Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Implementacja w FPGA modułu funkcji fizycznie nieklonowalnej bazującej na oscylatorach pierścieniowych

Giermakowski Radosław, Biernacki Mateusz, Rawski Mariusz

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2022

|

nr 4

311--314

PL

W artykule omówiono realizację modułu funkcji fizycznie nieklonowalnej PUF w układach programowalnych FPGA. Ponadto przeprowadzono szczegółową analizę wpływu liczby implementowanych inwerterów na właściwości statystyczne generowanej odpowiedzi oraz wykorzystanie zasobów FPGA. Zaproponowana implementacja ma stanowić rozwiązanie typy lightweight dla celów uwierzytelniania i generacji kluczy dla rozwiązań IoT.

EN

This paper discusses the implementation of a physically unclonable function PUF module in FPGA programmable circuits. In addition, a detailed analysis of the effect of the number of implemented inverters on the statistical properties of the generated response and FPGA resource utilization was performed. The proposed implementation is intended to be a lightweight solution for authentication and key generation purposes for IoT solutions.

2

Pomiar krótkich odcinków czasu z wykorzystaniem przetwornika czas-cyfra w architekturze Verniera z oscylatorami pierścieniowymi w technologii CMOS 28 nm

Kadłubowski Łukasz, Kmon Piotr

Przegląd Elektrotechniczny

|

2020

|

R. 96, nr 12

115--118

PL

Artykuł opisuje projekt systemu do pomiaru krótkich odcinków czasu dla układów o architekturze pikselowej, wykorzystujący przetwornik czas-cyfra w architekturze Verniera z oscylatorami pierścieniowymi. Omówione są również projekt oscylatora i wyniki symulacji postekstrakcyjnych. Docelową implementacją opracowywanego rozwiązania będą scalone układy elektroniki odczytu do pikselowych detektorów promieniowania X, których jedną z funkcji będzie pomiar czasu uderzenia cząstki w detektor i dodatkowo pomiar zdeponowanej energii.

EN

The paper describes the design of a system dedicated for a measurement of short time intervals in pixellated circuits. Ring oscillatorbased Vernier time-to-digital converter architecture is used. The design of ring oscillator is discussed, and post-extraction simulation results are also presented. The project goal is to implement the solution in integrated readout integrated circuits for pixel X-ray detectors that offer time of arrival and time over threshold measurement functionalities.

3

Wpływ miejsca lokowania bramek na częstotliwość oscylatora pierścieniowego

Michalak S.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2014

|

R. 60, nr 7

444--446

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy zmian częstotliwości oscylatora pierścieniowego, uzyskane poprzez zmianę miejsca lokowania pojedynczych bramek w różnych częściach struktury reprogramowalnej. Przeprowadzono symulacje komputerowe oraz wykonano badania eksperymentalne układu oscylatora pierścieniowego złożonego z N inwerterów, dla kilku wariantów rozmieszczenia bramek i wykorzystania linii połączeniowych pomiędzy obszarami CLBs. Układ oscylatora implementowano w strukturze FPGA (Spartan-3).

EN

This paper presents the results of investigations how the inverter location in the area of a reconfigurable FPGA chip influence the properties of a ring oscillator. Ring oscillators are very often implemented in FPGA structures, even in the very advanced projects. They are used both as a single element or an array of sensors for measuring the chip temperature and thermal verification on reconfigurable systems [1, 2], as well as for measuring the propagation delay on the internal wires of the FPGA chip [3, 4]. In our investigation the ring oscillator composed of 11 inverters was implemented in the Spartan-3 structure (Fig. 1). There were performed simulations and experiments. We tested whether and how the location of the single inverter and the delay of lines influenced the ring oscillator frequency (Figs. 2 and 3). The properties of different connections between CLBs in the FPGA structure are described (Figs. 4 and 5). The ring oscillator was located in different areas of the chip to minimize or specially increase the length of lines between the inverters (Figs. 6, 7 and 8). The simulation and experiment results are presented in Tab. 1 and discussed. In conclusion we can state that when one wants to use a ring oscillator as a sensor and to analyze the frequency or delay times, there should be considered not only the influence of temperature or voltage supply of the chip core [8] but also the location of the sensor. In the case of an array of sensors, each ring oscillator should be analyzed and calibrated independently.

4

Mikrokomputer Raspberry Pi jako sterownik systemu pomiarowego

Michalak S.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2014

|

R. 60, nr 8

649--651

PL

W artykule przedstawiono system pomiarowy, w którym nadrzędną rolę sprawuje mały, cieszący się coraz większą popularnością, mikrokomputer edukacyjny Raspberry Pi. System zaprojektowany został do wizualizacji rozkładu temperatury wewnątrz struktury układu reprogramowalnego FPGA, na podstawie dokonanych pomiarów częstotliwości oscylatorów pierścieniowych zaimplementowanych wewnątrz układu. Sterowanie procesem pomiarowym, akwizycja danych i prezentacja wyników nadzorowana jest przez mikrokomputer Raspberry Pi.

EN

In this paper the system based on Raspberry Pi, a popular educational microcomputer [1] is described. In this system, a programmable FPGA Spartan-3 XC3S200 [5] device was tested. The Raspberry Pi worked as a control unit for the whole system (Fig. 1). A part of the system was implemented inside the tested structure (Fig. 2). It was an array of ring oscillators (Fig. 3), as temperature sensors, with a structure for controlling the ring oscillators. Simple ring oscillators are often implemented in FPGA devices. They are used both as a single element or an array of sensors for measuring the chip temperature [2, 3, 4]. The frequency of the activated sensor was measured outside by an oscilloscope (SCPI command was used). The frequency was dependent on temperature. The sensors can be located in different areas of a chip [6, 7]. In case of the tested device 36 sensors were used, but generally it depends on a tested device [8, 9]. The Raspberry Pi controlled the measurement process via an SPI serial interface. The results were collected from the oscilloscope via a UART/RS232 serial interface. The relation between frequency and temperature (Fig. 4) as well as 2D visualizations (Fig. 5) were made using Gnuplot and Scilab. The results should visualize the temperature distribution inside the device, but first right calibration of sensors should be made. The location of elements inside the FPGA sensor is of great significance [10], so in the case of an array of sensors, each ring oscillator should be analyzed and calibrated independently.

5

A digital true random number generator implemented in different Xilinx FPGAs

Matuszewski Ł., Jessa M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 8

742--744

EN

In cryptography we often require sequences of numbers with unpredictable elements. Such sequences cannot be produced by purely deterministic systems. A novel method for producing true randomness and increasing the randomness of a combined TRNG using ring oscillators is described. In this paper we show that the proposed method provides similar results for generators implemented using different technologies offered by Xilinx. Thus, the proposed generator can be implemented in different FPGAs with other elements of a cryptographic system.

PL

W kryptografii często wymaga się ciągów liczb złożonych z nieprzewidywalnych elementów. Takie sekwencje nie mogą być wytwarzane w systemach czysto deterministycznych. Inżynierowie muszą opracować źródła losowości, których właściwości muszą być ocenione i potwierdzone przez niezależne badania, przynajmniej doświadczalnie. W artykule pokazano, że proponowana metoda wytwarzania losowości jest stabilna pod względem technologicznym. Uzyskano bardzo zbliżone rezultaty dla generatorów losowych zrealizowanych w strukturach FPGA (Field Programmable Gate Array) wykonanych w różnych technologiach jakie oferuje firma Xilinx. W żadnym przypadku nie korzystano z manualnego rozmieszczania elementów w matrycy FPGA, aby uzyskać lepsze rezultaty. Położenie poszczególnych składników zależało tylko od oprogramowania dostarczanego przez producenta. Zatem proponowany generator może być implementowany w różnych układach FPGA razem z innymi elementami systemu kryptograficznego.

6

Low-power wide-frequency-range ring oscillator for temperature-controlled oscillator

Frankiewicz M, Kos A

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2013

|

Vol. 54, nr 12

25-27

EN

The paper describes structure and simulation results of the novel ring oscillator designed in UMC CMOS 0.18 μm (1.8 V) which is a part of power management system including Temperature-Controlled Oscillator. Frequency generated by the oscillator is tuned by scaling the supply voltage, additionally ring length is digitally controlled. Presented ring oscillator has very wide tuning range (250 MHz–2.1 GHz) with small current consumption (34–689 μA).

PL

Artykuł opisuje strukturę i wyniki symulacji oscylatora pierścieniowego zaprojektowanego w technologii UMC CMOS 0,18 μm (1,8 V), który jest częścią systemu zarządzania mocą układu scalonego zawierającego generator przestrajany temperaturą układu. Częstotliwość generowana przez oscylator jest przestrajana poprzez zmianę napięcia zasilania, dodatkowo długość pierścienia oscylatora jest kontrolowana sygnałem cyfrowym. Opisywany oscylator ma bardzo szeroki zakres przestrajania (250 MHz–2,1 GHz) przy niskim poborze prądu (34–689 μA).

7

Badanie właściwości oscylatora pierścieniowego w temperaturze 77 K

Michalak S.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 7

681-683

PL

W artykule przedstawiono wyniki eksperymentów, w których testowano działanie oscylatora pierścieniowego zaimplementowanego w układach reprogramowalnych. Analizowano właściwości opóźniające inwerterów zaprogramowanych w strukturze CPLD układów XC2C32 (Xilinx). W temperaturze otoczenia (300 K) i w temperaturze ciekłego azotu (77 K), badano zdolność do generacji drgań, stałość częstotliwości oscylatora (na podstawie pomiarów średniookresowych), wpływ zmian napięcia zasilania na częstotliwość oscylacji.

EN

In this paper the results of experiments with a ring oscillator implemented in programmable devices (XC2C32 Xilinx) are presented. The examined devices were immersed in a Dewar flask (Fig. 1) with liquid nitrogen. It was found out that the ring oscillator (composed of 11 gates) (Fig. 2) still worked properly in such low temperature. According to the theory of silicon semiconductors, the activity of carriers increases in low temperatures, so there was expected decrease in the propagation delay for every gate and increase in the oscillation frequency. The output frequency was measured and the average propagation time for inverters was calculated. The results at 77 K (temperature of liquid nitrogen) were compared with those at 300 K (room temperature) (Tab. 1). The output frequency characteristics versus the supply voltage for the examined devices were measured and drawn (Figs. 3 and 4). The quadric polynominal functions which fit these non-linear characteristics were proposed. The relative change of the oscillation frequency versus the supply voltage is shown in Fig. 5. The frequency sensitivity depends both on supply voltage and temperature. The relative sensitivity (normalized) in relation to the voltage at 300 K and 77 K is presented in Fig. 6. Based on the results from 24-hour measurements (86400 samples were collected) the frequency stability was determined. The average value and standard deviation value were calculated (Tab. 2) but first and foremost there was calculated and plotted the Allan deviation (Fig. 7).

8

Oscylator pierścieniowy CMOS jako układ detekcji odkształcenia nanoczułych mikrosond krzemowych

Dumania P., Łysko J., Kłos H., Grodner M., Skwarka K., Szmigiel D.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2008

|

Vol. 49, nr 6

214-216

PL

Zaprezentowano nanoczułe mikrosondy krzemowe do pomiaru wielkości mechanicznych, w których do detekcji odkształcenia wykorzystano oscylatory pierścieniowe CMOS, zintegrowane z mikrobelką krzemową. Efekt piezorezystywności powoduje, iż odkształcenie belki zmienia parametry tranzystorów MOS, co z kolei wpływa na częstotliwość rezonansową oscylatora pierścieniowego. Zintegrowane mikrosondy wykonano w technologii CMOS 3,5 µm z bramką polikrzemową i jednym poziomem metalizacji. W części mikromechanicznej posłużono się techniką reliefu do uformowania bardzo cienkich belek o grubości 3...4 µm. Osiągnięto czułość 5...8 Hz/nm przy początkowej częstotliwości rezonansowej oscylatora ~10,8 MHz.

EN

Silicon microprobes for nanosensitive mechanical measurements are presented. They consist of the silicon microbeams, which are integrated with the CMOS ring oscillators. Piezoresistivity phenomenon is responsible for the MOS transistor parameter changes under mechanical stress. In consequence, the ring oscillator consisting of stressed MOS transistors gives resonant frequency shift. Integrated microprobes were fabricated with use of standard 3.5 µm CMOS technology, with one polysilicon layer and one metal level. Micromechanical part of technology was based on the relief technique, enabling 3.. .4 µm thick beams formation. With initial (no stress) resonant frequency about 10.8 MHz of the ring oscillator, beam deflection sensitivity 5...8 Hz/nm was obtained.