[发明专利]一种抗单粒子瞬态的锁相环

说明书

技术领域

本属于半导体集成电路技术领域，涉及一种抗单粒子瞬态的锁相环。

背景技术

随着集成电路在空间技术中的广泛应用，其抗单粒子瞬态的能力越来越受到关注，而作为时钟产生模块的锁相环，其输出时钟的正确与否直接决定了电子系统能否正常工作，因此，对于工作在辐射环境中的电子系统，锁相环的抗单粒子瞬态的能力成为一项关键技术指标。

目前，业界对锁相环抗单粒子瞬态特性开展了较为广泛的研究并取得了丰硕的研究成果。如文章“A hardened-by-design technique for RF digitalphase-locked loops”提出一种电压型电荷泵，该方法减小了系统失锁后的恢复时间，但是，由于该结构充放电电流随系统状态而变化，因此，系统稳定性较难保证。文章“A radiation-hardened-by-design technique for improvingsingle-event transient tolerance of charge pumps in PLLs”增加了一个电流补偿电路，该方法也是通过加快系统失锁后的恢复速度以减小系统的失锁状态时间，虽然系统稳定性得以保证，但是，该结构增加的两个运放带宽要求很大，较难实现，增加了系统功耗，同时增加的电路也引入了单粒子敏感结点。专利“Radiation Hardened Phase Locked Loop,US2007/0090880A1”提出一个可调节带宽的滤波器，其思想是通过一个锁定探测电路判断是否发生单粒子瞬态，以减小单粒子瞬态对压控振荡器控制电压带来的扰动。该方法实现较为困难，因为单粒子瞬态脉冲时间很短，几十皮秒到上百皮秒，而锁定探测电路的门延迟与单粒子脉冲时间接近，因此探测电路判断出单粒子发生后，系统已经失锁。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种抗单粒子瞬态的锁相环，减少或抑制单粒子轰击所造成的影响。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种抗单粒子瞬态的锁相环，包括鉴频鉴相器、电荷泵、滤波器，压控振荡器和分频器，在电荷泵与滤波器之间设有单粒子抑制电路；

单粒子抑制电路包括电荷泄放支路、衰减电阻和电荷补偿支路，衰减电阻一端接电荷泵的输出端，另一端接压控振荡器的输入端；

当电荷泵的输出端电压降低，需要充电时，滤波器经单粒子抑制电路对电荷泵的输出端充电；

当电荷泵的输出端电压升高，需要放电时，电荷泵的输出端经单粒子抑制电路对滤波器充电。

所述输入参考信号和反馈信号为鉴频鉴相器的输入信号，鉴频鉴相器的第一输出信号和第二为输出信号，分别控制电荷泵的上拉开关和下拉开关；压控振荡器的输出端接分频器的输入端，分频器的输出端产生反馈信号，接频鉴相器的输入端后与输入参考信号进行相位比较。

所述电荷泵的上拉开关为PMOS，其漏极为电荷泵的输出端，其栅极由鉴频鉴相器的第一输出信号控制，其源极接电流源的一端，电流源的另一端接电源；下拉开关为NMOS，其漏极为电荷泵的输出端，其栅极由鉴频鉴相器的第二为输出信号控制，其源极接电流沉的一端，电流沉的另一端接地；

滤波器包括电阻，第一电容和第二电容，第一电容和第二电容的上极板连接压控振荡器的输入端，其下极板均接地，电阻设在第一电容的上极板与压控振荡器的输入端之间；第一电容的电容值大于第二电容的电容值，第二电容的电容值远大于电荷泵输出结端的寄生电容。

所述的单粒子抑制电路包括电荷泄放PMOS、衰减电阻和电荷补偿NMOS；电荷泄放PMOS的漏极接地，栅极接压控振荡器的输入端，源极接电荷泵的输出端；电荷补偿NMOS的漏极接电源，栅极接压控振荡器的输入端，源极接电荷泵的输出端。

流经电流源的充电电流与衰减电阻之积小于电荷泄放PMOS的阈值电压，流经电流沉的放电电流与衰减电阻之积小于电荷补偿NMOS的阈值电压；在正常工作条件下，电荷泄放PMOS和电荷补偿NMOS均处于截止状态。

压控振荡器输入电压范围为：

电流沉的过驱动电压+流经电流沉的放电电流×衰减电阻＜压控振荡器输入电压＜电荷泵电源电压－电流源的过驱动电压－流经电流源的充电电流×衰减电阻。

当单粒子射入下拉开关的漏端，导致电荷泵的输出端电压下降，电压降低的幅度小于电荷补偿NMOS的阈值电压时，第二电容通过衰减电阻向电荷泵的输出端充电。