡的人之一。Schaub 等人在 [3] 中提供了一种用于延迟 PUF 的通用概率方法,其中可靠性和熵之间的权衡基于信噪比 (SNR) 建模,并通过实际测量进行验证。Martin 等人的另一项工作 [4] 提供了一种基于 FPGA 提取数据的 PO-PUF 可靠性评估指标。这里,可靠性和熵之间的权衡是根据实验数据估算的。还需要提到的是,可靠性受老化的影响很大 [5],但其影响很难研究。相比之下,我们提出了一种可以改进最先进技术的方法,因为它提供了一种基于不同环境条件下的离线研究来动态估计可靠响应的方法。
我们描述了一种灵活的微波合成系统,该系统由一个超低相位噪声低温蓝宝石振荡器 (CSO) 设计,可用作镱离子 (Yb+) 量子比特的主时钟。我们报告称,使用该合成系统,量子比特相干时间从 0.9 秒提高到 8.7 秒,提高了 10 倍,单量子比特量子门的误差为 1.6e-6。使用滤波函数方法 [1],我们发现证据表明,0.9 秒的宝贵相干性受到精密级商用现成微波合成器 [1] 的相位噪声的限制。此外,我们还利用微波合成系统的灵活性来演示贝叶斯学习算法,该算法可以自主设计信息优化的控制脉冲来识别和校准定量动力学模型,以表征囚禁离子系统。我们通过实验证明,新算法在少量样本的情况下超过了传统校准方法的精度 [2]。
量子光力学的大多数研究都集中在单个振荡器上,展示了基态冷却和量子压缩等量子现象。但集体量子行为并非如此,其中许多振荡器作为一个整体运行。虽然这些集体动力学是创建更强大的量子系统的关键,但它们需要对具有几乎相同特性的多个振荡器进行极其精确的控制。
信息处理的热力学能量成本是一个被广泛研究的课题,既有其基本方面,也有其潜在的应用[1-9]。该能量成本有一个下限,由 Landauer 原理确定[10]:在温度 T 下,从存储器中擦除一位信息至少需要 k BT ln 2 的功,其中 k B 为玻尔兹曼常数。这是很小的能量,在室温(300 K)下仅为 ∼ 3 × 10 − 21 J,但它是一个通用的下限,与所用存储器的具体类型无关,并且与广义 Jarzynski 等式 [11] 相关。已在多个经典实验中测量了兰道尔边界 (LB),这些实验使用了光镊 [ 12 , 13 ]、电路 [ 14 ]、反馈阱 [ 15 – 17 ] 和纳米磁体 [ 18 , 19 ],以及捕获超冷离子 [ 20 ] 和分子纳米磁体 [ 21 ] 的量子实验。在准静态擦除协议中可以渐近地达到 LB,其持续时间比上述用作一位存储器的系统的弛豫时间长得多。实际上,当在短时间内执行擦除时,可以使用最优协议最小化此类过程所需的能量,这些协议已经过计算 [ 22 – 27 ] 并用于过阻尼系统 [ 17 ]。更快接近渐近 LB 的另一个策略当然是减少弛豫时间。然而,对于非常快的协议,人们可能想知道机械(电子)系统中的惯性(感应)项是否会影响其可靠性和能量成本。
如今,基于石英谐振器的参考振荡器的工作频率被限制在几百兆赫。从这样的参考振荡器中获取千兆赫范围的信号需要倍频或频率合成。然而,倍频过程会根据倍频系数的 20log 10 增加输出信号的相位噪声,同时也会增加电路的复杂性。从这个意义上讲,直接在毫米 (mm-) 波段的基频上产生 LO 信号是有利的。然而,这需要一个高质量 (Q-) 因子谐振器,最好在几千兆赫下工作。采用金属腔的传统无源谐振器的 Q 因子受到金属中的电阻损耗的限制。或者,基于陶瓷谐振器的直接在基频下工作的振荡器提供平均相位噪声,并且通常在 25 GHz 以上不可用。
稿件收到于 2022 年 3 月 28 日;修订于 2022 年 5 月 3 日;接受于 2022 年 5 月 12 日。导致这些结果的研究获得了欧盟“地平线 2020”研究和创新计划下玛丽居里资助协议编号 812790(MSCA-ETN PETER)的资助。(通讯作者:Qazi Mashaal Khan。)Qazi Mashaal Khan 就职于 ESEO 工程学院、电气和电子工程系、RF-EMC 研究小组,49107 昂热,法国,同时也就职于法国国立应用科学研究所,35708 雷恩,法国(电子邮件:qazimashaal.khan@eseo.fr)。 Lokesh Devaraj 和 Alastair Ruddle 就职于 HORIBA MIRA Limited,地址:英国纽尼顿,CV10 0TU(电子邮件:lokesh.devaraj@horiba-mira.com;alastair.ruddle@horiba-mira.com)。Mohsen Koohestani、Mohamed Ramdani 和 Richard Perdriau 就职于 ESEO 工程学院电气和电子工程系 RF-EMC 研究组,地址:法国昂热 49107,以及雷恩第一大学雷恩电子和电信研究所,地址:法国雷恩 35042(电子邮件:mohsen.koohestani@eseo.fr;mohamed.ramdani@eseo.fr;richard.perdriau@eseo.fr)。数字对象标识符 10.1109/LEMCPA.20XX.XXXXXX