JP2023537301A - 物理複製防止機能の構成及び読み出し - Google Patents

Abstract

本開示は、物理複製防止機能（ＰＵＦ）装置における少なくとも１つの一対のデバイスを構成することと、永続的ランダムＰＵＦ出力を判定するための少なくとも一対のデバイスを読み出すことと、に関する。一対のデバイスは、ランダムな製造差によって引き起こされるデバイス／構成要素間の物理的差を測定することによって読み出され得、一対のデバイスは、次いで、永続的ランダムＰＵＦ出力を判定するために使用され得る。一対のデバイスを構成することは、ランダムな製造差を測定することと、その測定に基づいて、一対のデバイスの読み出し状態を設定することと、を含み、読み出し状態は、その一対のデバイスのために使用されるべき読み出しプロセスの態様を規定する。一対のデバイスが将来読み出されるたびに、構成時に設定された状態に従って読み出され得る。

Description

本開示は、物理複製防止機能を構成し、読み出すための方法及び装置に関する。

物理複製防止機能（物理的複製防止機能と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、などである。

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を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、ＰＵＦセルから永続的ランダム数を読み取り得、次いで、ＰＵＦ装置は、「チャレンジ」及び永続的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」及び永続的ランダム数を使用する暗号化など、何らかの暗号化動作を実行することによって）「応答」を判定し得る。永続的ランダム数は、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、ＰＵＦ装置の１つ以上のＰＵＦセルによって生成された永続的ランダム数は、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、それが誤り訂正コード（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ままであるべきである）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。

本開示は、物理複製防止機能（ＰＵＦ）装置において少なくとも一対のデバイスを構成することと、永続的ランダムＰＵＦ出力を判定するための少なくとも一対のデバイスを読み出すことに関する。一対のデバイスは、ランダムな製造差によって引き起こされるデバイス／構成要素間の物理的差を測定することによって読み出され得、次いで、永続的ランダムＰＵＦ出力を判定するために使用され得る。一対のデバイスを構成することは、ランダムな製造差を測定することと、その測定に基づいて、一対のデバイスの読み出し状態を設定することとを含み、読み出し状態は、その一対のデバイスに使用されるべき読み出しプロセスの態様を規定する。一対のデバイスが将来読み出されるたびに、構成時に設定された状態に従って読み出され得る。

本開示の第１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、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。

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。

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得、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。

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。

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。

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。

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。

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。

本開示の第２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、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、を行うように構成されており、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つの読み出し状態閾値と比較されるべきであることを示す。

本開示の第３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。

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。

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。

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いずれの範囲内にあるかを判定することを含み得る。

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。

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。

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いずれの範囲内にあるかを判定することを含む。

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。

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。

本開示の第４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。

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。

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いずれの範囲内にあるかを判定することを含み得る。

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。

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。

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いずれの範囲内にあるかを判定することを含み得る。

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いずれの範囲内にあるかを判定することを含む。

ＰＵＦシステムは、１つ以上の更なる対のデバイスを含み得、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、を行うように更に構成されている。

本開示の第５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ことであって、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す、判定することと、を行うことによって、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ように構成されている。

本開示の第６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。

本開示の第７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。

本開示の態様を、単なる例として、以下の図面を参照して記載する。
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１のＰＵＦセル１０５及び判定部１７０の例示的な実装形態の概略図を示す。 図２のＰＵＦセルのアレイの概略図を示す。 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。 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４Ａの回路の動作の例示的なタイミング図を示す。 図４ＡのＰＵＦセルのアレイの概略図を示す。 本開示の態様による、図１のＰＵＦセルを構成する方法における例示的なステップを示す。 図１の複数のＰＵＦセルにわたって測定された物理的特性の例示的な統計的分布を示す。 図６の統計的分布の更なる実施例を示す。 本開示の構成を実証する例示的な統計的分布を示す。 本開示の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。 本開示の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。 本開示の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。 本開示の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。 本開示の更なる構成を実証する例示的な統計的分布を示す。 本開示の態様による、図１のＰＵＦセルの読み出しの方法における例示的なステップを示す。

本発明者は、ＰＵＦ装置に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。第一に、各対の各可能な永続的ランダムＰＵＦ値は、等しいか、又は実質的に等しい確率を有するべきである。例えば、使用される一対の物理デバイスが、物理デバイス間のランダムな製造ばらつきに応じて「１」又は「０」を生成する場合、「１」又は「０」の確率が等しいか、又は実質的に等しくなるべきである。これが達成されない場合、ＰＵＦ装置の出力は十分にランダムではあり得ない。これを達成するには、ＰＵＦ装置は、各対の物理デバイスからの任意の特定の可能なＰＵＦ値を支持しないように設計されることを必要とする。

第二に、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。

本発明者は、各対の物理デバイスを構成するための技術を考案したが、この技術は、ＰＵＦ値を判定するために、読み出し中にその一対のデバイスがその後どのように使用されるかを設定するものである。物理デバイスは、非限定的な例として、トランジスタ又はコンデンサであり得る。この技術では、構成中に一対のデバイスの物理的特性のサイズが判定される（例えば、一対の物理デバイス／構成要素間の差のサイズが判定される）。物理的特性の非限定的な例としては、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。次いで、物理的特性のサイズが、一対のデバイスを特定の読み出し状態に割り当てるために、構成閾値と比較される。構成閾値の非限定的な例は、電圧閾値である。次いで、割り当てられた読み出し状態は、ＰＵＦ読み出し中にどの読み出し閾値を使用すべきかを判定する。構成閾値は、読み出し閾値とは異なり得、その結果、それらの間にバッファが存在する。このようにして、構成中に設定される読み出し状態は、読み出し中に測定される一対のデバイスの物理的特性が、使用されるべき読み出し閾値からある距離だけ離れている可能性が高くなるように、設定され得る。これにより、物理的特性の測定値は、読み出し閾値を超えるのに十分に変化してＰＵＦ値を変化させるリスクが低い状態で、経時的に変化又はドリフトし得る。そのため、各対のデバイスによって生成されるＰＵＦ値の永続性、したがって、全体的なＰＵＦ出力が改善され得る。更に、構成閾値及び読み出し閾値は、一対のデバイスごとの各ＰＵＦ値の確率が等しいか又は実質的に等しくなるように設定され得、それによって、ＰＵＦ値のランダム性を達成する。

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１０５_ｘ，ｙ、判定部１７０及びチャレンジ／応答部１８０を備える。ＰＵＦセル１０５_ｘ，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、など）があり得ることが理解されよう。

判定部１７０は、複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，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、永続的ランダム数である。各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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ビットワードであり得、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）。

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、特に、ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙ及び判定部１７０の構成及び動作に関する。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。

例示的なＰＵＦセル実装形態
各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

例えば、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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施形態が、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。

図２（米国特許出願第１６／２９６，９９８号の図２から転載されている）は、ＰＵＦセル１０５と、ＰＵＦセル１０５のＰＵＦ値を判定するように構成された判定部１７０との例示的な実装形態の概略図を示している。

図３Ａ（米国特許出願第１６／２９６，９９８号の図３から転載されている）は、図２に表されるＰＵＦセル１０５と同じように各々構成されているＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙのアレイの概略図を示している。

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の図を示しているが、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。

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。

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の比較される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（Ｖ_ＧＳ）である。２つのトランジスタのＶ_ＧＳ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。

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、整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。

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、そのため、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は、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。

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。

第１のトランジスタ不整合値＝ΔＶ_GS＋不整合＋ノイズ１
第２のトランジスタ不整合値＝ΔＶ_GS－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。

例えば、トランジスタ差値は、以下のように表され得る。

トランジスタ差値＝第１の不整合値＋第２の不整合値
＝２＊ΔＶ_GS＋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
＝ΔＶ_GS＋（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。

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ΔＶ_GS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ΔＶ_GS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、以下のように表され得る。

第１のトランジスタ不整合値＝ΔＶ_GS＋不整合＋オフセット＋ノイズ１
第２のトランジスタ不整合値＝－ΔＶ_GS＋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。

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。

トランジスタ差値＝第１の不整合値－第２の不整合値
＝２＊ΔＶ_GS＋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、ΔＶ_GS構成要素は、２Ｘだけ増加しており、ノイズ１及びノイズ２の低周波成分は、互いに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てもよい。

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、結合をスイッチング／チョッピングするように（例えば、図２に表されてい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。

トランジスタ差値は、整合した一対のトランジスタ２１０中のどちらのトランジスタがより大きい／より小さいＶ_ＧＳ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Ｖ_ＧＳが第２のトランジスタのＶ_ＧＳ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Ｖ_ＧＳが第２のトランジスタのＶ_ＧＳよりも小さい量を示す大きさの負数であり得る。

図３Ａを参照すると、複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの総数は、合計Ｘ＊Ｙとなる。この実施例におけるＰＵＦセル１０５_ｘ，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、特定の行の整合した全てのトランジスタ対２１０_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２１０対_ｘ，１に結合され、第２の出力は、トランジスタ対２１０_ｘ，２に結合されているなど）。ＰＵＦセル１０５_ｘ，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２１０_ｘ，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２１０_ｘ，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１０５_ｘ，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２１０_ｘ，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。

また、判定部１７０は、Ｘ個の第１の電流ソース２３２_ｘと第２の電流ソース２３４_ｘ、Ｘ個のチョップ回路２３６_ｘ、Ｘ個の更なるチョップ回路２４０_ｘ、及びＸ個のＸＡＤＣ２５０_ｘを備えることが分かる。これにより、選択された行におけるＸ対のトランジスタ２１０_ｘ，ｙのトランジスタ差値を並列的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２３２_ｘと第２の電流ソース２３４_ｘ、チョップ回路２３６_ｘ、更なるチョップ回路２４０_ｘ、及びＡＤＣ２５０_ｘの各セットは、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。

図３Ａに表される判定部１７０はまた、ＰＵＦ出力部３１０を備え、ＰＵＦ出力部３１０は、ａ）各ＡＤＣ２５０_ｘ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ＡＤＣ_ｘ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。

判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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、簡潔にするために図３Ａには表されていない。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの物理的特性の並列測定、及び複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，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であるべきであることが理解されよう。

ＰＵＦ出力部３１０によって判定されるＰＵＦ出力は、永続的ランダム数であり、例えば、複数ビット数であり得る。これについては、後で「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２１０_ｘ，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。

更なる例示的な実装形態では、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙが各々整合した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形態が、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、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。

図４Ａ（米国特許出願第１６／７１６，４３５号の図２Ａから転載されている）は、一対のコンデンサ２１００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回路の概略図を示している。

図４Ｃ（米国特許出願第１６／２９６，９９８号の図３から転載されている）は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙのアレイの概略図を示しており、ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙは各々、図４Ａに表されるＰＵＦセル１０５と同じように構成されている。

図４Ａに戻ると、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙは、一対のコンデンサ２１００_ｘ，ｙを備え得、それにより、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

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実行し得るが、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。

図４Ａの回路は、第１のコンデンサＣ_１と第２のコンデンサＣ_２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Ｃ_１及び第２のコンデンサＣ_２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Ｃ_１と第２のコンデンサＣ_２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Ｖ_ｉを示す電圧Ｖ_ｏ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。簡潔にするために、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。

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、
、φ_rsｔ、及び相対電圧Ｖ_１、Ｖ_２、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、φ_rsｔ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Ｖ_ｃｍ（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、Ｖ_２の電圧は比較的高く保持され（Ｖ_ｈｉ）、Ｖ_１の電圧は比較的低く保持される（Ｖ_ｌｏ）。Ｖ_ｈｉ及びＶ_ｌｏ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ｔ_０における出力電圧は、以下のように表され得る。

Ｖ_o（ｔ_０）＝Ｖ_cm＋Ｖ_off＋Ｖ_ｎ（ｔ_０）
ここで、Ｖ_off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、Ｖ_ｎ（ｔ_０）は時間ｔ_０のランダム読み出しノイズである。

次いで、共通ノードがもはやＶ_cm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Ｖ_ｈｉ～Ｖ_ｌｏ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Ｖ_ｏ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及び容量結合の結果である。第１のバイアス状態中の時間ｔ_１における出力電圧は、以下のように表され得る。

Ｖ_o（ｔ_１）＝Ｖ_cm＋Ｖ_off＋Ｖ_ci＋Ｖ_kｔc＋Ｖ_ｎ（ｔ_１）

ここで、Ｖ_ciは、スイッチ開放によって引き起こされるｒｓｔスイッチからの電荷注入であり、Ｖ_ｎ（ｔ_１）は、時間ｔ_１のランダム読み出しノイズであり、Ｖ_kｔcは、２つのコンデンサからのサンプリングされたＫＴＣノイズである。値Ｖ_ｏ（ｔ_１）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。

次いで、第２のバイアス状態は、一対のコンデンサ２１００の両端間の電圧が－（Ｖ_ｈｉ－Ｖ_ｌｏ）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、Ｖ_ｌｏをＶ_２に印加し、Ｖ_ｈｉをＶ_１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Ｖ_ｏ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。Ｖ_ｏ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、Ｃ_２の静電容量がＣ_１の静電容量よりも大きいことの結果である。しかしながら、Ｃ_１の静電容量がＣ_２の静電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Ｖ_oが増加することになる。第２のバイアス状態中の時間ｔ_２における出力電圧は、以下のように表され得る。

Ｖ_o（ｔ_２）＝Ｖ_cm＋Ｖ_off＋Ｖ_ci＋Ｖ_kｔc＋Ｖ_ｎ（ｔ_２）＋（（Ｃ_１－Ｃ_２）／（Ｃ_１＋Ｃ_２）*（Ｖ_hi－Ｖ_lo）
値Ｖ_ｏ（ｔ_２）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。

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、Ｃ_１＝Ｃ_２＝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、Ｃ_１－Ｃ_２＝ｄＣとなる。したがって、Ｃ_１及びＣ_２の実際の静電容量は、以下のように表すことができる。

Ｃ_１＝Ｃ＋ｄＣ／２
Ｃ_２＝Ｃ－ｄＣ／２
これを上記の式に代入すると、以下のようになる。

Ｖ_o（ｔ_２）＝Ｖ_cm＋Ｖ_off＋Ｖ_ci＋Ｖ_kｔc＋Ｖ_ｎ（ｔ_２）＋（ｄＣ／２Ｃ）*（Ｖ_hi－Ｖ_lo）
Ｖ_ｏ（ｔ_２）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、Ｖ_ｏ（ｔ_２）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。

しかしながら、Ｖ_o（ｔ_２）－Ｖ_o（ｔ_１）の差を取ることによって、以下のようになる。

Ｖ_o（ｔ_２）－Ｖ_o（ｔ_１）＝（ｄＣ／２Ｃ）*（Ｖ_hi－Ｖ_lo）＋Ｖ_ｎ（ｔ_２）－Ｖｎ（ｔ_１）
このようにして差を取ることによって、kｔcノイズＶ_kｔc、オフセットＶ_off、電荷注入信号Ｖ_ci、及びコモンモード信号Ｖ_cmは全て相殺される。更に、読み出しノイズＶ_ｎ（ｔ_０）及びＶ_ｎ（ｔ_１）における任意の低周波数成分もまた、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Ｖ_ｏ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Ｃ_１とＣ_２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。Ｖ_ｏ（ｔ_２）とＶ_ｏ（ｔ_１）との間の差は、コンデンサ差値と称され得、それは、一対のコンデンサ２１００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、以下で「構成」及び「読み出し」の節でより詳細に説明するように、複数ビットＰＵＦ出力における１ビットの値を設定することができる。

例えば、特定のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙのコンデンサ差値（Ｖ_ｏ（ｔ_２）～Ｖ_ｏ（ｔ_１））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Ｖ_ｏ（ｔ_２）～Ｖ_ｏ（ｔ_１）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。

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Ｖ_ｈｉ及びＶ_ｌｏ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。

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、信号が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。

「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指すために使用される。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」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１０５_ｘ，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述するために使用される。ＰＵＦ装置１００からＰＵＦ出力が要求されるたびに、ＰＵＦ装置１００の寿命にわたって読み出しが何度も行われ得る。構成中にＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙに割り当てられた読み出し状態は、そのＰＵＦセル１０５_ｘ，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」とい用語の意味を変えるものではない。

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３つの異なる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、構成及び読み出しプロセスは若干異なっており、後でより詳細に説明する。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。

以下の説明は、特にＰＵＦセル１０５_ｘ，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は、この実施例では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、以下の記載を通じて、「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。

図５は、本開示の態様による、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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内のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙのうちの一部又は全てに対して実行され得る。

ステップ５１０において、判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの任意の他の好適な物理的特性は、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

図６は、複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙにわたって測定された物理的特性の例示的な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１０５_ｘ，ｙの第１のデバイス／構成要素がＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの特定の統計的分布を仮定することによって到達され得る。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。

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、後でより詳細には記載する。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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」に設定される、又はその逆に設定され得る）であり得るか、又は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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又は他の場所に記憶され得る。これにより、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

第１の読み出し状態は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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される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。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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、局所的変化などのうちの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１０５_ｘ，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。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙを読み出すように構成され得る。

ただし、特定のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙの例示的な測定された物理的特性は、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１０５_ｘ，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。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、それは信頼され得ない。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１０５_ｘ，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値を変化させ得るため、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、これらの課題に対処し、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。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙの構成中に、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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）。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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_ｘ，ｙを示している。その特定のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙを示している。その特定のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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８７６が１．０である別の例示的なＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙを示している。その特定のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙが、後で読み出し中に使用される。これは、これらのＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙが、経時的に変化するＰＵＦ値を有するリスクが比較的低いためであり、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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

次いで、第１の読み出し状態閾値８６０は、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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５０－５０の機会が存在するように、好適な構成閾値が設定され得る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１０５_ｘ，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つの標準偏差、２つの標準偏差、３つの標準偏差、４つの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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙを含む場合（例えば、４００個のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙがあるが、ＰＵＦ出力の所望のサイズが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から比較的遠くに離れるように設定され得る。

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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

更なる代替形態では、個々のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙをスローアウェイするのではなく、代わりに、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙが比較的少ない任意の行は、全てのＰＵＦセル１０５_ｘ，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てもよい。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取ら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。

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１０５_ｘ，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、それがＰＵＦ出力のサイズと比較して多数のＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙ存在しない場合に有用であり得る。

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実証している。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実証している。複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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るときに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。

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を上回る範囲内にある場合、ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの全てが、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及び領域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。

読み出し中、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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」である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よりも大きい範囲にあれば、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得ないため、依然として、それらのＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙのＰＵＦ値は経時的に変化すべきではない。

図９Ｃは、第２の読み出し状態（「シフトした」閾値状態）の図を示している。第１の構成閾値９４０未満の面積は、領域９２２として表されている。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として表されている。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１０５_ｘ，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の全ては、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ＰＵＦセルが領域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の面積がともに領域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。

読み出し中、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

そのため、第２の読み出し状態は、拳（fist）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１０５_ｘ，ｙのＰＵＦ値は経時的に変化すべきではない。

これにより、各ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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とが分かる。

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。

複数ビット／ＰＵＦセル
この実施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的ランダム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。

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の読み出し状態を実証している。複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０Ａは、第１の読み出し状態閾値１０１２、１０１４、及び１０１６の図を示している。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の図を示している。最後に、図はまた、構成領域１０２０、１０３０、１０４０、及び１０５０の図を示している。

図１０Ｂは、第２の読み出し状態閾値１０６２、１０６４、１０６６、及び１０６８の図を示している。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の図を示している。

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１０５_ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの構成インジケータは、ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙを第２の読み出し状態に割り当てるように設定されている。

ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

構成閾値は、各異なるＰＵＦ値の確率がほぼ同じである（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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

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（すなわち、１つのビット値のみが異なる）。各隣接する読み出し領域に１つのビットのみの値を変更することによって、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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十分に経時的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最小限に抑えられ、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。

読み出し
図１１は、本開示の態様による、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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。

ステップＳ１１１０において、判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙ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、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，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、方法はステップＳ１１２０に進む。ＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙが第２の読み出し状態に割り当てられている場合には、方法はステップＳ１１４０に進む。

ステップＳ１１２０において、判定部１７０は、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

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１０５_ｘ，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いずれ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。

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１０５_ｘ，ｙ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１０５_ｘ，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か又は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。

この読み出しプロセスは、複数のＰＵＦセル１０５_ｘ，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、各判定された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。

読み出し中、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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。

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、物理的特性の測定値が、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１０５_ｘ，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。

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セルを並列に構成又は読み出すことが可能である。これにより、信頼性のある永続的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。

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が行われ得ることが容易に理解されよう。

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るか、又はＰＵＦセル１０５_ｘ，ｙのうちの一部又は全ての測定を通して判定された分布であり得る。ＰＵＦセル１０５_ｘ，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、その統計的分布に基づいて、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１０５_ｘ，ｙを備え得る。この場合、ＰＵＦセル１０５_ｘ，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１０５_ｘ，ｙの選択されたもの（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。

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に対する物理的特性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を単に示すように構成された単純なコンパレータ又は量子化器を使用して）判定される。これにより、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。

対の構成閾値は、例えば、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、読み出し閾値から非等距離に設定され得る。

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、物理的特性の測定値を第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）物理的特性の測定値を第２の読み出し状態閾値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つのビットを備え得る。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ない場合がある。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測定が、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。

いくつかのＰＵＦシステム１００では、同じ判定部１７０が、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。

Claims (20)

1. 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であって、前記一対のデバイスは、永続的ランダム値を生成する際に使用するためのものであり、前記方法は、
   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、
   前記物理的特性の前記測定値を１つ以上の構成閾値と比較することと、
   前記一対のデバイスを、前記比較に基づいて、
   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、前記一対のデバイスと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、
   前記第１の読み出し状態は、ＰＵＦ読み出し中に前記一対のデバイスを使用して前記永続的ランダム値を生成するときに、前記一対のデバイスの前記物理的特性が１つ以上の第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、方法。
2. 前記第１の読み出し閾値が、前記１つ以上の構成閾値とは異なる、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ以上の構成閾値が前記第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、前記１つ以上の構成閾値の値を前記第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、
   前記構成インジケータを割り当てることは、
   前記１つ以上の構成閾値と物理的特性の前記測定値との前記比較が、物理的特性の前記測定値が前記読み出し許容誤差の範囲外であることを示す場合に、前記構成インジケータを前記第１の読み出し状態に割り当てることと、
   前記１つ以上の構成閾値と物理的特性の前記測定値との前記比較が、物理的特性の前記測定値が前記読み出し許容誤差の範囲内にあることを示す場合に、前記構成インジケータを前記第２の読み出し状態に割り当てることと、を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第２の読み出し状態が、前記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、を示す、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２の読み出し状態が、ＰＵＦ読み出し中に永続的ランダム数を生成するときに、前記一対のデバイスの前記物理的特性が１つ以上の第２の読み出し状態閾値と比較されるべきであること、を示す、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記１つ以上の第１の読み出し状態閾値が、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ている、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ＰＵＦシステムにおける複数対のデバイスの前記物理的特性の測定値の統計分析に基づいて、前記１つ以上の第１の読み出し状態閾値を設定することを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 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、
   前記１つ以上の更なる対のデバイスの前記物理的特性の前記測定値を前記１つ以上の構成閾値と比較することと、
   前記１つ以上の更なる対のデバイスの各々を、前記比較に基づいて、
   前記第１の読み出し状態、又は
   前記第２の読み出し状態のいずれかに割り当てるように、前記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、を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムであって、
   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、
   前記一対のデバイスを構成するための判定部であって、前記判定部は、
   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、
   前記物理的特性の前記測定値を１つ以上の構成閾値と比較することと、
   前記一対のデバイスを、前記比較に基づいて、
   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、前記一対のデバイスと関連付けられた構成インジケータを設定することと、を行うように構成されている、判定部と、を備え、
   前記第１の読み出し状態は、ＰＵＦ読み出し中に前記一対のデバイスを使用して前記永続的ランダム値を生成するときに前記一対のデバイスの前記物理的特性が１つ以上の第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、ＰＵＦシステム。
10. 一対のデバイスを備える物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムを読み出す方法であって、前記方法は、
    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と、
    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、
    前記一対のデバイスを使用して、前記一対のデバイスの物理的特性を１つ以上の第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、前記物理的特性が前記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、
    前記構成インジケータが、前記一対のデバイスが前記第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、方法。
11. 前記永続的ランダム値を判定することが、前記一対のデバイスの前記物理的特性を測定することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記一対のデバイスの前記物理的特性を測定することが、
    前記一対のデバイスの前記物理的特性の、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、
    前記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、請求項１１に記載の方法。
13. 前記１つ以上の第１の読み出し状態閾値が、第１の複数の範囲を規定し、
    前記構成インジケータは、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、前記一対のデバイスを使用して前記永続的ランダム値を判定することは、前記一対のデバイスの前記物理的特性が前記第１の複数の範囲のうちのいずれの範囲内にあるかを判定することを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記第２の読み出し状態が、前記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、前記第２の読み出し状態アクションは、前記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む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記第２の読み出し状態アクションが、
    前記一対のデバイスを使用して、前記一対のデバイスの物理的特性を、前記１つ以上の第１の読み出し状態閾値とは異なる１つ以上の第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、を含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記１つ以上の第２の読み出し状態閾値が、第２の複数の範囲を規定し、前記第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、
    前記構成インジケータが、前記一対のデバイスが前記第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、前記一対のデバイスを使用して前記永続的ランダム値を判定することは、前記一対のデバイスの前記物理的特性が前記第２の複数の範囲のうちのいずれの範囲内にあるかを判定することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ＰＵＦシステムが、１つ以上の更なる対のデバイスを更に備え、前記方法は、
    前記１つ以上の更なる対のデバイスの各々が構成中に前記第１の読み出し状態に割り当てられたか又は前記第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、前記１つ以上の更なる対のデバイスの各々について、
    前記構成インジケータが、前記更なる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、
    前記永続的ランダム値を判定することと並行して、前記更なる対のデバイスを使用して、前記更なる対のデバイスの物理的特性を前記１つ以上の第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、
    前記構成インジケータが、前記更なる対のデバイスが前記第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、を更に含む、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記永続的ランダム値及び前記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、を更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 物理複製防止機能（ＰＵＦ）システムであって、
    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、前記判定部は、
    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と、
    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、
    前記一対のデバイスを使用して、前記一対のデバイスの物理的特性を１つ以上の第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、前記物理的特性が前記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、
    前記構成インジケータが、前記一対のデバイスが前記第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、ＰＵＦシステム。
20. 前記判定部が、前記一対のデバイスの前記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前記永続的ランダム値を判定するように構成されている、請求項１９に記載のＰＵＦシステム。