文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
安全六管静态随机访问存储器的研究与设计
姓名:陈云武
申请学位级别:硕士
专业:软件工程
指导教师:雷鑑铭
20090525
华中科技大学硕士学位论文
摘要
静态随机访问存储器(SRAM)为挥发性存储器,即传统认为,在存储器芯片断
电后,其内部存储的信息也随之消失,重新上电后,所存储的信息是随机产生的。
但事实上,SRAM存在着数据残留问题。室温下,一些SRAM芯片断电后其存储的信
息能保留数分钟,再上电后可以将这些信息较为完整的重新读出。-30℃时,一些
SRAM芯片的数据残留时间甚至长达105秒量级,这可以让攻击者不需要特殊的手段
和电路就可以恢复并窃取SRAM中原来存储的信息。
本文分析了六管SRAM数据残留的物理机理,并基于此设计了一个可有效抑制数
据残留的存储单元。进而设计了验证所用的存储器整体电路,并对灵敏放大器和延
时电路进行了重点设计。最后给出一个基于FPGA的实用的SRAM数据残留时间的测
试方案,重点设计了测设所需要的控制程序,并对SRAM样片进行了实际测试。
通过分析,发现非平衡载流子寿命、漏衬结反向电流、衬底掺杂浓度、温度以
及工艺偏差均会影响 SRAM 数据残留时间。对所设计存储器整体电路在-40℃—120
℃温度范围内和不同的工艺角下进行仿真,均得到了正确的读/写功能;并且所设计
的存储单元的数据残留时间比传统六管单元缩短了 3 个数量级。改进的灵敏放大器
在输入位线压差为 4mV 时便可得到正确的数据输出,优于传统锁存型灵敏放大器的
25mV。所设计的延时电路的延迟时间范围可从纳秒级到微秒级,延时 4ns 时温漂为
/℃,满足为整体电路产生内部时钟的要求。最后利用所设计的数据残留时间测
试系统对 SRAM 样片进行了实际测试,得到了样片的数据残留时间,从而证明了该
测试系统设计的正确性和实用性。
关键词:静态随机访问存储器数据残留本征MOSFET 灵敏放大器延时电路
数据残留时间测试系统
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
In the conventional opinion, static random access memory is volatile memory, which
means its data isn’t kept after its power is removed from it and its data is random after its
power is supplied again. Actually, data remanence is found in SRAM. At room
temperature, some SRAM chips keep their data for several minutes after their power is
removed and the data can be read out. Data retention time of some SRAM chips is longer
than 105s below -30℃. Therefore, attackers can recover and read out the data kept in these
chips formerly without any special skill and circuitry.
The physical mechanism of data remanence in 6-T SRAM is discussed. Based on the
physical mechanism of data remanence, a novel memory cell is proposed which can
effectively inhibit data remanence. And then plete SRAM is designed for experiment
while novel sense amplifier (SA) and delay circuit are proposed. At last, a test scheme
based on FPGA for data retention time of SRAM is proposed, including test steps,
equipment and program for controlling.
It is found that none