KR102045764B1 - Sram cell for generating true random number and sram cell arry driving circuit using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에스램(SRAM)의 스태틱 노이즈 마진(Static Noise Margin) 특성과 리드 노이즈 마진(Read Noise Margin) 특성을 이용하여 자연상태의 진난수를 발생할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
본 발명은 래치를 구성하는 제1,2엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈를 제1,2억세스용 엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈보다 작거나 같게 형성하여 노이즈 마진을 줄인 것을 제1특징으로 한다.
본 발명은 래치를 구성하는 제1인버터의 제1노드와 제2인버터의 제2노드의 전압을 내부전원전압과 그라운드 전압의 중간 레벨로 설정하여 노이즈 마진을 줄인 것을 제2특징으로 한다. The present invention relates to a technique for generating a true random number using a static noise margin (SRAM) characteristics and a read noise margin (Read Noise Margin) characteristics of the SRAM.
The first aspect of the present invention is to reduce the noise margin by forming the first and second NMOS transistors constituting the latch smaller than or equal to the size of each of the first and second access NMOS transistors.
According to a second aspect of the present invention, a noise margin is reduced by setting a voltage between a first node of a first inverter and a second node of a second inverter constituting a latch to an intermediate level between an internal power supply voltage and a ground voltage.
Description
본 발명은 진난수(True Random Number)를 발생하는 기술에 관한 것으로, 특히 에스램(SRAM)의 스태틱 노이즈 마진(Static Noise Margin) 특성과 리드 노이즈 마진(Read Noise Margin) 특성을 이용하여 자연상태의 진난수를 발생할 수 있도록 한 진난수 발생용 에스램 셀 및 이를 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
근래 들어, 모바일(Mobile) 기기의 보급이 널리 확대되고 있고, 4차 산업(AI, IoT, 전기차, Big Data)에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 해킹으로 인한 피해가 급속하게 증가되고 있는 실정에 있다. 이에 따라, 통신보안의 문제가 심각하게 대두되고 있다. 이와 같은 통신보안의 문제를 해결하기 위한 일환으로써, 난수발생기를 이용한 보안코드(Security Code)가 제안되었다. 그런데, 이와 같은 보안코드는 미리 정해진 알고리즘이나 테이블을 이용하여 생성하기 때문에 안전성이 떨어지는 문제점이 있다. In recent years, the spread of mobile devices has been widely expanded, and research and development for the 4th industry (AI, IoT, electric vehicles, big data) is being actively performed. In this regard, the damage caused by hacking is rapidly increasing. Accordingly, the problem of communication security is seriously emerging. As part of solving the problem of communication security, a security code using a random number generator has been proposed. However, such a security code is generated by using a predetermined algorithm or a table, so there is a problem of inferior safety.
특히, AI와 딥러닝(Deep Learning) 기술의 발달은 통신보안에 대한 심각한 위협이 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 빛의 임의성(randomness)을 이용한 난수발생기가 제안되었다.(국내 등록특허 10-1729663, 미국 등록특허 US 9335973 B2) 그러나, 이러한 난수발생기는 LED를 이용한 광원부와 CIS(CMOS Image Sensor)와 같은 집광부 및 측정부를 구비하여야 하므로 그에 따른 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한 방사성 동위원소를 이용한 난수발생기는 비용 문제 외에 방사능 유출에 따른 안전의 문제가 발생할 수 있다.In particular, the development of AI and deep learning technologies is a serious threat to communication security. In order to solve this problem, a random number generator using randomness of light has been proposed. (Korean Patent No. 10-1729663, US Patent No. 9335973 B2) However, such a random number generator uses a light source unit using LEDs and a CIS (CMOS Image). Since a light collecting unit and a measuring unit such as a sensor must be provided, there is a problem in that the cost is high. In addition, a random number generator using radioisotopes may cause safety problems due to radiation leakage in addition to cost problems.
이밖에, SRAM(Static Random Access Memory)을 이용한 난수발생기가 제안되었는데, 이는 주로 퍼프(PUF: Physically Unclonable Function)로 많이 사용되고 있다(미국 특허 공개 US 2014/0040338). 퍼프(PUF)는 각 소자가 만들어진 공정의 임의성(randomness)에 따라 난수를 만들기 때문에 새롭게 동작할 때 마다 새로운 난수를 만들어내는 진난수 발생기와 달리 한 개의 소자 에서는 한 개의 난수만 발생하는 한계성을 갖는다. In addition, a random number generator using static random access memory (SRAM) has been proposed, which is mainly used as a physically unclonable function (PUF) (US Patent Publication No. US 2014/0040338). PUF generates random numbers according to the randomness of the process in which each device is made, so unlike a random number generator that generates a new random number every new operation, there is a limit that only one random number is generated in one device.
이밖에도 퍼프(PUF) 기술에 트랜지스터의 산화막 파괴(oxide breakdown) 전압을 이용하여 난수를 발생하는 난수 발생 기술과 반도체 컨택(contact) 공정의 임의성을 이용한 난수 발생 기술 등이 있으나, 이들 또한 모두 1회성 난수 만을 제공할 수 있는 한계가 있다.In addition, PUF technology includes random number generation technology that generates random numbers using oxide breakdown voltage of transistors, and random number generation technology that uses randomness of semiconductor contact process. There is a limit that can provide only.
본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 사물지능통신에 있어서 장치 간 또는 장치와 시스템 간의 보안인증에 필요로 하는 진난수를 에스램의 스태틱 노이즈 마진 특성과 리드 노이즈 마진 특성을 이용하여 발생하되, 저렴한 비용으로 구현하고 안정된 상태로 난수를 발생할 수 있도록 하는데 있다.The first problem to be solved by the present invention is generated by using the static noise margin characteristics and lead noise margin characteristics of the SRAM in the intelligent communication required for the security authentication between devices or between devices and systems in IoT communication, It is implemented at cost and can generate random number in stable state.
본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 사물지능통신에 있어서 장치 간 또는 장치와 시스템 간의 보안인증에 필요로 하는 진난수를 에스램의 스태틱 노이즈 마진 특성과 리드 노이즈 마진 특성을 이용하여 발생하되, SoC(System on Chip) 제품에 임베딩(Embedding) 하여 사용할 수 있도록 IP(Intellecture Property)화 하는데 있다. The second problem to be solved by the present invention is generated by using the static noise margin characteristics and lead noise margin characteristics of the SRAM, the random number required for security authentication between devices or between devices and systems in the IoT communication, SoC (System on Chip) It is to make IP (Intellecture Property) so that it can be embedded and used in the product.
본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는 사물지능통신에 있어서 장치 간 또는 장치와 시스템 간의 보안인증에 필요로 하는 진난수를 에스램의 스태틱 노이즈 마진 특성과 리드 노이즈 마진 특성을 이용하여 발생하되, 그 진난수 발생기를 에스램 컴파일러(SRAM Compiler)에 포함시켜서 설계자동화가 가능하도록 하는데 있다.A third problem to be solved by the present invention is to generate a random number required for security authentication between devices or between devices and systems in IoT communication using the static noise margin characteristics and lead noise margin characteristics of the SRAM, A random number generator is included in the SRAM compiler to enable design automation.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진난수 발생용 에스램 셀은, 각각의 인버터를 구성하는 제1피모스 트랜지스터 및 제1엔모스 트랜지스터, 제2피모스 트랜지스터 및 제2엔모스 트랜지스터를 구비하여 래치 기능을 수행하는 래치; 일측 단자가 비트라인에 연결되고, 타측 단자가 상기 제1피모스 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제1엔모스 트랜지스터의 일측 단자가 연결된 제1노드에 연결되고 게이트가 워드라인에 연결된 제1억세스용 엔모스 트랜지스터; 및 일측 단자가 비트바라인에 연결되고, 타측 단자가 상기 제2피모스 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제2엔모스 트랜지스터의 일측 단자가 연결된 제2노드에 연결되고 게이트가 상기 워드라인에 연결된 제2억세스용 엔모스 트랜지스터;를 포함하되, 상기 제1,2엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈를 상기 제1,2억세스용 엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈보다 작거나 같게 형성하여 노이즈 마진을 줄인 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the SRAM cell for generating a random number comprises: a first PMOS transistor and a first NMOS transistor, a second PMOS transistor, and a second NMOS constituting each inverter. A latch having a transistor to perform a latch function; A first access terminal having one terminal connected to a bit line, the other terminal connected to a first node connected to the other terminal of the first PMOS transistor and one terminal of the first NMOS transistor, and the gate connected to a word line. MOS transistor; And a second terminal having one terminal connected to a bit bar line, the other terminal connected to a second node connected with the other terminal of the second PMOS transistor and one terminal of the second NMOS transistor, and a gate connected to the word line. And an access NMOS transistor, wherein the size of each of the first and second NMOS transistors is smaller than or equal to the size of each of the first and second access NMOS transistors, thereby reducing noise margin.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 진난수 발생용 에스램 셀을 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로는, 각각의 인버터를 구성하는 제1피모스 트랜지스터 및 제1엔모스 트랜지스터, 제2피모스 트랜지스터 및 제2엔모스 트랜지스터를 구비하여 래치 기능을 수행하는 래치, 일측 단자가 비트라인에 연결되고, 타측 단자가 상기 제1피모스 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제1엔모스 트랜지스터의 일측 단자가 연결된 제1노드에 연결되고 게이트가 워드라인에 연결된 제1억세스용 엔모스 트랜지스터 및 일측 단자가 비트바라인에 연결되고, 타측 단자가 상기 제2피모스 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제2엔모스 트랜지스터의 일측 단자가 연결된 제2노드에 연결되고 게이트가 상기 워드라인에 연결된 제2억세스용 엔모스 트랜지스터를 구비한 진난수 발생용 에스램 셀들이 어레이 형태로 배열된 에스램 셀 어레이; 상기 에스램 셀 어레이에 워드라인신호들을 공급하는 워드라인 드라이버; 및 상기 에스램 셀 어레이에 내부전원전압을 공급하는 파워 드라이버를 포함하되, 상기 제1,2엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈를 상기 제1,2억세스용 엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈보다 작거나 같게 형성하여 노이즈 마진을 줄인 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an SRAM cell array driving circuit including an SRAM cell for generating a random number includes: a first PMOS transistor and a first NMOS transistor constituting each inverter; A latch having a second PMOS transistor and a second NMOS transistor to perform a latch function, one terminal of which is connected to a bit line, and the other terminal of the other terminal of the first PMOS transistor and the first NMOS transistor A first access NMOS transistor connected to a first node having one terminal connected thereto and a gate connected to a word line, and one terminal connected to a bit bar line, and the other terminal connected to the other terminal and the second terminal of the second PMOS transistor. A second access NMOS transistor connected to a second node connected to one terminal of the NMOS transistor and a gate connected to the word line SRAM cell array having a random number generating SRAM cells having an array form; A word line driver supplying word line signals to the SRAM cell array; And a power driver for supplying an internal power supply voltage to the SRAM cell array, wherein the size of each of the first and second NMOS transistors is smaller than or equal to the size of each of the first and second access NMOS transistors. It is characterized by reducing the noise margin.
본 발명은 에스램(SRAM)의 스태틱 노이즈 마진(Static Noise Margin) 특성과 리드 노이즈 마진(Read Noise Margin) 특성을 이용하여 자연상태의 진난수를 발생할 수 있도록 함으로써, 사물지능통신에 있어서 장치 간에 또는 장치와 시스템 간의 안전한 보안인증이 가능한 효과가 있다.The present invention can generate a natural random number by using the static noise margin and read noise margin characteristics of SRAM, so that devices can communicate with each other or Safe security authentication between device and system is possible.
또한, 일반적으로 사용하는 에스램 셀 메모리를 이용하기 때문에 이미 검증된 장치나 프로그램을 재사용할 수 있고, 비교적 저렴하고 안전하게 보안인증 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the use of commonly used SRAM cell memory can be reused devices or programs that have already been verified, there is an effect that can be configured in a relatively cheap and secure security authentication system.
또한, 진난수 발생용 에스램 셀 어레이, 워드라인 드라이버 및 파워 드라이버를 모듈 형태로 설계할 수 있으므로 기존의 에스램 컴파일러에 용이하게 적용할 수 있고, 이를 통해 설계자동화를 실현할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the random number generation SRAM cell array, the word line driver and the power driver can be designed in a module form, it can be easily applied to the existing SRAM compiler, thereby realizing design automation.
도 1은 본 발명에 의한 진난수 발생용 에스램 셀의 회로도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 진난수 발생용 에스램 셀의 회로도.
도 3은 에스램 셀의 스태틱 노이즈 마진 특성 그래프.
도 4는 에스램 셀의 리드 노이즈 마진 특성 그래프.
도 5는 본 발명에 따라 불안정 상태를 갖는 에스램 셀의 리드 노이즈 마진 특성 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 진난수 발생용 에스램 셀을 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로의 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 진난수 발생기를 구비한 에스램 구동회로의 블록도.
도 8은 본 발명에 따른 진난수 발생용 에스램 셀의 단면도.1 is a circuit diagram of an SRAM cell for generating a genuine water according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of an SRAM cell for generating random water according to another embodiment of the present invention. FIG.
3 is a static noise margin characteristic graph of an SRAM cell.
4 is a graph of lead noise margin characteristics of an SRAM cell.
5 is a graph of lead noise margin characteristics of an SRAM cell having an unstable state according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of an SRAM cell array driving circuit having an SRAM cell for generating a random number according to another embodiment of the present disclosure. FIG.
Figure 7 is a block diagram of an SRAM drive circuit having a true water generator according to the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view of the SRAM cell for generating a genuine water in accordance with the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 진난수 발생용 에스램(SARM: Static Ramdom Access Memory) 셀의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a static random number access memory (SARM) cell according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 진난수 발생용 에스램 셀(100)은 각각의 인버터를 구성하는 피모스 트랜지스터 및 엔모스 트랜지스터(MP1,MN1),(MP2,MN2)를 구비하여 래치 기능을 수행하는 래치(110), 일측 단자(드레인)가 비트라인(BL)에 연결되고, 타측 단자(소스)가 상기 피모스 트랜지스터 및 엔모스 트랜지스터(MP1,MN1)의 노드(n1)에 연결되며, 게이트가 워드라인(WL)에 연결된 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN3), 및 일측 단자(드레인)가 비트바라인(/BL)에 연결되고, 타측 단자(소스)가 상기 피모스 트랜지스터 및 엔모스 트랜지스터(MP2,MN2)의 노드(n2)에 연결되며, 게이트가 상기 워드라인(WL)에 연결된 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN4)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
본 발명의 제1특징은 진난수 발생용 에스램 셀(100)에서 래치를 구성하는 트랜지스터와 억세스 트랜지스터 간의 사이즈 비율을 조정하여, 리드 노이즈 마진(RNM: Read Noise Margin)이 불안정한 상태로 되게 하여 진난수를 발생하는 것이다.According to a first aspect of the present invention, a read noise margin (RNM) becomes unstable by adjusting a size ratio between a transistor constituting a latch and an access transistor in the
일반적으로, 에스램 셀은 정적 상태(Static State)와 동작 상태(Opertaion State) 중에서 어느 하나의 상태를 갖게 되지만, 본 발명에 따른 진난수 발생용 에스램 셀(100)은 불안정 상태(Unstable State or Unknown State)를 갖는다. 상기 정적 상태는 워드라인(WL)에 '로우'가 공급되어 억세스용 엔모스 트랜지스터(N 채널 MOS 트랜지스터)(MN3) 및 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN4)가 오프된 상태이다. 상기 동작 상태는 워드라인(WL)에 '하이'가 공급되어 상기 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN3),(MN4)가 온된 상태이다.In general, the SRAM cell has one of a static state and an operating state, but the random number generating
도 3은 에스램 셀(100A)의 스태틱 노이즈 마진(SNM: Static Noise Margin) 특성을 나타낸 것이고, 도 4는 에스램 셀(100A)의 리드 노이즈 마진(RNM: Read Noise Margin) 특성을 나타낸 것이다.3 illustrates a static noise margin (SNM) characteristic of the SRAM cell 100A, and FIG. 4 illustrates a read noise margin (RNM) characteristic of the SRAM cell 100A.
상기 래치(110)를 구성하는 엔모스 트랜지스터(MN1,MN2)의 사이즈(트랜지스터의 너비(width)를 길이(length)로 나눈 값)를 상기 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN3)과 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN4)의 사이즈보다 각기 작거나 같게 형성하면 진난수 발생용 에스램 셀(100)의 리드 노이즈 마진 특성이 도 4와 같이 안정 상태로 고정되지 않고 도 5와 같이 불안정 상태(P3: unknown state)로 된다. The size of the NMOS transistors MN1 and MN2 constituting the latch 110 (the value obtained by dividing the width of the transistor by the length) is the access NMOS transistor MN3 and the access NMOS transistor. If they are formed to be smaller than or equal to the size of MN4, the lead noise margin characteristic of the
이에 따라, 진난수 발생용 에스램 셀(100)의 동작상태(Operation State)에서 그 진난수 발생용 에스램 셀(100)을 통해 진난수(random 한 data)를 발생할 수 있게 된다. Accordingly, random data may be generated through the random number
이와 같은 진난수 발생용 에스램 셀(100)은 모듈(블록) 형태로 설계할 수 있기 때문에 기존의 에스램 컴파일러(SRAM Compiler)에 용이하게 적용할 수 있고, 이를 통해 설계 자동화를 실현할 수 있게 된다.Since the random number
한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 진난수 발생용 에스램 셀의 회로도를 나타낸 것이다. 도 2를 도 1과 비교할 때, 도 1은 진난수 발생용 에스램 셀(100)이 싱글 포트(single port)를 구비한 것에 비하여, 도 2는 진난수 발생용 에스램 셀(200)이 듀얼 포트(dual port)를 구비한 것이 다른 점이다. On the other hand, Figure 2 shows a circuit diagram of an SRAM cell for generating a random number according to another embodiment of the present invention. 2 is compared with FIG. 1, FIG. 1 shows that the
진난수 발생용 에스램 셀(200)은 비트라인(BLA),(BLB)을 래치(210)에 연결하기 위해 전송게이트 역할을 하는 엔모스 트랜지스터(MN21),(MN22)와 비트바라인(/BLA),(/BLB)을 래치(210)에 연결하기 위해 전송게이트 역할을 하는 엔모스 트랜지스터(MN23),(MN24)를 구비한다. The random number
진난수 발생용 에스램 셀(200)에서, 래치(210)를 구성하는 엔모스 트랜지스터(MN1, MN2)의 사이즈를 상기 엔모스 트랜지스터(MN21,MN22),(MN23,MN24)의 사이즈보다 각기 작거나 같게 형성하면 진난수 발생용 에스램 셀(200)의 리드 노이즈 마진 특성이 도 4와 같이 안정 상태로 되지 않고 도 5와 같이 불안정 상태로 된다. In the
이에 따라, 진난수 발생용 에스램 셀(200)의 동작 상태에서 그 진난수 발생용 에스램 셀(200)을 통해 진난수를 발생할 수 있게 된다. Accordingly, in the operating state of the true random number generating
본 발명의 제2특징은 진난수 발생용 에스램 셀(100)의 노드 전압의 레벨이 전원전압이나 그라운드 전압의 레벨로 치우치지 않고, 그들의 중간 레벨을 갖도록 하여 진난수 발생용 에스램 셀(100)의 기생 커패시터나 저항 또는 센스앰프의 오프셋 값의 차이에 의해 리드 데이터 값이 결정되도록 하는 방식으로 진난수를 발생하는 것이다.The second feature of the present invention is that the level of the node voltage of the random number generating
워드라인(WL)에 '하이'를 공급하여 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN3),(MN4)를 온시킨 상태에서, 전원전압(VDD)의 레벨을 그라운드 레벨인 0V부터 목표 레벨까지 상승시키면 불안정 상태의 리드 노이즈 마진(RNM) 특성을 갖는 진난수 발생용 에스램 셀(100) 내부의 노드(n1,n2)의 전압은 내부전원전압(VDDI)이나 그라운드 전압의 레벨로 치우치지 않고 기생저항의 값이나 기생커패시터의 용량값에 의해 내부전원전압(VDDI)과 그라운드 전압 간의 중간 레벨의 전압으로 설정된다. 즉, 상기 노드(n1,n2)의 전압은 도 4에서 P1,P2,P3 존(zone) 중 어느 하나의 존으로 고정되지 않고, 상기 기생저항의 값이나 기생커패시터의 용량값에 따라 이들 중에서 임의의 존으로 설정된다. 상기 내부전원전압(VDDI)은 상기 전원전압(VDD)으로부터 분압된 전압이다. When the high voltage is supplied to the word line WL and the access NMOS transistors MN3 and MN4 are turned on, when the level of the power supply voltage VDD is raised from the ground level of 0V to the target level, it is unstable. The voltages of the nodes n1 and n2 in the random number
이와 같은 상태에서 진난수 발생용 에스램 셀(100)의 데이터를 읽어내면 일관성 있게 '0'이나 '1'로 읽혀지는 것이 아니라, 비트라인(BL)과 비트바라인(/BL)의 전압 차이가 아주 작아서 래치(110)를 구성하는 피모스 및 엔모스 트랜지스터(MP1,MN1),(MP2,MN2)의 오프셋 값의 차이 또는 기생 커패시터나 기생 저항의 차이 또는 비트라인(BL)과 비트바라인(/BL)에 연결된 센스앰프의 오프셋 값 차이에 의해 불안정하게 '0'이나 '1'로 읽혀진다.In this state, when the data of the random number
이에 따라, 진난수 발생용 에스램 셀(100)로부터 데이터를 읽어내는 리드 모드(read mode)에서 그 진난수 발생용 에스램 셀(100)을 통해 진난수(random 한 data)를 발생할 수 있게 된다. Accordingly, random data may be generated through the random number
이와 같은 상태에서, 상기 워드라인(WL)에 공급되는 '하이'를 '로우'로 천이시키면 상기 억세스용 엔모스 트랜지스터(MN3),(MN4)가 오프되어 상기 진난수 발생용 에스램 셀(100)이 도 3과 같은 스태틱 노이즈 마진 특성을 나타내므로 진난수 발생용 에스램 셀(100)의 진난수 발생동작이 종료된다.In this state, when the 'high' supplied to the word line WL is shifted to 'low', the access NMOS transistors MN3 and MN4 are turned off to generate the
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진난수 발생용 에스램 셀을 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로를 나타낸 것이다.Meanwhile, FIG. 6 illustrates an SRAM cell array driving circuit having an SRAM cell for generating random water according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 에스램 셀 어레이 구동회로(300)는 에스램 셀 어레이(310), 워드라인 드라이버(320) 및 파워 드라이버(330)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the SRAM cell
에스램 셀 어레이(310)은 어레이 형태로 배열된 도 1 또는 도 2와 같은 진난수 발생용 에스램 셀(311)을 구비하여 상기 제1특징이나 제2특징에 따른 진난수를 발생한다. The
워드라인 드라이버(320)는 상기 에스램 셀 어레이(310)에 워드라인신호 WL[0]-WL[n]를 공급한다.The
파워 드라이버(330)는 상기 에스램 셀 어레이(310)에 내부전원전압(VDDI)을 공급한다.The
이때, 워드라인 드라이버(320)에서 출력되는 상기 워드라인신호 WL[0]-WL[n]의 슬로프를 적절히 조절하거나, 파워 드라이버(330)에서 출력되는 상기 내부전원전압(VDDI)의 슬로프를 적절히 조절하면, 상기 에스램 셀 어레이(310)의 진난수 발생용 에스램 셀(311)들 중에서 일부는 스태틱 상태(Static State) 에 놓이고 나머지는 동작 상태(Operation State) 상태에 놓이게 된다. At this time, the slope of the word line signals WL [0] -WL [n] output from the
여기서, 상기 워드라인 드라이버(320)에서 출력되는 워드라인신호 WL[0]-WL[n]의 슬로프나 상기 파워 드라이버(330)에서 출력되는 내부전원전압(VDDI)의 슬로프는 열잡음(thermal noise)이나 플리커 노이즈(1/f noise) 또는 파워 노이즈(power noise)에 의해 영향을 받게 되고, 알파입자(alpha particle)에 의해 셀 데이터(cell data)도 영향을 받게 된다.Here, the slopes of the word line signals WL [0] -WL [n] output from the
결국, 상기 진난수 발생용 에스램 셀(311)들이 스태틱(static) 상태에 놓이거나 동작(operation) 상태에 놓이게 되는 것은 노이즈에 의해 결정되기 때문에 에스램 셀 어레이(310)를 동작시킬 때 마다 이로부터 랜덤한 데이터(진난수)를 발생할 수 있게 된다.As a result, since the random number generating
이에 더하여, 상기 워드라인 드라이버(320)에서 출력되는 워드라인신호 WL[0]-WL[n]의 슬로프나 상기 파워 드라이버(330)에서 출력되는 내부전원전압(VDDI)의 슬로프를 소정 주기마다 바꿔주고, 비트라인(BL)과 비트바라인(/BL) 사이의 전압이 디벨로프(develop)되는 지연시간도 일정 주기마다 바꿔주면 더욱 랜덤성이 강한 진난수를 발생할 수 있게 된다. In addition, the slope of the word line signals WL [0] -WL [n] output from the
상기 에스램 셀 어레이(310), 워드라인 드라이버(320) 및 파워 드라이버(330)를 모듈 형태로 제조하여 에스램 컴파일러에 용이하게 적용할 수 있게 함으로써, 설계 자동화가 가능하게 된다.The
한편, 도 7은 본 발명에 따른 진난수 발생기(TRNG: True Random Number Generator)를 구비한 에스램 구동회로의 블록도를 나타낸 것이다.On the other hand, Figure 7 shows a block diagram of an SRAM driving circuit having a true random number generator (TRNG) according to the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 에스램 구동회로(700)는 진난수 발생기용 셀 어레이(723), 진난수발생기용 워드라인 드라이버(721), 진난수발생기용 파워드라이버(722) 및 진난수발생기용 프리차지회로(720) 와 일반적인 셀 어레이(710), 워드라인 드라이버(730), 프리차지 회로(741), Y-디코더(742) 및 센스앰프 및 라이트 드라이버(743)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the
상기 난수발생기용 프리차지회로(720)를 난수를 발생하는 셀 어레이와 같은 엔웰(N-Well) 안에 배치하고, 난수를 발생하는 셀 어레이와 같은 내부전원전압(VDDI)을 사용한다. 난수를 발생하지 않는 셀 어레이와 프리차지 회로가 포함된 엔웰과 상기 엔웰은 분리시킨다.The random number generator
한편, 도 8은 본 발명에 따른 진난수 발생용 에스램 셀의 단면도를 나타낸 것으로, 종래의 에스램 셀과 비교할 때 종래의 에스램 셀의 경우 에스램 셀의 래치의 전원단자에 직접 전원전압(VDD)이 공급되는 것에 비하여, 본 발명에 따른 진난수 발생용 에스램 셀에서는 파워 드라이버의 피모스 트랜지스터(MP) 및 엔모스 트랜지스터(MN)에 의해 전원전압(VDD)으로부 분압된 내부전원전압(VDDI)을 에스램 셀의 래치에 공급하는 차이점이 있다.On the other hand, Figure 8 is a cross-sectional view of the SRAM cell for generating a random number according to the present invention, when compared with the conventional SRAM cell, in the case of the conventional SRAM cell, the power supply voltage ( Compared to the VDD), the internal power supply voltage divided by the PMOS transistor MP and the NMOS transistor MN of the power driver in the power supply voltage VDD in the SRAM cell for generating a random number according to the present invention. There is a difference in supplying (VDDI) to the latch of the SRAM cell.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various embodiments based on the basic concept of the present invention defined in the following claims. Such embodiments are also within the scope of the present invention.
100,200:진난수 발생용 에스램 셀 110 : 래치
300 : 에스램 셀 어레이 구동회로 310 : 에스램 셀 어레이
320 : 워드라인 드라이버 330 : 파워 드라이버100,200:
300: SRAM cell array driving circuit 310: SRAM cell array
320: Wordline driver 330: Power driver
Claims (8)
일측 단자가 비트라인에 연결되고, 타측 단자가 상기 제1피모스 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제1엔모스 트랜지스터의 일측 단자가 연결된 제1노드에 연결되고 게이트가 워드라인에 연결된 제1억세스용 엔모스 트랜지스터; 및
일측 단자가 비트바라인에 연결되고, 타측 단자가 상기 제2피모스 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제2엔모스 트랜지스터의 일측 단자가 연결된 제2노드에 연결되고 게이트가 상기 워드라인에 연결된 제2억세스용 엔모스 트랜지스터;를 포함하되,
상기 제1노드 및 제2노드의 전압은
내부전원전압과 그라운드 전압의 중간 레벨로 설정되고,
상기 제1,2엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈를 상기 제1,2억세스용 엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈보다 작거나 같게 형성하여 노이즈 마진을 줄인 것을 특징으로는 하는 진난수 발생용 에스램 셀.
A latch including a first PMOS transistor, a first NMOS transistor, a second PMOS transistor, and a second NMOS transistor constituting each inverter to perform a latch function;
A first access terminal having one terminal connected to a bit line, the other terminal connected to a first node connected to the other terminal of the first PMOS transistor and one terminal of the first NMOS transistor, and the gate connected to a word line. MOS transistor; And
A second access having one terminal connected to a bit bar line, the other terminal connected to a second node connected to the other terminal of the second PMOS transistor and the one terminal of the second NMOS transistor, and a gate connected to the word line Including; for NMOS transistor,
The voltage of the first node and the second node is
It is set to the middle level between the internal power supply voltage and the ground voltage.
The size of each of the first and second NMOS transistors is smaller than or equal to the size of each of the first and second access NMOS transistors, so that the noise margin is reduced.
전원전압으로부터 분압된 전압인 것을 특징으로는 하는 진난수 발생용 에스램 셀.
The method of claim 1, wherein the internal power supply voltage
An SRAM cell for generating genuine water, characterized in that a voltage divided by a power supply voltage.
상기 에스램 셀 어레이에 워드라인신호들을 공급하는 워드라인 드라이버; 및
상기 에스램 셀 어레이에 내부전원전압을 공급하는 파워 드라이버를 포함하되,
상기 제1노드 및 제2노드의 전압은
내부전원전압과 그라운드 전압의 중간 레벨로 설정되고,
상기 제1,2엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈를 상기 제1,2억세스용 엔모스 트랜지스터 각각의 사이즈보다 작거나 같게 형성하여 노이즈 마진을 줄인 것을 특징으로는 하는 진난수 발생용 에스램 셀을 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로.
A latch having a first PMOS transistor, a first NMOS transistor, a second PMOS transistor, and a second NMOS transistor constituting each inverter to perform a latch function, and one terminal thereof is connected to the bit line, and the other terminal thereof. Is connected to a first node connected to the other terminal of the first PMOS transistor and one terminal of the first NMOS transistor, and the first access NMOS transistor and one terminal of which the gate is connected to the word line are connected to the bit bar line. And a second terminal having a second access NMOS transistor connected to a second node connected to the other terminal of the second PMOS transistor and one terminal of the second NMOS transistor, and having a gate connected to the word line. An SRAM cell array in which random number generation SRAM cells are arranged in an array form;
A word line driver supplying word line signals to the SRAM cell array; And
Including a power driver for supplying an internal power supply voltage to the SRAM cell array,
The voltage of the first node and the second node is
It is set to the middle level between the internal power supply voltage and the ground voltage.
The first and second NMOS transistors each have a size smaller than or equal to the size of each of the first and second access NMOS transistors, thereby reducing noise margin. SRAM cell array driving circuit.
상기 워드라인신호들의 슬로프를 조절하여 상기 에스램 셀 어레이의 진난수 발생용 에스램 셀들 중에서 일부는 스태틱(static) 상태에 놓이고 나머지는 동작(operation) 상태에 놓이도록 하는 것을 특징으로는 하는 진난수 발생용 에스램 셀을 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로.
The method of claim 4, wherein the wordline driver
The slope of the word line signals is adjusted so that some of the random number generating SRAM cells of the SRAM cell array are placed in a static state and others are placed in an operation state. An SRAM cell array driving circuit having a random number generation SRAM cell.
상기 내부전원전압의 슬로프를 조절하여 상기 에스램 셀 어레이의 진난수 발생용 에스램 셀들 중에서 일부는 스태틱(static) 상태에 놓이고 나머지는 동작(operation) 상태에 놓이도록 하는 것을 특징으로는 하는 진난수 발생용 에스램 셀을 구비한 에스램 셀 어레이 구동회로.
The method of claim 4, wherein the power driver
Adjusting the slope of the internal power supply voltage so that some of the random number generation SRAM cells of the SRAM cell array is placed in a static (static) state, the rest is in an operation (operation) state An SRAM cell array driving circuit having a random number generation SRAM cell.
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