En este artículo, estudiamos el rendimiento de la medición compensada de segundo orden para generar una respuesta de múltiples bits en funciones físicamente no clonables (PUFs). La técnica propuesta se basa en una novedosa medición compensada de segundo orden que genera múltiples bits en lugar de un solo bit proporcionado por la medición compensada convencional. Se ha propuesto e implementado un PUF basado en esta técnica en 40 FPGAs Artix-7, y su singularidad y reproducibilidad se han comparado con las de otro PUF que utiliza la técnica de medición compensada. Además, demostramos que el mejor compromiso entre identificabilidad y rendimiento del tiempo de cálculo se obtiene al usar solo dos bits. Al mismo tiempo, se ha demostrado el buen rendimiento de la técnica, mejorando la identificabilidad de un PUF de oscilador de anillo (RO-PUF) entre un 70 y un 90% en comparación con un RO-PUF que utiliza medición compensada convencional. En particular, se pueden lograr tasas de error iguales (EER) del orden de EER10-16 al combinar el bit de signo con otro bit extraído utilizando la técnica propuesta; y hasta EER10-19 al usar un bit adicional más. Además, se ha probado la alta fiabilidad de las respuestas generadas por esta técnica frente a posibles variaciones de temperatura y voltaje. Estos resultados muestran cómo esta nueva técnica mejora el rendimiento del PUF en términos de identificabilidad, por lo que puede ser utilizada de manera efectiva para fines de identificación de dispositivos.