[发明专利]一种抗单粒子加固的时钟和数据恢复电路

说明书

本发明公开了一种抗单粒子加固的时钟和数据恢复电路，包括采样器、鉴相器、数字滤波器、逻辑判决电路、编码器、多数判决器、相位插值器以及多相时钟生成电路。本发明采用逻辑判决电路，在时钟和数据恢复电路锁定的情况下，能够有效抑制单粒子效应造成的鉴相器鉴相错误和滤波器滤波错误传递至后续的编码器电路中，保证了传输给编码器的信号的正确性，通过编码器的冗余结构抑制单粒子效应造成的编码错误，从而有效避免锁定的时钟和数据恢复电路发生意外调节，极大地降低单粒子效应对相位锁定状态的影响，提高了电路的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种时钟和数据恢复电路，尤其是一种通过数字算法和冗余结构实现的抗单粒子加固的时钟和数据恢复电路，属于高速抗辐射电路设计领域。

背景技术

时钟和数据恢复电路是实现高速串行通信的关键模块。它从串行数据中恢复出时钟信号，通过电路的调节找到数据的最佳采样点，通过对数据的重定时恢复出数据，消除了数据在传输过程中引入的抖动，其性能对整个高速串行传输系统有至关重要的影响。时钟和数据恢复电路是高速串行数据通信系统中不可缺少的关键电路，也是系统向更高速率提升的主要瓶颈。

在空间应用时，具有一定能量的单个重离子或者质子射入半导体器件或者集成电路时，能够造成电路性能退化或者功能失效，称为单粒子效应(single event effect，SEE)。随着半导体技术的迅猛发展，航天器用微电子器件的集成度不断提高，航天器逐渐更多地采用大规模集成电路。由于器件的特征尺寸和工作电压越来越小，相应地，临界电荷也越来越小，单粒子效应的作用也越来越明显。

在空间中应用时，当高能粒子穿透半导体材料时，它将通过和半导体晶格卢瑟福散射(Rutherford scattering)而失去能量(主要通过和晶体结构的核的康普顿(Compton)作用)，随着粒子将能量传递给晶格，它将慢慢地留下离化的自由电子-空穴对(EHPs)轨迹。辐射前，不存在可动的带电载流子。在集成电路结构中，这些过剩的载流子可能将电荷沉积在意想不到的地方，导致电路的节点电压瞬变及穿过器件的电流瞬变。现有的时钟和数据恢复电路结构，由于不具备抗单粒子效应结构，当相位锁定的时候，由于单粒子效应导致不同单元的电路节点电压瞬变或者穿过器件的电流瞬变，可能导致电路出现各种各样的错误，使得锁定相位的时钟和数据恢复电路做出错误的调节，从而造成相位失锁，进而导致数据采样错误，最终使数据传输的误码率增高，降低了整个系统的可靠性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种抗单粒子加固的时钟和数据恢复电路，降低单粒子效应对时钟和数据恢复电路的影响，提高电路的可靠性。

本发明的技术解决方案是：一种抗单粒子加固的时钟和数据恢复电路，包括采样器、鉴相器、数字滤波器、逻辑判决电路、编码器、多数判决器、相位插值器和多相时钟生成电路；

采样器包含八个采样单元，在每一个采样周期，四个采样单元用来采样输入的串行数据，另外四个采样单元用来采样输入串行数据的数据转换边沿，得到四组数据和四组数据转换边沿，并将所述四组数据、四组数据转换边沿以及上一个采样周期采样的最后一组数据输出给鉴相器，当所述时钟和数据恢复电路锁定时，采样器将四组数据输出；其中采样周期的采样时钟来自于多相时钟生成电路所产生的八相时钟；

鉴相器为二进制鉴相器，在每一个采样周期利用数据转换边沿与数据转换边沿两侧数据之间的关系，得到每组数据转换边沿的采样时钟相位与该数据转换边沿之间的关系，并转化为数字鉴相信号输出给数字滤波器；所述每组数据转换边沿的采样时钟相位与该数据转换边沿之间的关系包括领先、落后或同相；

数字滤波器在每一个采样周期对输入的四组数字鉴相信号进行滤波处理，产生包含采样时钟相位调节关系的六位滤波信号，并输出给逻辑判决电路；所述采样时钟相位调节关系为采样时钟相位左移一位、右移一位或不动；