CN107015474A - 用于求取时段的时间测量器和方法 - Google Patents

Abstract

时间测量器（8），包括：装置（1），该装置在该时间上改变该装置的状态；以及评估单元（2），在该评估单元中存放有参考状态（3），其特征在于，所述置（1）包括结构（4），该结构的电阻在时间上改变并且所述评估单元（2）被设置用于：通过比较代表所述结构（4）的电阻的值（例如电压或电流）与所述参考状态（3）求取时段（t）。

Description

用于求取时段的时间测量器和方法

技术领域

本发明涉及用于求取时段的时间测量器和方法。

背景技术

用于时间测量的不带有能量供应部的公知的技术基于物理的过程，该过程具有很长的时间常数。在“TARDIS：在SRAM中的剩磁衰减和时间用于实现没有时钟的嵌入式设备上的安全协议”（Rahmati et al. （2012））中说明了一种无电流的时间测量器。SRAM（静态随机存取存储器）由多个SRAM单元构成。SRAM单元是带有1比特存储容量的存储器，该存储容量能够具有值：一或零。

所述存储经过充电量来进行，该充电量存储在在两个彼此相继的逆变器结构单元之间的电容上。在没有能量供应部时，该电容缓慢地经过隧道机制进行放电。为了时间测量，开始将多个SRAM单元设置为一并且接下来停止能量供应。在能量供应被停止时，确定SRAM的数据损失。对此首先对开始时被设置到值一的SRAM单元进行计数，并且该SRAM单元在能量供应部再次接通时具有值零。借助开始时被设置为一的SRAM单元的数量与在能量供应部再次接通时所计数的带有值零的SRAM单元的比例，能够求取这样的时段，所述能量供应部在该时段期间被断开。

发明内容

本发明基于按照本发明的所属类型的用于求取时段的时间测量器和方法。

发明优势

带有本发明的特征的本发明具有的优点在于，根据本发明的时间测量器适用于不带有能量供应部的运行方式，因为也记录了这样的时段，在该时段中，所述能量供应部被关断。

这利用时间测量器实现，其包括：装置，该装置在时间上改变其状态；以及评估单元，在该评估单元中存放有参考状态，其中，所述装置包括结构，该结构的电阻在时间上改变并且所述评估单元被设置用于：通过比较代表所述结构的电阻的值（例如电压或电流）与所述参考状态来求取时段。

在一个有利的设计方案中，根据本发明的时间测量器具有长度，并且沿着该长度布置有至少一个与所述评估单元相连的第一取用部。由此能够实现离散的时间测量。一个优点是，由此能够设定所述时间测量的时间步，并且所述离散的时间测量能够比连续的时间测量更简单地在所述评估单元中实施。

在一个有利的实施方式中，所述结构曲折形地构造，从而所述结构节约位置地能够布置在载体上，例如芯片上。

尤其，所述结构由退化的材料构造。通过所述结构的退化来改变所述结构的电阻，该电阻是对时段的量度。因为所述结构的退化也在不带有能量供应部的情况中进行，则根据本发明的时间测量器也记录这样的时段，在该时段中关断了所述能量供应部。一个优点是，通过中断所述能量供应部，继续所述时间测量，从而提高了系统的安全性，该系统需要最大程度地不依赖于所述能量供应部的、稳定的时间测量。

在一个实施方式中，进行所述退化和与之相连的所述结构的基于化学过程进行的电阻的改变。有利地，所述化学过程在其开始之后独立地继续，从而对于所述结构的退化不需要额外的辅助件、例如能量供应部。

尤其，所述化学过程能够指的是氧化反应。依赖于材料（所述结构由该材料制成）已经进行了氧化反应，当所述结构暴露给环境空气时，从而有利地对于所述化学过程不必提供额外的反应物。

在一个有利的实施方式中，根据本发明的时间测量器的所述装置包括第二结构，该第二结构的电阻在时间上改变，其中，所述第二结构具有第二温度系数，该温度系数偏离于所述结构的第一温度系数，该评估单元构造用于求取所述结构的电阻和所述第二结构的第二电阻，并且所述评估单元构造用于在考虑所述第一温度系数和第二温度系数的情况下求取所述时段。所述结构的退化以及因此所述电阻的在时间上的改变依赖于所述结构的退化所造成的过程的反应速度。第一温度系数是该反应速度的温度系数。该温度系数是对此的量度：所述结构的退化进行地有多么快。第二温度系数是偏离于第一温度系数的反应速度的温度系数，该温度系数是对此的量度：第二结构的退化进行地有多么快。所述反应速度说明：单位时间有多少微粒在化学反应中得到转化。一般地，所述反应速度依赖于温度。此相关性通过反应速度的温度系数来说明。反应速度的温度系数决定性地影响化学反应的进程。因此，所述结构的退化和由此电阻的在时间上的改变依赖于温度，从而经改变的温度导致在时间测量中的误差。在该实施方式中，所述装置包括带有第二温度系数的第二结构。两个结构的考虑有利地实现了：不依赖于温度来测量所述时段，也即进行温度补偿。

附图说明

本发明的实施例被展示在附图中并且在下文的说明中被具体地阐释。在附图中的相同的附图标记指代相同的或作用相同的元件。

图示：

图1是根据本发明的时间测量器的框图，

图2a是对结构的顶视图，该结构的电阻在时间上改变，该结构带有等距地布置在所述结构上并且与评估单元相连的第一取用部和第二取用部，

图2b是对结构的顶视图，该结构的电阻在时间上改变，该结构带有不同间隔地安设在所述结构上并且与评估单元相连的第一取用部、第二取用部和另外的取用部，

图3是对曲折形的结构的顶视图，该结构的电阻在时间上改变，该结构带有与评估单元相连的第一取用部和第二取用部，并且图4是带有温度补偿的根据本发明的包括一个结构和第二结构的时间测量器的框图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的时间测量器的框图。时段t说明了在起始时刻和末端时刻之间的经流逝的时间。借助公知的起始时刻（该起始时刻例如以钟表时间为形式存放在评估单元2的存储器中）能够从所求取的时段t来说明末端时刻，例如以钟表时间为形式。根据本发明的时间测量器8通过装置1（该装置包括由退化的材料形成的结构4，并且该装置的状态随时间改变）和评估单元2形成。结构4的在时间上改变的状态是结构4的电阻。参考状态3存放在评估单元2中。代表所述结构4的在起始时刻的电阻被存储作为参考状态3。结构4的电阻的基于退化所进行的改变是对经流逝的时间的量度。在校准测量中，在结构4的电阻和经流逝的时间之间的关联被确定并且作为特性曲线存放在评估单元2中。借助结构4的电阻和存放在参考状态3中的电阻的差，在被存放在评估单元2中的特性曲线的辅助下得到了时段t。如果时段t在起始时刻处（该起始时刻例如能够通过钟表时间给定）被相加，则这样地所求取的时刻对应于以钟表时间为形式的末端时刻。

整个结构4的电阻的测量示出了：结构4的电阻的值随时间的流逝而连续地改变。电阻的值能够借助在评估单元2的特性曲线相应地被配设给时间。在此，结构4的退化能够均匀地在整个结构4上进行而且在时间上在结构4上扩散。

图2a示出了根据本发明的时间测量器8，其实现了时段t的离散的求取。结构4具有平行于x轴的延展。

此平行于X轴的延展指代了结构4的长度。结构4的宽度通过平行于Y轴的延展来给定。在该实施例中，结构4的宽度小于结构4的长度。在结构4上布置有第一取用部5。与第一取用部5沿着所述长度间隔地布置有第二取用部6。两个取用部与评估单元2相连。在该实施例中，在第一取用部5与沿着x方向靠近它的第一端10之间的间距、在第二取用部6和沿着x方向靠近它的结构4第二端11之间的间距和在取用部5、6之间的间距被相同地选择。两个取用部5、6由此将结构4的长度分为三个相同大小的子块4a、4b、4c，即：第一子块4a、第二子块4b和第三子块4c。

结构4的电阻在时间上改变。该电阻能够例如利用电压测量或电流测量来确定。电流和电压经过所述电阻彼此相联系。因此，为了确定电阻，要么将已知的电流要么将已知的电压施加至电阻，并且测量所得到的在所述电阻上降低的电压或所得到的流过所述电阻的电流。

根据本发明的时间测量器8的结构4由退化的材料构造。该结构能够例如由金属、例如硅、锂等构造。因为氧化主要在表面处进行，则体积与表面的比例能够通过不同的加工步骤有利地优化。例如，能够通过多孔的层的制造或薄化（Aufdünnung）来改善体积与表面的比例。所述退化尤其基于化学过程、例如氧化来进行。在一个实施方式中，在结构4的第一端10处构造有形成中心。以该形成中心为起点，结构4在时间上沿着长度进行退化，例如通过化学过程造成。由此，在时间上观察，首先第一子块4a退化，并且之后首先第二子块4b并且然后第三子块4c退化。在起始时刻，一方面确定了整个结构4的电阻（办法是：测量在第一端10和接地端之间的电压），另一方面测量在第一取用部5的接地端之间的电压以及在第二取用部6和接地端之间的电压。这些在起始时刻所测量的电压被存储为参考状态3。接地端表示共同的参考电势，相对于该参考电势来测量所述电压。在当前的实施例中，结构4的第二端11与接地端相连。为了求取时段t，在末端时刻测量在第一端10和接地端之间、在第一取用部5和接地端之间以及在第二取用部6和接地端之间的电压。借助电压测量和随之间接地进行的用于每个子块4a、4b、4c的电阻的测量，在评估单元2中确定了用于每个子块4a、4b、4c的状态。子块4a、4b、4c的两个可能的状态是“退化”或“未退化”。为了进行这种划分，确定用于电阻的阈值，该阈值调节的是：子块4a、4b、4c的直到何种程度的部分退化被评价为“退化”。借助退化的已知的反应速度，能够将沿着结构4的长度的退化的进展配设给自从起始时刻所流逝的时间。如果例如仅第一子块4a退化从而低于所述阈值，则在该时刻处在第一端10和接地端之间产生的电压显示：在相同的电流时经改变的值。因为结构4的电阻由于退化而改变。在第一取用部5和在第二取用部6处的电压与在起始时刻在取用部5、6处所测量的电压一致，当所压入的电流不被改变时。因为子块4b、4c的电阻尚未由于结构4的在时间上的退化而改变。借助阈值确定的是，第一子块4a具有状态“退化”，并且其它的子块4b、4c还在状态“未退化”中。在该实施例中，在评估单元2中存放有特性曲线。该特性曲线说明了在经退化的子块4a、4b、4c的数量和经流逝的时间之间的配设。通过子块4a、4b、4c的数量以及通过转换器的解析度，得到了时间划分的能够达到的解析度。在装置中（该装置对于完全的退化需要10年）允许在带有16比特的解析度的测量设备中的在1.3小时范围中的解析度。通过在同时保有所述转换器解析度的情况中使用256子块，能够将此提高至大约18秒。借助所选择的取用部5、6的数量、结构4的尺寸以及取用部5、6的间距，能够设定离散的时间测量的精度。所述离散的时间测量的时间步（Zeitschrift）通过子块4a、4b、4c之一所需的时间给定，以便具有状态“退化”。时间测量的不准确性一方面通过所述时间给定，在该时间期间，给子块4a、4b、4c配设状态“未退化”，在该子块达到阈值之前；另一方面，该不准确性依赖于这样的时间，子块4a、4b、4c从达到阈值并且由此达到状态“退化”直到完全的退化需要该时间。

图2b示出了根据本发明的从图2a中已知的时间测量器8。只不过第一取用部5、第二取用部6和另外的取用部7在结构4上的定位和取用部的数量偏离于在图2a中的那些。在该实施例中，总共地将五个取用部5、6、7布置在所述结构上，其中，其中的三个形成了另外的取用部7。取用部5、6、7在该实施例中非等距地布置。在接近至第二端11时，所述另外的取用部7越来越密地布置在彼此处。只要所述退化线性地随时间进行，则由此在较长的时间的范围中实现了比在短的时间中的更小的时间步。如果所述退化不是线性地随时间沿着结构4进行，则由此实现了相同大小的时间步。

图3示出了根据本发明的时间测量器8，其中在这里，结构4曲折形地构造并且由此能够节约位置地布置。

在该曲折形的结构上布置有正如在图2a和2b中所说明的那样用于离散的时间测量的第一取用部5和第二取用部6。

在该情况中，第一取用部布置在第一端10后的第一弯曲部中。结构4具有一个另外的弯曲部。在所述后续的弯曲部处布置有第二取用部6。作为备选方案，连续的时间测量也是可行的，正如该时间测量结合图1所说明的那样。在该情况中，能够省去第一取用部5、第二取用部6和另外的取用部7的安装。

图4示出了根据本发明的时间测量器8，该时间测量器包括结构4和第二结构9，其电阻在时间上改变。第二结构9的在时间上改变的电阻在下文中称为第二电阻。第二结构9由退化的材料构造，尤其该第二结构在一个实施方式中类似于结构4地在图2a、图2b或图3的图解中实施。第二结构9具有不同于结构4的第一温度系数的第二温度系数。一般，反应速度（结构4、9的在时间上的退化随着该反应速度进行）依赖于温度。该相关性通过相应的温度系数或通过激活能量E_A来说明。退化度的速度比例于。经温度补偿的时段t能够然后从第二结构的退化中例如通过以下方式来计算，即两个结构的退化度的差除以这两个结构的退化度的比。为了提高测量准确性，能够为了温度补偿来添加带有相应不同的温度系数的另外的结构。

根据本发明的时间测量器8能够使用在安全技术的范围中。此外，根据本发明的时间测量器8另外适合被布置在芯片上并且例如作为被信赖的平台模块（TPM）集成到计算机或类似的器件中。结构4、9的退化不可逆并且由此允许例如在TPM模块中的加密证书的失效日期的保险的检查。

Claims (8)

1.时间测量器（8），包括：装置（1），该装置在时间上改变该装置的状态；以及评估单元（2），在该评估单元中存放有参考状态（3），其特征在于，

- 所述装置（1）包括结构（4），该结构的电阻在时间上改变，并且

- 所述评估单元（2）被布置用于：通过将代表所述结构（4）的电阻的值与所述参考状态（3）进行比较来求取时段（t）。

2.按照权利要求1所述的时间测量器（8），其特征在于，所述结构（4）具有长度，并且沿着该长度布置有至少一个第一取用部（5），该第一取用部与评估单元（2）相连。

3.按照前述权利要求中任一项所述的时间测量器（8），其特征在于，所述结构（4）曲折形地实施。

4.按照前述权利要求中任一项所述的时间测量器（8），其特征在于，所述结构（4）由退化的材料构造。

5.按前述权利要求中任一项所述的时间测量器（8），其特征在于，结构（4）的电阻基于化学过程而改变。

6.按照权利要求5所述的时间测量器（8），其特征在于，所述化学过程是氧化反应。

7.按照前述权利要求中任一项所述的时间测量器（8），其特征在于，

- 所述装置（1）包括第二结构（9），该第二结构的电阻在时间上改变，其中，所述第二结构（9）具有第二温度系数，该第二温度系数偏离于所述结构（4）的第一温度系数，

- 所述评估单元（2）构造用于求取所述结构（4）的电阻和所述第二结构（9）的第二电阻，并且

- 所述评估单元（2）构造用于在考虑所述第一温度系数和第二温度系数的情况下求取所述时段（t）。

8.用于利用按前述权利要求中任一项所述的时间测量器（8）求取时段（t）的方法。