[發明專利]一種抗單粒子瞬態的鎖相環

有效

• 申請號: 201210461650.7
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN102983857A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 韓本光;郭仲杰;汪西虎;吳龍勝
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085;H03L7/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本屬于半導體集成電路技術領域，涉及一種抗單粒子瞬態的鎖相環。

背景技術

隨著集成電路在空間技術中的廣泛應用，其抗單粒子瞬態的能力越來越受到關注，而作為時鐘產生模塊的鎖相環，其輸出時鐘的正確與否直接決定了電子系統能否正常工作，因此，對于工作在輻射環境中的電子系統，鎖相環的抗單粒子瞬態的能力成為一項關鍵技術指標。

目前，業界對鎖相環抗單粒子瞬態特性開展了較為廣泛的研究并取得了豐碩的研究成果。如文章“A?hardened-by-design?technique?for?RF?digitalphase-locked?loops”提出一種電壓型電荷泵，該方法減小了系統失鎖后的恢復時間，但是，由于該結構充放電電流隨系統狀態而變化，因此，系統穩定性較難保證。文章“A?radiation-hardened-by-design?technique?for?improvingsingle-event?transient?tolerance?of?charge?pumps?in?PLLs”增加了一個電流補償電路，該方法也是通過加快系統失鎖后的恢復速度以減小系統的失鎖狀態時間，雖然系統穩定性得以保證，但是，該結構增加的兩個運放帶寬要求很大，較難實現，增加了系統功耗，同時增加的電路也引入了單粒子敏感結點。專利“Radiation?Hardened?Phase?Locked?Loop,US2007/0090880A1”提出一個可調節帶寬的濾波器，其思想是通過一個鎖定探測電路判斷是否發生單粒子瞬態，以減小單粒子瞬態對壓控振蕩器控制電壓帶來的擾動。該方法實現較為困難，因為單粒子瞬態脈沖時間很短，幾十皮秒到上百皮秒，而鎖定探測電路的門延遲與單粒子脈沖時間接近，因此探測電路判斷出單粒子發生后，系統已經失鎖。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種抗單粒子瞬態的鎖相環，減少或抑制單粒子轟擊所造成的影響。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種抗單粒子瞬態的鎖相環，包括鑒頻鑒相器、電荷泵、濾波器，壓控振蕩器和分頻器，在電荷泵與濾波器之間設有單粒子抑制電路；

單粒子抑制電路包括電荷泄放支路、衰減電阻和電荷補償支路，衰減電阻一端接電荷泵的輸出端，另一端接壓控振蕩器的輸入端；

當電荷泵的輸出端電壓降低，需要充電時，濾波器經單粒子抑制電路對電荷泵的輸出端充電；

當電荷泵的輸出端電壓升高，需要放電時，電荷泵的輸出端經單粒子抑制電路對濾波器充電。

所述輸入參考信號和反饋信號為鑒頻鑒相器的輸入信號，鑒頻鑒相器的第一輸出信號和第二為輸出信號，分別控制電荷泵的上拉開關和下拉開關；壓控振蕩器的輸出端接分頻器的輸入端，分頻器的輸出端產生反饋信號，接頻鑒相器的輸入端后與輸入參考信號進行相位比較。

所述電荷泵的上拉開關為PMOS，其漏極為電荷泵的輸出端，其柵極由鑒頻鑒相器的第一輸出信號控制，其源極接電流源的一端，電流源的另一端接電源；下拉開關為NMOS，其漏極為電荷泵的輸出端，其柵極由鑒頻鑒相器的第二為輸出信號控制，其源極接電流沉的一端，電流沉的另一端接地；

濾波器包括電阻，第一電容和第二電容，第一電容和第二電容的上極板連接壓控振蕩器的輸入端，其下極板均接地，電阻設在第一電容的上極板與壓控振蕩器的輸入端之間；第一電容的電容值大于第二電容的電容值，第二電容的電容值遠大于電荷泵輸出結端的寄生電容。

所述的單粒子抑制電路包括電荷泄放PMOS、衰減電阻和電荷補償NMOS；電荷泄放PMOS的漏極接地，柵極接壓控振蕩器的輸入端，源極接電荷泵的輸出端；電荷補償NMOS的漏極接電源，柵極接壓控振蕩器的輸入端，源極接電荷泵的輸出端。

流經電流源的充電電流與衰減電阻之積小于電荷泄放PMOS的閾值電壓，流經電流沉的放電電流與衰減電阻之積小于電荷補償NMOS的閾值電壓；在正常工作條件下，電荷泄放PMOS和電荷補償NMOS均處于截止狀態。

壓控振蕩器輸入電壓范圍為：

電流沉的過驅動電壓+流經電流沉的放電電流×衰減電阻＜壓控振蕩器輸入電壓＜電荷泵電源電壓－電流源的過驅動電壓－流經電流源的充電電流×衰減電阻。

當單粒子射入下拉開關的漏端，導致電荷泵的輸出端電壓下降，電壓降低的幅度小于電荷補償NMOS的閾值電壓時，第二電容通過衰減電阻向電荷泵的輸出端充電。