[发明专利]一种锁相环中的单粒子辐射加固电荷泵电路

说明书

本发明请求保护一种锁相环中的单粒子辐射加固电荷泵电路，包括基本电荷泵电路，其还包括辐射加固电路以及偏置电路，所述基本电荷泵电路的信号输出端电连接所述辐射加固电路的信号输入端，所述辐射加固电路的信号输出端电连接所述基本电荷泵电路的单粒子辐射敏感结点端，所述偏置电路的输出端电连接所述辐射加固电路的电压输入端；所述辐射加固电路用于对基本电荷泵电路的相应结点受到高能单粒子轰击时产生补偿电流以补偿单粒子瞬态脉冲电流；所述偏置电路用于为所述辐射加固电路提供偏置，使得所述辐射加固电路中的辐射补偿电流管在基本电荷泵电路的相应结点未受到单粒子瞬态轰击时不工作。本电路提高锁相环的抗单粒子辐射能力。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种锁相环中的单粒子辐射加固的电荷泵电路。

背景技术

随着现代航天应用技术的发展与武器功能的多样化，系统内部的处理器计算量增大，随之越来越多的集成电路芯片将工作在辐射环境中。对于在辐射环境下工作的集成电路芯片，主要考虑单粒子效应和总剂量效应两种。随着集成电路工艺发展，总剂量效应对集成电路芯片的影响在减弱，相反单粒子效应对集成电路芯片的影响越来越大。相对于数字集成电路，模拟集成电路及数模混合集成电路对单粒子效应更敏感，在先进集成电路工艺中日趋严峻且加固设计更加困难。因此，模拟集成电路及数模混合集成电路的单粒子辐射加固研究已成研究重点及难点。

锁相环电路作为产生时钟基准的重要部件，已广泛应用于商用和航空航天领域的集成电路芯片中，其通用结构如图1所示。工作原理为：鉴频鉴相器检测输入参考信号V_ref与分频器分频后的反馈信号V_fb的相位或频率，并根据相位差或频率差产生电荷泵充放电控制信号和电荷泵在和的控制下对低通滤波器进行充电或放电，从而改变低通滤波器的输出电压(即电荷泵的输出端电压V_ctrl)，也就是调整压控振荡器的控制电压V_ctrl，进而不断地调整压控振荡器的输出频率以减小输入参考信号V_ref与反馈信号V_fb之间的相位差，这个反馈过程不断的重复直到最终使输入参考信号与反馈信号的相位对齐，即锁相环锁定。

电荷泵对整个锁相环的性能起决定作用，图2为基本差分型电荷泵。当PMOS管M6和NMOS管M4导通时，PMOS管M5和NMOS管M3关断，结点C与结点Y电压相等；当PMOS管M6和NMOS管M4关断时，PMOS管M5和NMOS管M3导通，结点C与结点Y电压相等，这样结点C在NMOS管M4以及PMOS管M6导通与关断时没有电压变化,即电荷泵输出端Vctrl-old在NMOS管M4以及PMOS管M6导通与关断时没有电压变化，从而避免了电荷共享效应。但是，电荷泵在单粒子瞬态效应中会产生大量的电荷对低通滤波器中的电容进行充放电，导致压控振荡器的控制电压严重偏离锁定值，超出最大或最小控制电压，从而导致锁相环的输出时钟长时间处于混乱状态，严重影响到电子系统的正常工作。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种有效地改善锁相环电路整体输出抖动特性，从而提高锁相环的抗单粒子辐射能力的锁相环中的单粒子辐射加固电荷泵电路。本发明的技术方案如下：