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JP5308658B2 - Method for generating identification information of semiconductor integrated circuit - Google Patents
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JP5308658B2 JP2007322462A JP2007322462A JP5308658B2 JP 5308658 B2 JP5308658 B2 JP 5308658B2 JP 2007322462 A JP2007322462 A JP 2007322462A JP 2007322462 A JP2007322462 A JP 2007322462A JP 5308658 B2 JP5308658 B2 JP 5308658B2
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Description

本発明は半導体集積回路を対象とし、個々の半導体集積回路に固有の識別情報を生成する機能を具備した半導体集積回路及びその応用装置に関する。   The present invention is directed to a semiconductor integrated circuit, and relates to a semiconductor integrated circuit having a function of generating identification information unique to each semiconductor integrated circuit and its application device.

特開2004−101253号公報に示されるように、複数のセンサ機能付き半導体集積回路によって生体及び化学試料の複数項目を計測するシステムが提案されている。このシステムでは、試料溶液の入った一つの反応セルに複数のセンサ機能付き半導体集積回路が投入される。各半導体集積回路には異なる検出対象物に特異的に結合するリガンドがそれぞれ固定されており、各検出対象物の検出量に応じて信号が出力される。ここでセンサ機能付き半導体集積回路には識別情報が付与されており、各半導体集積回路のセンサ情報は識別情報を使って個別に読み出され、複数の検出対象物について一括して計測することができる。また、WO02/45139には、半導体集積回路の選別にあたり、多数の同一仕様チップを識別するため、各チップに識別情報を付与して、選別結果と対応させて記録することが記載されている。   As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101253, a system for measuring a plurality of items of biological and chemical samples using a plurality of semiconductor integrated circuits with sensor functions has been proposed. In this system, a plurality of semiconductor integrated circuits with sensor functions are put into one reaction cell containing a sample solution. In each semiconductor integrated circuit, a ligand that specifically binds to a different detection target is fixed, and a signal is output according to the detection amount of each detection target. Here, identification information is given to the semiconductor integrated circuit with the sensor function, and the sensor information of each semiconductor integrated circuit is individually read out using the identification information, and a plurality of detection objects can be measured collectively. it can. Further, WO02 / 45139 describes that in order to identify a large number of identical specification chips when sorting semiconductor integrated circuits, identification information is given to each chip and recorded in correspondence with the sorting result.

特開2004−101253号公報JP 2004-101253 A 特開2006−085411号公報JP 2006-085411 A 特許第2980576号公報Japanese Patent No. 2980576 WO02/45139WO02 / 45139 特開2006−85411号公報JP 2006-85411 A

特開2004−101253号公報に開示されたセンサ機能付き半導体集積回路をつかった測定システムにおいて、個々の半導体集積回路は固有の識別情報をもっており、複数個の半導体集積回路からのセンサ情報を同時に処理することが可能である。本発明は、半導体集積回路への識別情報付与について最適の方法を提供するものである。個々の半導体集積回路を識別するため、識別情報に求められる主な仕様は次の2点である。
(1) 異なる半導体集積回路の識別情報が互いに一致する確率が十分に小さいこと(チップ間特異性)
(2) 同一の半導体集積回路の識別情報が変動する確率が十分に小さいこと(同一チップ再現性)
上記(1)(2) を満足する従来の方法として、(a)半導体集積回路内にROM(Read Only Memory)を設けてここに識別情報を書き込む、(b)半導体集積回路内に電気的に書込み可能な不揮発メモリを設けてここに識別情報を書き込む、(c)半導体集積回路内に電流、光、機械的カッターなどによって加工可能なヒューズを設けてこれを加工することによって識別情報を書き込む、などがある。特異性を実現する回路については、例えば特許第2980576号公報に記載されているように多くの方式が提案されている。
In a measurement system using a semiconductor integrated circuit with a sensor function disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101253, each semiconductor integrated circuit has unique identification information, and simultaneously processes sensor information from a plurality of semiconductor integrated circuits. Is possible. The present invention provides an optimum method for providing identification information to a semiconductor integrated circuit. In order to identify individual semiconductor integrated circuits, the main specifications required for the identification information are the following two points.
(1) The probability that the identification information of different semiconductor integrated circuits match each other is sufficiently small (specificity between chips)
(2) The probability that the identification information of the same semiconductor integrated circuit will fluctuate is sufficiently small (same chip reproducibility)
As a conventional method satisfying the above (1) and (2), (a) a ROM (Read Only Memory) is provided in the semiconductor integrated circuit and identification information is written therein; (b) electrically in the semiconductor integrated circuit. A writable nonvolatile memory is provided and identification information is written therein. (C) A fuse that can be processed by a current, light, mechanical cutter, etc. is provided in the semiconductor integrated circuit, and the identification information is written by processing the fuse. and so on. As for a circuit that realizes the singularity, many methods have been proposed as described in, for example, Japanese Patent No. 2980576.

上記(a)−(c)に示した従来方法による同一チップ再現性について検討する。(a)については、配線、あるいは拡散層のパターンをチップごとに変えることによって実現する。そのために、チップ製造工程においてチップごとにパターンを変えたフォトマスクを使うか、粒子線あるいはレーザなどによるマスクレスの露光手段を使う。フォトマスクでは異チップ間乱数性を実現するために、マスクを露光工程ごとに取り替える必要があり、製造コストが高くなる。一方、マスクレスの手段では製造のスループットが下がる。(b)については、不揮発メモリを形成するための特別な製造工程が必要となり、やはりコストが増大する。また、一般に電気的に書き換え可能な不揮発メモリでは昇圧回路などメモリセル以外の周辺回路の占める面積が大きく、チップ面積が増大する。(c)では、チップ1個ごとの加工が必要となるため、製造のスループットが低下する。   The same chip reproducibility by the conventional method shown in the above (a) to (c) will be examined. (A) is realized by changing the pattern of the wiring or diffusion layer for each chip. For this purpose, a photomask whose pattern is changed for each chip in the chip manufacturing process is used, or a maskless exposure means such as a particle beam or a laser is used. In the photomask, in order to realize the randomness between different chips, it is necessary to replace the mask for each exposure process, which increases the manufacturing cost. On the other hand, the maskless means lowers the manufacturing throughput. With regard to (b), a special manufacturing process for forming a nonvolatile memory is required, which also increases the cost. In general, in electrically rewritable nonvolatile memories, the area occupied by peripheral circuits other than memory cells such as a booster circuit is large, and the chip area increases. In (c), since it is necessary to process each chip, the manufacturing throughput is reduced.

これらの問題を解決する一手段として、WO02/45139に、MOSトランジスタの閾値電圧などの品質保証上許容された範囲内の特性ばらつきを利用し、インバータ回路の静特性の変動を増幅して識別情報を生成する方法が提案されている。しかし、素子特性のランダムなばらつきが小さく、回路パターンなどに依存する系統的な特性ばらつきが支配的になると、識別情報が一致してしまうケースが多くなり、識別情報のチップ間特異性が損なわれる。また、素子特性のばらつきが小さいとコンパレータへの入力信号が小さくなり、MOSの熱雑音と同程度になると、サンプリングごとの値変動の頻度が増大し、識別情報の同一チップ再現性が損なわれる。   As one means for solving these problems, WO02 / 45139 uses the characteristic variation within the allowable range for quality assurance, such as the threshold voltage of the MOS transistor, and amplifies the variation of the static characteristic of the inverter circuit to identify the identification information. A method of generating is proposed. However, if random variations in device characteristics are small and systematic characteristic variations that depend on circuit patterns, etc. become dominant, identification information often coincides and the inter-chip specificity of identification information is impaired. . Also, if the variation in element characteristics is small, the input signal to the comparator is small, and if it is about the same as the thermal noise of the MOS, the frequency of value fluctuation for each sampling increases, and the same chip reproducibility of identification information is impaired.

本発明は、半導体集積回路を構成するMOSトランジスタなどの品質保証上許容された範囲の特性ばらつきを利用しながら、従来技術による問題、すなわち製造コスト、製造スループットそして識別情報のチップ間特異性及び同一チップ再現性に関する問題の解決を図る方法を提供するものである。   The present invention uses the characteristics variation within the allowable range for quality assurance, such as MOS transistors constituting a semiconductor integrated circuit, while the problems with the prior art, that is, the manufacturing cost, the manufacturing throughput, and the inter-chip specificity and identity of the identification information are the same. A method for solving problems related to chip reproducibility is provided.

本発明は、半導体集積回路を構成するMOSトランジスタなどの品質保証上許容された範囲の複数種の特性ばらつき、例えばMOSトランジスタの閾値電圧、寄生容量、寄生抵抗を利用し、寄生容量のように過渡特性に影響を与える特性ばらつきを利用するために、ゲート出力をサンプリングすることを第1の手段とする。また、サンプリングを複数回実行し、サンプリング結果を解析して多数を占める値をもって識別情報の一部とすることを第2の手段とする。   The present invention utilizes a plurality of types of characteristic variations within a range permitted for quality assurance, such as a MOS transistor constituting a semiconductor integrated circuit, for example, a threshold voltage, a parasitic capacitance, and a parasitic resistance of a MOS transistor. Sampling the gate output is a first means in order to use the characteristic variation that affects the characteristic. The second means is to execute sampling a plurality of times, analyze the sampling result, and use a value that occupies a large number as part of the identification information.

第1の手段は、「過渡的オフセット検出法」により実現できる。図1に示すように、基準電源発生回路15がオフセット検出回路11に接続され、基準電源発生回路15の出力によってオフセット検出回路11の動作点を決める。また、オフセット検出回路11にはタイミング生成回路12が接続され、タイミング生成回路12の出力で規定されるタイミングで一対のオフセット検出回路11と比較回路13が起動し、やはりタイミング発生回路12で発生されるタイミング信号で、オフセット検出回路11に含まれる一対のオフセット検出回路要素の比較出力がラッチ回路14において保持される。この値をもって、識別情報を構成するチップ固有ID(UIDc)の1ビットとする。タイミング生成回路12と基準電源発生回路15を共通とし、オフセット検出回路11、比較回路13、ラッチ回路14からなる回路ブロック10aを所定のビット数分だけ並列に設けた回路ブロックをUIDc生成回路と呼ぶ。   The first means can be realized by the “transient offset detection method”. As shown in FIG. 1, the reference power supply generation circuit 15 is connected to the offset detection circuit 11, and the operating point of the offset detection circuit 11 is determined by the output of the reference power supply generation circuit 15. A timing generation circuit 12 is connected to the offset detection circuit 11, and a pair of offset detection circuits 11 and a comparison circuit 13 are activated at a timing defined by the output of the timing generation circuit 12, and are also generated by the timing generation circuit 12. The latch circuit 14 holds the comparison output of the pair of offset detection circuit elements included in the offset detection circuit 11. This value is used as one bit of the chip unique ID (UIDc) constituting the identification information. A circuit block in which the timing generation circuit 12 and the reference power generation circuit 15 are shared, and the circuit block 10a including the offset detection circuit 11, the comparison circuit 13, and the latch circuit 14 is provided in parallel for a predetermined number of bits is called a UIDc generation circuit. .

第2の手段は、「多数決法」により実現できる。図7に示すように、タイミング生成回路12において制御信号に同期してオフセット検出回路11と比較回路13の起動からラッチ回路14によるオフセット比較出力の保持までのシーケンスを複数回実行し、各回のラッチ出力の値が‘0’であった回数と‘1’であった回数をカウンタ回路17によって計数する。判定回路18によって最も計数値の大きかった値を、UIDcにおける当該ビットの値と定める。   The second means can be realized by the “majority method”. As shown in FIG. 7, the timing generation circuit 12 executes the sequence from the activation of the offset detection circuit 11 and the comparison circuit 13 to the holding of the offset comparison output by the latch circuit 14 in synchronization with the control signal a plurality of times. The counter circuit 17 counts the number of times the output value is “0” and the number of times the output value is “1”. The value having the largest count value is determined by the determination circuit 18 as the value of the bit in UIDc.

第1の「過渡的オフセット検出法」、すなわち複数種の特性ばらつき、例えばMOSの閾値電圧、寄生容量、寄生抵抗のばらつきを利用することで、識別情報が1種だけの特性ばらつきに依存することがなくなるため、チップ間特異性を向上することができる。図2は、従来技術であるインバータの静的な伝達特性をもってオフセットを検出する構成を示す図である。図2(c)において、あるインバータの伝達特性が110であったとし、もうひとつ別のインバータのpMOS21の閾値電圧が110の場合よりも小さい場合の伝達特性は112のようになる。これらの2つのインバータを一対としてオフセット検出回路とすると、このオフセット検出回路の出力を増幅することでUIDcの1ビットを生成できる。しかし、閾値電圧の差が小さくオフセット検出回路の出力が小さい場合には、UIDcにおける該当の1ビットは不安定になる。   By using the first “transient offset detection method”, that is, variations in characteristics of a plurality of characteristics, for example, variations in threshold voltage, parasitic capacitance, and parasitic resistance of a MOS, the identification information depends on only one characteristic variation. Therefore, the chip-specificity can be improved. FIG. 2 is a diagram showing a configuration for detecting an offset with a static transfer characteristic of an inverter as a conventional technique. In FIG. 2C, assuming that the transfer characteristic of one inverter is 110, the transfer characteristic when the threshold voltage of the pMOS 21 of another inverter is smaller than 110 is 112. When these two inverters are paired to form an offset detection circuit, one bit of UIDc can be generated by amplifying the output of the offset detection circuit. However, when the difference in threshold voltage is small and the output of the offset detection circuit is small, the corresponding 1 bit in UIDc becomes unstable.

そこで、図3(a)に示すpMOS30とnMOS31を直列に接続したオフセット検出回路要素の通電開始時における過渡特性に注目する。一対のオフセット検出回路要素をオフ状態からオン状態とするとpMOS及びnMOSのオン抵抗と負荷容量できまる時定数によって出力端の電圧が変化するので、あらかじめ定めた時間内の変化を読みとってその大小関係を比較することによって識別情報の1ビットとする。この過渡的オフセット検出法により、チップ間特異性を大きくすることができる。   Therefore, attention is paid to the transient characteristics at the start of energization of the offset detection circuit element in which the pMOS 30 and the nMOS 31 shown in FIG. When the pair of offset detection circuit elements is turned from the off state to the on state, the voltage at the output terminal changes depending on the time constant determined by the on resistance and load capacitance of the pMOS and nMOS. Is used as one bit of identification information. By this transient offset detection method, the inter-chip specificity can be increased.

第2の手段、すなわちサンプリングを複数回実行してサンプリング結果を解析して多数を占める値をもって識別情報の一部とすることで、同一チップ再現性を向上することができる。   The second chip, that is, sampling is performed a plurality of times, the sampling result is analyzed, and a value occupying a large number is used as a part of the identification information, so that the same chip reproducibility can be improved.

第1及び第2の手段に共通する効果は、通常のLSIプロセスだけを用いるために、安価かつ高製造スループットで固有の識別情報を備えた半導体集積回路の製造が可能となる点にある。   The effect common to the first and second means is that a semiconductor integrated circuit having unique identification information can be manufactured at a low cost with a high manufacturing throughput because only a normal LSI process is used.

本発明では、半導体集積回路を構成するMOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ダイオード、不純物拡散層、配線などの特性にかかわる複数の物理パラメータのばらつきによって、個々の半導体集積回路装置に固有の識別情報を生成する。従来技術との相違は、本発明は識別情報生成回路の過渡的な応答を用いること、そして識別情報生成回路のリセット、立ち上げ、出力ラッチを複数回繰り返し、各回の出力情報を積み上げて最も出現頻度の高い出力情報を選択することである。   In the present invention, identification information unique to each semiconductor integrated circuit device is generated based on variations in a plurality of physical parameters related to characteristics of a MOS transistor, a bipolar transistor, a diode, an impurity diffusion layer, a wiring, etc. constituting the semiconductor integrated circuit. . The difference from the prior art is that the present invention uses the transient response of the identification information generation circuit, and the identification information generation circuit is reset, started up, and the output latch is repeated a plurality of times, and the output information is accumulated each time. It is to select output information with high frequency.

ビット数Ncの2進数からなる識別情報を生成する回路の構成例を図1に示す。識別情報は、チップ固有ID(UIDc)ビット生成回路をNc個(10a,10b,…)並列に接続して生成されるビット数Ncの2進数によって構成される。UIDcビット生成回路10aは、オフセット検出回路11、比較回路12、ラッチ回路14から構成され、オフセット検出回路のpMOSとnMOSのゲートには基準電源回路15の出力が印加される。UIDcビット生成回路は、タイミング生成回路12によって回路のリセット、回路への通電、サンプリングなどが制御される。識別情報は、過渡応答をサンプリングし、比較回路13によって2値化し、これをラッチ回路14によってラッチしてUIDcの1ビットとする。   FIG. 1 shows an example of the configuration of a circuit that generates identification information composed of binary numbers having a bit number Nc. The identification information is constituted by a binary number having a bit number Nc generated by connecting Nc (10a, 10b,...) Chip unique ID (UIDc) bit generation circuits in parallel. The UIDc bit generation circuit 10a includes an offset detection circuit 11, a comparison circuit 12, and a latch circuit 14, and the output of the reference power supply circuit 15 is applied to the gates of the pMOS and nMOS of the offset detection circuit. In the UIDc bit generation circuit, the timing generation circuit 12 controls circuit reset, power supply to the circuit, sampling, and the like. The identification information samples the transient response, is binarized by the comparison circuit 13, and is latched by the latch circuit 14 to be 1 bit of UIDc.

UIDcビット生成回路10aにおける比較回路の構成方法に関する実施例を説明する。最初に比較のために、従来技術であるCMOSインバータによるオフセット検出回路要素を図2(a)に示す。図2(c)は、インバータの伝達特性を示す図である。WO02/45139にあるように、MOSインバータの入力と出力を接続することにより、出力端の電圧は論理閾値VMをとる。インバータの構成要素であるpMOS及びnMOSをそれぞれ抵抗R1とR2で置き換えた等価回路を図2(b)に示す。このとき端子Voutの電位は、電源電圧をVddとすると次式(1)のように表すことができる。MOSによるインバータの場合も、同様にpMOS、nMOSのコンダクタンスを考慮することにより、VMは次式(2)のように表すことができる。ここでkp及びknは、式(3)及び式(4)で定義される。μp、μnは正孔、電子の移動度、CoxはMOSのゲート酸化膜厚、W及びLはMOSのゲート幅とゲート長、VTp及びVTnはpMOS及びnMOSの閾値電圧である。 An embodiment relating to a configuration method of the comparison circuit in the UIDc bit generation circuit 10a will be described. For comparison, FIG. 2A shows an offset detection circuit element using a CMOS inverter as a conventional technique. FIG. 2C is a diagram illustrating the transfer characteristics of the inverter. As in WO02 / 45139, by connecting the input and output of the MOS inverter, the voltage at the output terminal assumes a logic threshold V M. FIG. 2B shows an equivalent circuit in which the pMOS and nMOS that are the components of the inverter are replaced by resistors R1 and R2, respectively. At this time, the potential of the terminal Vout can be expressed as the following equation (1), where the power supply voltage is Vdd . In the case of an inverter according to MOS, likewise pMOS, by considering the conductance of nMOS, V M can be expressed by the following equation (2). Here k p and k n is defined by the formula (3) and (4). μ p , μ n are the mobility of holes and electrons, C ox is the gate oxide thickness of the MOS, W and L are the gate width and length of the MOS, and V Tp and V Tn are the threshold voltages of the pMOS and nMOS. .

Figure 0005308658
Figure 0005308658

μp、μn、Cox、W、L、VTp及びVTnは、何れもMOS製造時のばらつきによって変動し、同じウェハの中でも分布をもち、たとえ隣り合ったMOSであっても厳密に同じ値とはならない。VTp及びVTnについてみると数mVの差が存在する。厳密に設計値どおりのMOSができた場合に、図2(c)に示す特性110であったとすると、nMOSのチャネル伝導度をpMOSに対して相対的に増加するパラメータ変動に対しては特性111の方向、pMOSのチャネル伝導度をnMOSに対して相対的に増加するパラメータ変動に対しては特性112の方向に伝達関数はシフトし、一対のインバータの出力の大小を比較回路によって2値化することにより、チップ固有の識別情報の1ビットとすることができる。 μ p , μ n , C ox , W, L, V Tp, and V Tn all vary due to variations in MOS manufacturing, have a distribution within the same wafer, and even if adjacent MOSs are strictly It will not be the same value. There is a difference of several mV in terms of V Tp and V Tn . If the MOS has been manufactured exactly as designed, and the characteristic 110 shown in FIG. 2C is obtained, the characteristic 111 against the parameter fluctuation that increases the channel conductivity of the nMOS relative to the pMOS. For the parameter fluctuation that increases the channel conductivity of the pMOS relative to the nMOS, the transfer function shifts in the direction of the characteristic 112, and the magnitude of the output of the pair of inverters is binarized by the comparison circuit. As a result, it is possible to use one bit of identification information unique to the chip.

本発明では、従来技術が利用した静的特性を決める物理パラメータだけでなく、動的な動作に影響を与える物理パラメータをも利用する。動的特性に影響を与える典型的なパラメータは静電容量である。これを図3により説明する。nMOS31のソース側と接地電位との間にスイッチ40を設け、このスイッチ40をオフ状態からオン状態に、同時にスイッチ56をオン状態からオフ状態にしてから一定時間td後の出力端子41の値を読み取る。   In the present invention, not only physical parameters that determine static characteristics used in the prior art but also physical parameters that affect dynamic operation are used. A typical parameter that affects dynamic properties is capacitance. This will be described with reference to FIG. A switch 40 is provided between the source side of the nMOS 31 and the ground potential, and the value of the output terminal 41 after a predetermined time td after the switch 40 is changed from the OFF state to the ON state and the switch 56 is simultaneously changed from the ON state to the OFF state. read.

ここで図中の34、35、36、37、38、39、46、47、48、49は静電容量を示す。これらは寄生的な静電容量を想定しているが、意図的に形成するものであってもよい。図3(a)の回路は、pMOS30のオン抵抗をR1とすることにより等価回路として図3(b)のように表せる。R1は図3(b)の抵抗44に対応する。出力端41の変化の時定数tLHは、式(5)のように表せる。 Here, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 46, 47, 48, and 49 in the figure indicate capacitances. These assume a parasitic capacitance, but may be intentionally formed. The circuit of FIG. 3A can be expressed as an equivalent circuit as shown in FIG. 3B by setting the on-resistance of the pMOS 30 to R1. R1 corresponds to the resistor 44 in FIG. The time constant t LH of the change of the output terminal 41 can be expressed as in Expression (5).

Figure 0005308658
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ここでR0はpMOS及びnMOSのオン抵抗、CLは静電容量34、35、36、37、38、39、48、49からそれぞれ決まる量である。図3(c)は、過渡特性を表す図である。pMOS、nMOS及び静電容量の値が正確に標準値であった場合のオフセット検出回路要素の過渡特性が113であったとすると、もうひとつ別のオフセット検出回路要素におけるインバータのpMOS21の閾値電圧が113の場合よりも小さい場合の伝達特性は114のようになる。本発明では、一対のオフセット検出回路要素における過渡特性に注目し、所定時刻の出力の大小によって識別情報の1ビットを生成する。 Here, R 0 is an on-resistance of the pMOS and nMOS, and C L is an amount determined from the capacitances 34, 35, 36, 37, 38, 39, 48, and 49, respectively. FIG. 3C is a diagram illustrating transient characteristics. Assuming that the transient characteristics of the offset detection circuit element when the values of pMOS, nMOS, and capacitance are exactly standard values are 113, the threshold voltage of the pMOS 21 of the inverter in another offset detection circuit element is 113. The transfer characteristic when it is smaller than the case is 114. In the present invention, attention is paid to transient characteristics in a pair of offset detection circuit elements, and 1 bit of identification information is generated depending on the magnitude of output at a predetermined time.

図3の例ではpMOSとnMOSを直列に接続することによりオフセット検出回路要素としていたが、図4に示すように、一方のMOSを受動型の抵抗に置き換えてもよい。図4(a)はnMOSを受動型抵抗に、図4(c)はpMOSを受動抵抗に置き換えた実施例である。図4(b)、(d)は、それぞれ図4(a)及び図4(c)のpMOS及びnMOSをそれぞれ抵抗R1とR2で置き換えた等価回路である。   In the example of FIG. 3, the pMOS and the nMOS are connected in series as an offset detection circuit element. However, as shown in FIG. 4, one of the MOSs may be replaced with a passive resistor. FIG. 4A shows an embodiment in which nMOS is replaced with a passive resistor, and FIG. 4C is an embodiment in which pMOS is replaced with a passive resistor. FIGS. 4B and 4D are equivalent circuits in which the pMOS and nMOS in FIGS. 4A and 4C are replaced with resistors R1 and R2, respectively.

図5に、本発明に基づくオフセット検出回路の構成例を示す。図3で示した2つのオフセット検出回路要素、すなわちpMOSトランジスタ30とnMOSトランジスタ31を直列に接続した第1のオフセット検出回路要素と、pMOSトランジスタ30aとnMOSトランジスタ31aを直列に接続した第2のオフセット検出回路要素を対として、双方のオフセット検出回路要素の出力端57及び58を短絡するイコライズ用スイッチ51を設ける。初期状態では、イコライズ用スイッチ51をオン、スイッチ40、40aをオフとする。動作時は、イコライズ用スイッチ51をオフ、スイッチ40、40aをオンとする。それぞれの出力端57、58には、MOSトランジスタのばらつきや寄生容量のばらつき反映した過渡応答が出力され、これを比較回路によって2値化することで識別情報の1ビットを得ることができる。   FIG. 5 shows a configuration example of an offset detection circuit according to the present invention. The two offset detection circuit elements shown in FIG. 3, that is, a first offset detection circuit element in which the pMOS transistor 30 and the nMOS transistor 31 are connected in series, and a second offset in which the pMOS transistor 30a and the nMOS transistor 31a are connected in series. An equalizing switch 51 for short-circuiting the output ends 57 and 58 of both offset detection circuit elements is provided with the detection circuit elements as a pair. In the initial state, the equalizing switch 51 is turned on and the switches 40 and 40a are turned off. During operation, the equalizing switch 51 is turned off and the switches 40 and 40a are turned on. Transient responses reflecting variations in MOS transistors and variations in parasitic capacitance are output to the respective output terminals 57 and 58, and 1 bit of identification information can be obtained by binarizing the response by a comparison circuit.

図6は、オフセット検出回路要素におけるMOSトランジスタの一部を受動抵抗に置き換えた場合の実施例を示す。これらのオフセット検出回路においても、初期状態ではイコライズ用スイッチ51をオン、スイッチ40、40aをオフとし、動作時にはイコライズ用スイッチ51をオフ、スイッチ40、40aをオンとすることにより、それぞれの出力端57、58には、MOSトランジスタのばらつきや寄生容量のばらつき反映した過渡応答が出力され、これを比較回路によって2値化することで識別情報の1ビットを得ることができる。   FIG. 6 shows an embodiment in which a part of the MOS transistor in the offset detection circuit element is replaced with a passive resistor. In these offset detection circuits, the equalizing switch 51 is turned on and the switches 40 and 40a are turned off in the initial state, and the equalizing switch 51 is turned off and the switches 40 and 40a are turned on during operation. 57 and 58 are output transient responses reflecting variations in MOS transistors and variations in parasitic capacitance. By binarizing the transient responses using a comparison circuit, one bit of identification information can be obtained.

オフセット検出回路出力を複数回サンプリングする識別情報生成回路の構成例を、図7に示す。これによりビット数Ncの2進数からなる識別情報を生成できる。チップ固有ID(UIDc)ビット生成回路をNc個(10a,10b,…)並列に接続することにより、ビット数Ncの識別情報を生成する。   A configuration example of an identification information generation circuit that samples the output of the offset detection circuit a plurality of times is shown in FIG. As a result, identification information composed of binary numbers having the bit number Nc can be generated. By connecting Nc (10a, 10b,...) Chip unique ID (UIDc) bit generation circuits in parallel, identification information of the number of bits Nc is generated.

UIDcビット生成回路10aは、オフセット検出回路11、比較回路13、ラッチ回路14から構成され、オフセット検出回路を構成するpMOSとnMOSのゲートには基準電源回路15の出力が印加される。UIDcビット生成回路はタイミング生成回路12によって回路のリセット、回路への通電そしてサンプリングなどが制御される。サンプリングされた識別情報は、過渡応答を比較回路13によって2値化し、これをラッチ回路14によって一時的に記録する。タイミング生成回路12によってサンプリングを複数回繰り返し、サンプリング結果をカウンタ回路17に入力する。カウンタ回路出力を判定回路18に入力することにより、複数のラッチ回路出力(サンプリング結果)の多数を占める値を求め、これをUIDcの1ビットとする。   The UIDc bit generation circuit 10a includes an offset detection circuit 11, a comparison circuit 13, and a latch circuit 14. The output of the reference power supply circuit 15 is applied to the gates of the pMOS and nMOS constituting the offset detection circuit. The UIDc bit generation circuit is controlled by the timing generation circuit 12 for resetting the circuit, energizing the circuit, sampling, and the like. For the sampled identification information, the transient response is binarized by the comparison circuit 13 and temporarily recorded by the latch circuit 14. Sampling is repeated a plurality of times by the timing generation circuit 12, and the sampling result is input to the counter circuit 17. By inputting the counter circuit output to the determination circuit 18, a value occupying the majority of the plurality of latch circuit outputs (sampling results) is obtained, and this is set as one bit of UIDc.

以下、UIDcビット生成回路10aの動作上の問題と解決法について述べる。ラッチ回路14でラッチされるデータは2値データでも多値データでもよいが、2値データの場合、2進法の‘0’あるいは‘1’が各回のサンプリングでラッチされる。同一チップ上に形成されたMOSなどのデバイスであっても正孔移動度μp、電子移動度μn、MOSゲート容量Cox、MOSゲート幅W、MOSゲート長L、pMOS閾値電圧VTp、nMOS閾値電圧VTn、寄生容量など、製造プロセスや材料不均一に起因する個々のデバイスパラメータについて、個々のデバイス固有のわずかな違いがある。オフセット検出回路要素対においてデバイスパラメータ特性に違いがあれば、オフセット検出回路要素の出力端57,58には出力差が発生し、同一のオフセット検出回路要素対のラッチ出力は複数回のオフセット検出−ラッチ動作において各回同一の値が得られる。しかし、多数のオフセット検出回路要素対の中には、確率的にMOSトランジスタ、寄生容量、寄生抵抗などデバイスパラメータ差が小さく、出力端57,58の出力の差が小さくなり、熱雑音や1/f雑音の影響により複数回のオフセット検出−ラッチ動作の中でラッチされる2値データが一致しない場合が出てくる。 Hereinafter, an operational problem and a solution of the UIDc bit generation circuit 10a will be described. The data latched by the latch circuit 14 may be binary data or multi-value data. In the case of binary data, binary “0” or “1” is latched at each sampling. Even in a device such as a MOS formed on the same chip, hole mobility μ p , electron mobility μ n , MOS gate capacitance C ox , MOS gate width W, MOS gate length L, pMOS threshold voltage V Tp , There are slight differences inherent to individual devices in terms of individual device parameters, such as nMOS threshold voltage V Tn , parasitic capacitance, etc. due to manufacturing processes and material non-uniformities. If there is a difference in device parameter characteristics in the offset detection circuit element pair, an output difference occurs at the output ends 57 and 58 of the offset detection circuit element, and the latch output of the same offset detection circuit element pair is detected multiple times. The same value is obtained each time in the latch operation. However, among many offset detection circuit element pairs, a difference in device parameters such as a MOS transistor, a parasitic capacitance, and a parasitic resistance is probabilistically small, and a difference in output between the output terminals 57 and 58 is small. In some cases, binary data latched in a plurality of offset detection-latch operations do not match due to the influence of f noise.

この問題を解決するために、図1の識別情報生成回路にカウンタ回路17と判定回路18を設けた構成を採用する。まず、これまで説明したオフセット検出回路の出力をラッチし、出力に応じてカウンタをインクリメントする。タイミング生成回路により、オフセット検出−ラッチのサンプリング動作を複数回行う。そして各サンプリングにおいてラッチ回路でラッチされた‘0’と‘1’の出現回数をカウンタ回路17でカウントし、多数を占めるデータを採用する。この方法によると、デバイスパラメータ差が小さい場合の出力変動発生の確率を大幅に低減できる。   In order to solve this problem, a configuration in which a counter circuit 17 and a determination circuit 18 are provided in the identification information generation circuit of FIG. 1 is adopted. First, the output of the offset detection circuit described so far is latched, and the counter is incremented according to the output. The timing generation circuit performs the offset detection-latch sampling operation a plurality of times. In each sampling, the number of occurrences of “0” and “1” latched by the latch circuit is counted by the counter circuit 17, and data occupying the majority is adopted. According to this method, the probability of occurrence of output fluctuation when the device parameter difference is small can be greatly reduced.

複数回サンプリングの効果を図8に示す。2値出力のオフセット検出回路においてデバイスパラメータの差が小さく、複数回のサンプリングをしたときにpの確率で2進数x、1−pの確率で2進数yが出力されるとし(x、yは互いに異なる2進数)、yが多数を占める状況にあるとき、xを誤設定とする。pを0.01とすると、1回のサンプリングで誤設定される確率は0.01であり、このままでは固有の識別情報としての信頼性を確保できない。そこでサンプリングをn回行って多数決をとり、多数を占めた出力を識別情報とする。この場合、サンプリング結果が同数とならないためにnは奇数であることが望ましい。n回のサンプリングをしてr回の誤出力がなされる確率は、次式(6)で表すことができる。   The effect of sampling multiple times is shown in FIG. In the binary output offset detection circuit, the difference in device parameters is small, and when sampling is performed a plurality of times, binary number x is output with probability of p and binary number y is output with probability of 1-p (x and y are When binary is different from each other) and y occupies a large number, x is erroneously set. If p is set to 0.01, the probability of erroneous setting in one sampling is 0.01, and the reliability as unique identification information cannot be ensured as it is. Therefore, sampling is performed n times and a majority decision is made, and the output occupying the majority is used as identification information. In this case, n is desirably an odd number so that the same number of sampling results are not obtained. The probability of r times of erroneous output after n times of sampling can be expressed by the following equation (6).

Figure 0005308658
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式(6)を使って、n回サンプリングをして誤設定(出現確率の低い設定が多数を占める確率)がなされる誤設定率を、図8(a)の表の一番右のカラムに示す。p=0.01のとき誤設定率は1回サンプリングで0.01であるが、サンプリング数増大とともに急激に減少し、7回サンプリングとすれば、誤設定率を3.4e-7にできる。図8(b)に、サンプリング回数と誤設定率の変化をグラフにして示す。 Using the equation (6), the erroneous setting rate in which the erroneous setting (probability in which the setting having a low appearance probability occupies the majority) is made by sampling n times is shown in the rightmost column of the table of FIG. Show. When p = 0.01, the erroneous setting rate is 0.01 after one sampling. However, if the sampling number is increased, the erroneous setting rate can be reduced to 3.4e -7 . FIG. 8B is a graph showing changes in the number of samplings and the erroneous setting rate.

本発明によるUIDcビット生成回路10の一実施例を図9により説明する。これは、図7のUIDc生成回路ブロック構成を回路図として示したものである。オフセット検出回路要素の一対のうちの片方はMP1、MN1で表されるpMOS、nMOSの直列接続、もう一方はMP2、MN2表されるpMOS、nMOSの直列接続である。図6のUIDcビット生成回路の全体構成を図10に示す。ここでタイミング生成回路104は、各UIDcビット生成回路に共通として1個だけ設ければよい。基準電源回路15についてもUIDcビット生成回路ごとに設けても、チップ内に1つだけ設けて共通に利用してもよい。   An embodiment of the UIDc bit generation circuit 10 according to the present invention will be described with reference to FIG. This is a circuit diagram of the UIDc generation circuit block configuration of FIG. One of the pair of offset detection circuit elements is a series connection of pMOS and nMOS represented by MP1 and MN1, and the other is a series connection of pMOS and nMOS represented by MP2 and MN2. FIG. 10 shows the overall configuration of the UIDc bit generation circuit of FIG. Here, only one timing generation circuit 104 may be provided in common for each UIDc bit generation circuit. The reference power supply circuit 15 may be provided for each UIDc bit generation circuit, or only one reference power supply circuit 15 may be provided in the chip and used in common.

動作タイミングについて、図11により説明する。識別情報生成回路はuid_clkで示すクロックで駆動される。クロック周波数の設定は任意であるが、例えばRF通信によく使用される周波数13.56MHzを16分周した847.5kHzを使うことができる。通常、識別情報生成回路は低消費電力化のためにオフ状態にあるが、識別情報を生成する必要が生じた場合には、識別情報生成回路に対してuid_enable信号をオンにすることによって識別情報生成のシーケンスに入る。これにより図9中のvp、vnをオンとすることにより基準電源回路が整定され、節点vb、vcが立ち上がってオフセット検出回路をオンにする準備ができる。It1の立ち上がりによりオフセット検出回路要素におけるスイッチ40、40aがクロック2周期分だけオンになる。It1の立ち上がりからクロック1周期後にIt2がクロック1周期分だけオンになり、このタイミングで比較回路の出力がラッチされ、It1とIt2の立下りと同時にIt3が1周期だけオンになり、これに同期してカウンタがインクリメントされると同時にイコライジング用スイッチ51がオンとなってオフセット検出回路要素対の2つの出力を短絡して出力をリセットし、次の過渡特性サンプリングに備える。これを所定の回数(図11では7回)だけ繰り返すことによって、カウンタによりオフセット検出回路の出力prvsがデータごとに(2進数の場合はそれぞれ‘0’と‘1’について)カウントされる。所定回数だけサンプリングが実行されると、タイミング生成回路からuidlt信号に同期して判定回路18によって‘多数決’が実行され、多数を占めた出力データの値がuid<0>として出力される。図10に示すように、uid<0>と同様の回路構成を並列化することによってuid<1>,uid<2>,…が生成でき、これらの値を使ってチップ固有の識別情報を生成できる。例えばオフセット検出回路を8個並列に設けることにより、2進数として(01010101)の様な8ビットチップ識別情報を生成できる。   The operation timing will be described with reference to FIG. The identification information generation circuit is driven by a clock indicated by uid_clk. Although the setting of the clock frequency is arbitrary, for example, 847.5 kHz obtained by dividing the frequency 13.56 MHz often used for RF communication by 16 can be used. Normally, the identification information generation circuit is in an off state for reducing power consumption. However, if it is necessary to generate identification information, the identification information generation circuit is turned on by turning on the uid_enable signal. Enter the generation sequence. Thus, by turning on vp and vn in FIG. 9, the reference power supply circuit is set, and the nodes vb and vc rise to prepare for turning on the offset detection circuit. With the rise of It1, the switches 40 and 40a in the offset detection circuit element are turned on for two clock cycles. It2 is turned on for one clock cycle one clock cycle after the rise of It1, the output of the comparator circuit is latched at this timing, and It3 is turned on for one cycle simultaneously with the fall of It1 and It2, and is synchronized with this. At the same time as the counter is incremented, the equalizing switch 51 is turned on and the two outputs of the offset detection circuit element pair are short-circuited to reset the outputs to prepare for the next transient characteristic sampling. By repeating this a predetermined number of times (seven times in FIG. 11), the counter counts the output prvs of the offset detection circuit for each data (in the case of binary numbers, “0” and “1”, respectively). When the sampling is executed a predetermined number of times, the decision circuit 18 executes a “majority decision” in synchronization with the uidlt signal from the timing generation circuit, and the value of the output data occupying the majority is output as uid <0>. As shown in FIG. 10, uid <1>, uid <2>, ... can be generated by parallelizing the same circuit configuration as uid <0>, and chip-specific identification information is generated using these values. it can. For example, by providing eight offset detection circuits in parallel, 8-bit chip identification information such as (01010101) can be generated as a binary number.

本発明の識別情報生成回路を通信機能付きセンサチップ(以下RFIDセンサチップと呼ぶ)70に適用した例を、図12に示す。本チップの基本構成の詳細は特開2004−101253号公報に示されている。図12(a)は、制御回路73に接続する形で識別情報生成回路72を搭載したRFIDセンサチップの構成例を示す。72で生成される識別情報により、リーダ80は通信可能な範囲にある複数のRFIDセンサチップと個別に通信することが可能になる。このRFIDセンサチップに搭載する識別情報生成回路は、図9から図11にて説明した多数決機能を有するものが好ましい。   An example in which the identification information generation circuit of the present invention is applied to a sensor chip with communication function (hereinafter referred to as RFID sensor chip) 70 is shown in FIG. Details of the basic configuration of this chip are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101253. FIG. 12A shows a configuration example of an RFID sensor chip on which the identification information generation circuit 72 is mounted so as to be connected to the control circuit 73. The identification information generated in 72 enables the reader 80 to individually communicate with a plurality of RFID sensor chips within a communicable range. The identification information generation circuit mounted on the RFID sensor chip preferably has the majority function described with reference to FIGS.

RFIDセンサチップ70は、例えば、溶液の温度を測定する温度センサ、溶液中のイオン濃度を検出するためのペーハーセンサ、光センサなどから計測目的に応じて選択した1種あるいは複数種で構成されたセンサ75を内蔵している。図12に示した計測システムは、RFIDセンサチップ70とリーダコイル81を介して通信を行うリーダ80と、リーダ80を制御すると共に取得した測定データを処理し、測定結果の評価および記録等を行う測定制御装置82で構成されている。   The RFID sensor chip 70 is composed of, for example, one or a plurality of types selected according to the measurement purpose from a temperature sensor that measures the temperature of the solution, a pH sensor that detects the ion concentration in the solution, an optical sensor, and the like. A sensor 75 is incorporated. The measurement system shown in FIG. 12 controls the reader 80 that communicates with the RFID sensor chip 70 via the reader coil 81, processes the acquired measurement data, and evaluates and records the measurement result. A measurement control device 82 is used.

RFIDセンサチップ70は、チップコイル76とリーダコイル81の間の誘導結合によって電力の供給を受けるとともに信号の授受、内部クロック信号の生成を行う。リーダ80を発生源とし、リーダコイル81によって生成された例えば13.56MHzの交流磁場によってチップコイル76に誘導電流を励起し、これをRF通信インターフェース71で整流して直流電圧源とする。これがRFIDセンサチップ70の電源としてチップ内の各回路へ供給される。また、リーダ80からリーダコイル81を介して生成される13.56MHzの交流磁場は、RFIDセンサチップの各ブロックに指示を与えて計測や通信を実行するための制御信号を送る搬送波としても使われる。リーダ80で搬送波にのせられた制御信号はRF通信インターフェース71で復調、制御回路73で復号化され73内の論理回路を経てRFIDセンサチップの各ブロックに送られる。さらにリーダ80で生成された交流磁場はRF通信インターフェース71で分周されることによってチップ内部クロック信号の生成にも使われる。次にRFIDセンサチップからリーダに向けた通信について説明する。センサ75で検出された測定結果であるアナログデータは、回路ブロック74内の増幅器で増幅、ADCでディジタルデータに変換されてから制御回路73で符号化される。RF通信インターフェース71において符号化されたディジタルデータによりチップコイル76を含むRFIDセンサチップ上の共振回路の定数(例えば、共振振動数あるいはQ値)を変調する。この共振回路定数の変調によりリーダ80の出力端(リーダコイル端)には電圧の変動が生じる。これを増幅、復調、復号化することによってRFIDセンサチップからの信号をリーダ80に伝達することができる。上記信号の送受信において制御回路73は符号化の他、センサ、増幅器、ADC、センサ制御回路などを制御する機能を有し、リーダ80からの制御信号と識別情報生成回路72で生成されるチップに固有のID(UIDc)を参照することにより、制御信号が自身のチップに向けられたものか否かを判定しながらRFIDセンサチップの各ブロックを制御する。   The RFID sensor chip 70 is supplied with electric power by inductive coupling between the chip coil 76 and the reader coil 81, transmits and receives signals, and generates an internal clock signal. An induction current is excited in the chip coil 76 by, for example, an AC magnetic field of 13.56 MHz generated by the reader coil 81 using the reader 80 as a generation source, and this is rectified by the RF communication interface 71 to be a DC voltage source. This is supplied to each circuit in the chip as a power source of the RFID sensor chip 70. The 13.56 MHz AC magnetic field generated from the reader 80 via the reader coil 81 is also used as a carrier wave for sending a control signal for giving an instruction to each block of the RFID sensor chip to execute measurement and communication. The control signal carried on the carrier wave by the reader 80 is demodulated by the RF communication interface 71, decoded by the control circuit 73, and sent to each block of the RFID sensor chip via the logic circuit in 73. Further, the alternating magnetic field generated by the reader 80 is divided by the RF communication interface 71 and used for generating a chip internal clock signal. Next, communication from the RFID sensor chip to the reader will be described. Analog data, which is a measurement result detected by the sensor 75, is amplified by an amplifier in the circuit block 74, converted to digital data by an ADC, and then encoded by a control circuit 73. A constant (for example, resonance frequency or Q value) of a resonance circuit on the RFID sensor chip including the chip coil 76 is modulated by digital data encoded in the RF communication interface 71. Due to the modulation of the resonance circuit constant, a voltage fluctuation occurs at the output end (reader coil end) of the reader 80. The signal from the RFID sensor chip can be transmitted to the reader 80 by amplifying, demodulating, and decoding this. In the transmission / reception of the signal, the control circuit 73 has a function of controlling a sensor, an amplifier, an ADC, a sensor control circuit, and the like in addition to encoding. By referring to the unique ID (UIDc), each block of the RFID sensor chip is controlled while determining whether or not the control signal is directed to its own chip.

図12(b)は、チップに搭載されたセンサ種類に特有のID(センサ識別情報、特開2006−85411号公報)と本発明からなるチップ固有の識別情報を組み合わせた実施例である。本実施例は、個々のチップを識別しながら、同種のセンサを搭載したチップに対する制御コマンドを一括して送信することにより、制御の簡略化と計測の同時性実現の上で効果がある。   FIG. 12B shows an example in which an ID (sensor identification information, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-85411) peculiar to the type of sensor mounted on the chip is combined with identification information unique to the chip according to the present invention. This embodiment is effective in simplifying the control and realizing the simultaneity of the measurement by transmitting the control commands to the chips on which the same type of sensor is mounted at a time while identifying the individual chips.

図13は、発明の識別情報生成回路を搭載したRFIDセンサチップを用いた多項目計測システムの概念図である。図中、チップ61、62、63は、光センサを搭載した無線機能付きセンサチップであり、それぞれ第1のDNAプローブ64、第2のDNAプローブ65、抗体プローブ66が表面に固定されている。チップ67は水素イオン濃度を検知する電荷センサ(ISFET:Ion Sensitive Field Effect Transistor)、チップ68は温度センサをそれぞれ搭載したRFIDセンサチップである。これらのチップを検体溶液91の入った反応容器90に投入し、検体の温度やpH、検体中のターゲット92を計測する。各RFIDセンサチップは、固有の識別情報生成回路を搭載することにより、リーダコイル81を有する1つのリーダ80によって独立に制御でき、個別に情報読み出しを実行して、結果を測定制御装置82に表示することが可能になる。   FIG. 13 is a conceptual diagram of a multi-item measurement system using an RFID sensor chip equipped with the identification information generation circuit of the invention. In the figure, chips 61, 62, and 63 are sensor chips with a wireless function on which an optical sensor is mounted, and a first DNA probe 64, a second DNA probe 65, and an antibody probe 66 are fixed on the surface, respectively. The chip 67 is a charge sensor (ISFET: Ion Sensitive Field Effect Transistor) that detects the hydrogen ion concentration, and the chip 68 is an RFID sensor chip on which a temperature sensor is mounted. These chips are put into a reaction vessel 90 containing a sample solution 91, and the temperature and pH of the sample and the target 92 in the sample are measured. Each RFID sensor chip can be independently controlled by a single reader 80 having a reader coil 81 by mounting a unique identification information generation circuit, individually reading information, and displaying the result on the measurement control device 82. It becomes possible to do.

本発明で生成した識別情報(UIDc)により複数のRFセンサチップを駆動する場合の制御フローを図14に示す。ここではRFセンサチップに搭載されたセンサ種は光センサのみの場合について説明する。まずリーダからの‘inventory’コマンドにより、リーダコイルの通信フィールド内にあるRFセンサチップを認識し、各RFセンサチップのUIDcを取得する。ここでセンサ種はすべて光センサなのでまず、すべてのチップに‘sensor initialization’コマンドによりフォトダイオードに一定の逆方向電圧を印加し、一定の電荷を蓄える。続く信号蓄積期間に信号光が入射すると蓄えられた電荷が逐次放電し、入射した光量に応じて電荷が失われて逆方向に印加された電圧は減少する。一定時間後に‘measure’コマンドによって逆方向電圧を計測してAD変換する。最後に各RFセンサのセンサ計測値を、UIDを使って順次読み出すことによって計測を実行する。   FIG. 14 shows a control flow when driving a plurality of RF sensor chips with the identification information (UIDc) generated in the present invention. Here, a case where the sensor type mounted on the RF sensor chip is only an optical sensor will be described. First, the RF sensor chip in the communication field of the reader coil is recognized by the “inventory” command from the reader, and the UIDc of each RF sensor chip is acquired. Here, since all the sensor types are optical sensors, first, a constant reverse voltage is applied to the photodiodes by the 'sensor initialization' command to store all charges. When signal light is incident during the subsequent signal accumulation period, the accumulated charges are sequentially discharged, and the charges are lost according to the amount of incident light, and the voltage applied in the reverse direction decreases. After a certain time, the reverse voltage is measured by the 'measure' command and AD conversion is performed. Finally, measurement is performed by sequentially reading out the sensor measurement values of each RF sensor using the UID.

本発明を、メモリあるいは演算回路121を具備した半導体集積回路120に適用したときの機能ブロック図を図15に示す。本発明の識別情報生成回路72は特別な工程を使用することなく形成が可能で、レイアウト面積も小さいことから、メモリや演算機能を有する半導体集積回路に容易に組み込むことができる。   FIG. 15 shows a functional block diagram when the present invention is applied to a semiconductor integrated circuit 120 having a memory or arithmetic circuit 121. The identification information generation circuit 72 of the present invention can be formed without using a special process and has a small layout area. Therefore, the identification information generation circuit 72 can be easily incorporated into a semiconductor integrated circuit having a memory or an arithmetic function.

図16に示すように、メモリあるいは演算機能を具備した半導体集積回路120に設けられたボンディングパッド122にプローブ123を接触させて電源供給と信号の入出力を行って、特性計測装置125で特性を評価する。この評価結果によって不良品や選別品を分類する。従来、チップには固有の識別手段がないため、多数のチップを分類するにはマトリクス状に置かれたチップの位置座標と計測結果を対応付けていた。この方法だと、チップ位置が変わると、対応が取れなくなる問題があった。また、チップにインクやレーザなどで結果をマーキングする方法があるが、マーキングのためハードウェアが必要であり、記録できる情報量にも限界があった。本発明の識別情報生成回路をチップ内に組み込んでおけば、信号モニタ用パッドにプローブ126を接触させて識別情報読取装置128によって読み取ったチップ固有の識別情報によってチップを容易に識別できる。特性計測装置125と識別情報読取装置128は特性計測制御装置130によって制御され、特性計測結果は識別情報と対応付けられて特性計測制御装置130に記録される。これによりマーキング作業は不要となり、選別・分類作業を正確かつ効率的に実施することが可能になる。   As shown in FIG. 16, a probe 123 is brought into contact with a bonding pad 122 provided in a semiconductor integrated circuit 120 having a memory or an arithmetic function to supply power and input / output signals, and a characteristic measuring device 125 evaluate. According to this evaluation result, defective products and sorted products are classified. Conventionally, since a chip does not have a unique identification means, in order to classify a large number of chips, the position coordinates of the chips placed in a matrix are associated with the measurement results. With this method, there is a problem that the correspondence cannot be taken when the chip position is changed. In addition, there is a method of marking a result on a chip with ink or laser, but hardware is required for marking, and there is a limit to the amount of information that can be recorded. If the identification information generation circuit of the present invention is incorporated in the chip, the chip can be easily identified by the identification information unique to the chip read by the identification information reader 128 with the probe 126 in contact with the signal monitoring pad. The characteristic measurement device 125 and the identification information reading device 128 are controlled by the characteristic measurement control device 130, and the characteristic measurement result is recorded in the characteristic measurement control device 130 in association with the identification information. This eliminates the need for marking work, and enables sorting and classification work to be performed accurately and efficiently.

チップ固有の識別情報(UIDc)生成回路の回路ブロックを示す図。The figure which shows the circuit block of the identification information (UIDc) generation circuit specific to a chip. 従来のオフセット検出回路要素を説明する図。The figure explaining the conventional offset detection circuit element. オフセット検出回路要素を説明する図。The figure explaining an offset detection circuit element. UIDc生成回路の回路ブロックを示す図。The figure which shows the circuit block of a UIDc production | generation circuit. オフセットの複数回サンプリングの効果を示す図。The figure which shows the effect of sampling multiple times of offset. UIDc生成回路(1ビット分)の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of a UIDc generation circuit (for 1 bit). UIDc生成回路の駆動タイミングを示す図。The figure which shows the drive timing of a UIDc production | generation circuit. UIDc生成回路の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of a UIDc production | generation circuit. UIDc生成回路を具備したRFIDセンサシステムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the RFID sensor system provided with the UIDc generation circuit. UIDc生成回路を具備したRFIDセンサシステムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the RFID sensor system provided with the UIDc generation circuit. UIDc生成回路を具備したRFIDセンサシステムの駆動タイミングを示す図。The figure which shows the drive timing of the RFID sensor system provided with the UIDc production | generation circuit. UIDc生成回路を具備したRFIDセンサシステムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the RFID sensor system provided with the UIDc generation circuit. UIDc生成回路を具備したRFIDセンサによる複数項目同時計測システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the multiple item simultaneous measurement system by the RFID sensor which comprised the UIDc production | generation circuit. UIDc生成回路を具備したRFIDセンサの制御フローの例を示す図。The figure which shows the example of the control flow of the RFID sensor provided with the UIDc production | generation circuit. 選別のためにUIDc生成回路を搭載した半導体集積回路の例を示す図。The figure which shows the example of the semiconductor integrated circuit which mounts the UIDc production | generation circuit for selection. UIDc生成回路を半導体集積回路の選別に応用した例を示す図。The figure which shows the example which applied the UIDc production | generation circuit to the selection of a semiconductor integrated circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10a−b:チップ識別情報(UIDc)生成回路(1ビット分)の回路ブロック、11:オフセット検出回路、12:タイミング生成回路、13:比較回路、14:ラッチ回路、15:基準電源回路、16:UIDcのビット0出力端子、17:カウンタ回路、18:判定回路、21:pチャネルMOSトランジスタ(pMOS)、22:nチャネルMOSトランジスタ(nMOS)、30:pMOS、31:nMOS、32:pMOSのゲート端子、33:nMOSのゲート端子、40:スイッチ、41:出力端子、42:pMOSのnウェル端子、43:nMOSのpウェル端子、44:pMOSチャネルの等価抵抗、45:nMOSチャネルの等価抵抗、48:負荷容量、49:負荷容量、51:イコライズ用スイッチ、56:スイッチ、57:オフセット検出回路要素の出力、58:オフセット検出回路要素の出力、61:RFIDセンサチップ、62:RFIDセンサチップ、63:RFIDセンサチップ、64:DNAプローブ、65:DNAプローブ、66:抗体、67:RFIDセンサチップ、68:RFIDセンサチップ、70:RFIDセンサ、71:RF通信インターフェース、72:識別情報生成回路、73:制御回路、74:増幅器・ADC・センサ制御ブロック、75:センサ、76:チップコイル、80:リーダ、81:リーダコイル、82:測定制御装置、90:反応容器、91:反応バッファ、92:ターゲットDNA、100−103:UIDc生成回路(1ビット分)の回路ブロック、104:タイミング生成回路、120;半導体集積回路、121:メモリあるいは演算機能ブロック、122:ボンディングパッド、123:プローブ、124:配線、125:特性計測装置、126:プローブ、127:配線、128:識別情報読取装置、129:信号モニタ用パッド、130:特性計測制御装置 10a-b: circuit block of chip identification information (UIDc) generation circuit (for 1 bit), 11: offset detection circuit, 12: timing generation circuit, 13: comparison circuit, 14: latch circuit, 15: reference power supply circuit, 16 : UIDc bit 0 output terminal, 17: counter circuit, 18: determination circuit, 21: p-channel MOS transistor (pMOS), 22: n-channel MOS transistor (nMOS), 30: pMOS, 31: nMOS, 32: pMOS Gate terminal, 33: nMOS gate terminal, 40: switch, 41: output terminal, 42: pMOS n-well terminal, 43: nMOS p-well terminal, 44: equivalent resistance of pMOS channel, 45: equivalent resistance of nMOS channel 48: Load capacity, 49: Load capacity, 51: Equalizing switch, 56: Switch 57: Output of the offset detection circuit element, 58: Output of the offset detection circuit element, 61: RFID sensor chip, 62: RFID sensor chip, 63: RFID sensor chip, 64: DNA probe, 65: DNA probe, 66: Antibody, 67: RFID sensor chip, 68: RFID sensor chip, 70: RFID sensor, 71: RF communication interface, 72: Identification information generation circuit, 73: Control circuit, 74: Amplifier / ADC / sensor control block, 75: Sensor , 76: chip coil, 80: reader, 81: reader coil, 82: measurement controller, 90: reaction vessel, 91: reaction buffer, 92: target DNA, 100-103: UIDc generation circuit (for 1 bit) Block 104: Timing generation circuit 120: Semiconductor integration Path 121: memory or arithmetic function block 122: bonding pad 123: probe 124: wiring 125: characteristic measuring device 126: probe 127: wiring 128: identification information reading device 129: signal monitoring pad , 130: characteristic measurement control device

Claims (16)

信号送受信部と、
並列に接続されたN個(Nは2以上の整数)のビット生成回路を有し、識別情報としてNビットの2進数を発生する識別情報発生部と、
前記識別情報発生部で発生した識別情報を前記信号送受信部から送信制御する制御部とを備え、
前記ビット生成回路は、
基準信号を発生させる基準電源回路と、
並列に接続された2つの回路を含むオフセット検出回路であって前記2つの回路の各々前記基準信号の入力を受けるトランジスタを含む、オフセット検出回路と、
前記トランジスタを含む前記2つの回路に通電する第1及び第2のスイッチと、
前記2つのトランジスタの出力の大小を比較して2値化信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力を保持するラッチ回路と、
前記第1及び第2のスイッチの開閉タイミング及び前記ラッチ回路によって前記比較回路の出力を保持するタイミングを制御するタイミング生成回路とを備え、
前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって初期状態が開である前記第1及び第2のスイッチを閉じて前記トランジスタを含む前記2つの回路に通電し、その後、前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって、過渡応答を示している前記2つのトランジスタの出力が入力されている前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持することを特徴とする半導体チップ。
A signal transmitting and receiving unit;
An identification information generating unit having N (N is an integer of 2 or more) bit generation circuits connected in parallel and generating an N-bit binary number as identification information;
A control unit that controls transmission of the identification information generated by the identification information generation unit from the signal transmission / reception unit,
The bit generation circuit includes:
A reference power supply circuit for generating a reference signal;
An offset detection circuit including two circuits connected in parallel, each of the two circuits including a transistor that receives an input of the reference signal;
First and second switches for energizing the two circuits including the transistor,
A comparison circuit that compares the magnitudes of the outputs of the two transistors and outputs a binarized signal;
A latch circuit for holding the output of the comparison circuit;
A timing generation circuit for controlling the opening and closing timing of the first and second switches and the timing for holding the output of the comparison circuit by the latch circuit;
The initial state by a timing signal generated from the timing generation circuit closing said first and second switches is open and energizing the two circuits including the transistor, was then generated from the timing generating circuit A semiconductor chip, wherein an output of the comparison circuit to which an output of the two transistors indicating a transient response is input is held in the latch circuit by a timing signal.
請求項1記載の半導体チップにおいて、前記2つのトランジスタの出力を接続する第3のスイッチを有し、前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持した後、前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって前記第3のスイッチを閉じることを特徴とする半導体チップ。   2. The semiconductor chip according to claim 1, further comprising a third switch for connecting the outputs of the two transistors, the timing signal generated from the timing generation circuit after the output of the comparison circuit is held in the latch circuit. And closing the third switch. 請求項1記載の半導体チップにおいて、前記基準電源回路と前記タイミング生成回路は、前記N個のビット生成回路に共通に設けられていることを特徴とする半導体チップ。 2. The semiconductor chip according to claim 1, wherein the reference power supply circuit and the timing generation circuit are provided in common to the N bit generation circuits. 請求項1記載の半導体チップにおいて、前記ラッチ回路の出力を出力の種別ごとに計数するカウンタと、前記カウンタで多数を占めた出力種別を判定して出力する判定部とを有し、前記タイミング生成回路は、前記過渡応答を示している前記2つのトランジスタの出力が入力されている前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持する工程を複数回反復することを特徴とする半導体チップ。 The semiconductor chip according to claim 1, further comprising a counter for counting each type output of an output of said latch circuit, and a determination section for outputting a decision on the output type in which the majority in the counter, the timing generator The circuit repeats a step of holding the output of the comparison circuit, to which the outputs of the two transistors indicating the transient response are input, in the latch circuit, a plurality of times. 請求項4記載の半導体チップにおいて、前記工程を奇数回反復することを特徴とする半導体チップ。   5. The semiconductor chip according to claim 4, wherein the process is repeated an odd number of times. 請求項2記載の半導体チップにおいて、
前記トランジスタを含む回路はpチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタが直列に接続された回路であり、
前記基準信号は前記pチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタのゲートに印加され、
前記第3のスイッチは、前記pチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタのドレイン同士を接続したノードを出力端子として2つの回路の出力端子を接続し、
前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号により、前記第3のスイッチがオフで、前記第1及び第2のスイッチがオンのときに前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持することを特徴とする半導体チップ。
The semiconductor chip according to claim 2, wherein
The circuit including the transistor is a circuit in which a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor are connected in series.
The reference signal is applied to the gates of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor,
The third switch connects the output terminals of two circuits with a node connecting drains of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor as an output terminal,
The timing signal generated from the timing producing formation circuit, said third switch is turned off, it holds the output of the comparator circuit to the latch circuit when said first and second switches are on A featured semiconductor chip.
請求項4記載の半導体チップにおいて、センサと、前記センサの信号を増幅してディジタル化する回路とを更に有し、前記制御部は、ディジタル化された前記センサ信号を前記信号送受信部から送信制御することを特徴とする半導体チップ。 Submit The semiconductor chip of claim 4, further comprising a circuit for digitizing and amplifies the sensor, the signal of the sensor, the control unit, the signal of the sensor is digitized from the signal transmission and reception unit A semiconductor chip that is controlled. 請求項7記載の半導体チップにおいて、前記工程を奇数回反復することを特徴とする半導体チップ。   8. The semiconductor chip according to claim 7, wherein the process is repeated an odd number of times. 請求項4記載の半導体チップにおいて、記憶演算回路を更に有することを特徴とする半導体チップ。   5. The semiconductor chip according to claim 4, further comprising a memory operation circuit. 請求項9記載の半導体チップにおいて、前記工程を奇数回反復することを特徴とする半導体チップ。   10. The semiconductor chip according to claim 9, wherein the process is repeated an odd number of times. センサ、前記センサの信号を増幅してディジタル化する回路、無線通信回路、並列に接続されたN個(Nは2以上の整数)のビット生成回路を有し、識別情報としてNビットの2進数を発生する識別情報発生部、前記識別情報発生部で発生した識別情報及び前記ディジタル化したセンサ信号を前記無線通信回路から送信制御する制御部とを備える半導体チップと、
前記半導体チップに前記センサを制御する信号を送信し、センサ信号を受信するリーダとを備える無線通信計測システムにおいて、
前記半導体チップの前記ビット生成回路は、
基準信号を発生させる基準電源回路と、
並列に接続された2つの回路を含むオフセット検出回路であって前記2つの回路の各々前記基準信号の入力を受けるトランジスタを含む、オフセット検出回路と、
前記トランジスタを含む前記2つの回路に通電する第1及び第2のスイッチと、
前記2つのトランジスタの出力の大小を比較して2値化信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力を保持するラッチ回路と、
前記第1及び第2のスイッチの開閉タイミング及び前記ラッチ回路によって前記比較回路の出力を保持するタイミングを制御するタイミング生成回路とを備え、
前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって初期状態が開である前記第1及び第2のスイッチを閉じて前記トランジスタを含む前記2つの回路に通電し、その後、前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって、過渡応答を示している前記2つのトランジスタの出力が入力されている前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持することを特徴とする無線通信計測システム。
A sensor, a circuit for amplifying and digitizing the signal of the sensor, a wireless communication circuit, and N (N is an integer of 2 or more) bit generation circuits connected in parallel, and an N-bit binary number as identification information A semiconductor chip comprising: an identification information generating unit for generating the identification information; a control unit for controlling transmission of the identification information generated by the identification information generating unit and the digitized sensor signal from the wireless communication circuit;
In a wireless communication measurement system comprising a reader for transmitting a signal for controlling the sensor to the semiconductor chip and receiving the sensor signal,
The bit generation circuit of the semiconductor chip is
A reference power supply circuit for generating a reference signal;
An offset detection circuit including two circuits connected in parallel, each of the two circuits including a transistor that receives an input of the reference signal;
First and second switches for energizing the two circuits including the transistor,
A comparison circuit that compares the magnitudes of the outputs of the two transistors and outputs a binarized signal;
A latch circuit for holding the output of the comparison circuit;
A timing generation circuit for controlling the opening and closing timing of the first and second switches and the timing for holding the output of the comparison circuit by the latch circuit;
The initial state by a timing signal generated from the timing generation circuit closing said first and second switches is open and energizing the two circuits including the transistor, was then generated from the timing generating circuit The wireless communication measurement system, wherein an output of the comparison circuit to which an output of the two transistors indicating a transient response is input by a timing signal is held in the latch circuit.
請求項11記載の無線通信計測システムにおいて、前記ラッチ回路の出力を出力の種別ごとに計数するカウンタと、前記カウンタで多数を占めた出力種別を判定して出力する判定部とを有し、前記タイミング生成回路は、前記過渡応答を示している前記2つのトランジスタの出力が入力されている前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持する工程を複数回反復することを特徴とする無線通信計測システム。 The wireless communication measurement system according to claim 11, further comprising: a counter that counts the output of the latch circuit for each output type; and a determination unit that determines and outputs an output type that occupies a large number in the counter, The timing generation circuit repeats a process of holding the output of the comparison circuit, to which the outputs of the two transistors indicating the transient response are input, in the latch circuit, a plurality of times. . 請求項12記載の無線通信計測システムにおいて、前記工程を奇数回反復することを特徴とする無線通信計測システム。   13. The wireless communication measurement system according to claim 12, wherein the process is repeated an odd number of times. 記憶演算回路、及び並列に接続されたN個(Nは2以上の整数)のビット生成回路を有し、識別情報としてNビットの2進数を発生する識別情報発生部を備える半導体集積回路と、
前記半導体集積回路の記憶演算回路特性を計測する計測装置と、
前記半導体集積回路の識別情報を読み込んで、当該識別情報と前記計測装置によって計測された特性を対応させる装置とを含み、
前記半導体集積回路の前記ビット生成回路は、
基準信号を発生させる基準電源回路と、
並列に接続された2つの回路を含むオフセット検出回路であって前記2つの回路の各々前記基準信号の入力を受けるトランジスタを含む、オフセット検出回路と、
前記トランジスタを含む前記2つの回路に通電する第1及び第2のスイッチと、
前記2つのトランジスタの出力の大小を比較して2値化信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力を保持するラッチ回路と、
前記第1及び第2のスイッチの開閉タイミング及び前記ラッチ回路によって前記比較回路の出力を保持するタイミングを制御するタイミング生成回路とを備え、
前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって初期状態が開である前記第1及び第2のスイッチを閉じて前記トランジスタを含む前記2つの回路に通電し、その後、前記タイミング生成回路から発生されたタイミング信号によって、過渡応答を示している前記2つのトランジスタの出力が入力されている前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持する
ことを特徴とする選別システム。
A semiconductor integrated circuit including a storage operation circuit, and N (N is an integer of 2 or more) bit generation circuits connected in parallel, and including an identification information generation unit that generates an N-bit binary number as identification information;
A measuring device for measuring the memory operation circuit characteristics of the semiconductor integrated circuit;
A device that reads the identification information of the semiconductor integrated circuit and associates the identification information with the characteristics measured by the measurement device;
The bit generation circuit of the semiconductor integrated circuit is
A reference power supply circuit for generating a reference signal;
An offset detection circuit including two circuits connected in parallel, each of the two circuits including a transistor that receives an input of the reference signal;
First and second switches for energizing the two circuits including the transistor,
A comparison circuit that compares the magnitudes of the outputs of the two transistors and outputs a binarized signal;
A latch circuit for holding the output of the comparison circuit;
A timing generation circuit for controlling the opening and closing timing of the first and second switches and the timing for holding the output of the comparison circuit by the latch circuit;
The initial state by a timing signal generated from the timing generation circuit closing said first and second switches is open and energizing the two circuits including the transistor, was then generated from the timing generating circuit An output of the comparison circuit to which an output of the two transistors indicating a transient response is input by a timing signal is held in the latch circuit.
請求項14記載の選別システムにおいて、前記ラッチ回路の出力を出力の種別ごとに計数するカウンタと、前記カウンタで多数を占めた出力種別を判定して出力する判定部とを有し、前記タイミング生成回路は、前記過渡応答を示している前記2つのトランジスタの出力が入力されている前記比較回路の出力を前記ラッチ回路に保持する工程を複数回反復することを特徴とする選別システム。 In claim 14, wherein the sorting system includes a counter for counting each type output of an output of said latch circuit, and a determination section for outputting a decision on the output type in which the majority in the counter, the timing generator The circuit repeats a step of holding the output of the comparison circuit, to which the outputs of the two transistors indicating the transient response are input, in the latch circuit a plurality of times. 請求項15記載の選別システムにおいて、前記工程を奇数回反復することを特徴とする選別システム。   16. The sorting system according to claim 15, wherein the process is repeated an odd number of times.
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