[发明专利]一种抗单粒子辐射的电荷泵锁相环加固结构

说明书

本发明公开了一种抗单粒子辐射的电荷泵锁相环加固结构，其特征在于，所述电荷泵锁相环加固结构包括：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瞬态效应抑制电路；所述单粒子瞬态效应抑制电路中包括衰减电路、补偿电路、控制电路和选择电路。本发明能够减小甚至抑制单粒子轰击对滤波器输出电压的影响。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种抗单粒子辐射的电荷泵锁相环加固结构。

背景技术

辐射会影响航天设备的工作状态，甚至导致航天设备失效。如在恶劣的空间辐射环境中运行的航天器，根据可调查的航天故障次数统计显示，辐射是造成的航天器失效的最主要原因，空间辐射环境中的辐射粒子会对航天器中的集成电路甚至航天电子设备产生严重影响。

锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路作为航天电子系统的重要组成部分，可以产生低抖动时钟，含PLL的集成电路芯片被广泛应用到卫星探测、雷达、导航、航空航天等具有辐射条件的环境中。然而，辐射会使PLL产生单粒子效应(Single-Event Effect，SEE)和总电离剂量效应(Total Ionization Dose，TID)，从而导致PLL瞬时或永久性损坏，进一步导致电子设备的性能下降甚至功能故障。随着工艺的不断缩小，总剂量效应的影响逐渐减小，单粒子效应对航天设备中电子器件的影响却日益加剧，尤其是SEE中的单粒子瞬变(Single-Event Transient，SET)效应已经成为影响锁相环中最重要的辐射效应。

进一步地，电荷泵(Charge Pump，CP)是锁相环中的核心电路模块，是最容易受到SET效应影响的子模块。在SET效应影响下，电荷泵会产生大量电荷对电容进行充放电，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，严重影响电子系统的正常工作。现有技术中还未涉及对电荷泵进行有效的抗辐照加固，以克服辐射影响的技术方案。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种抗单粒子辐射的电荷泵锁相环加固结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种抗单粒子辐射的电荷泵锁相环加固结构，所述电荷泵锁相环加固结构包括：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瞬态效应抑制电路；所述单粒子瞬态效应抑制电路中包括衰减电路、补偿电路、控制电路和选择电路；其中，鉴频鉴相器包括参考信号频率接收端、输出信号频率接收端，充电信号输出端和放电信号输出端；电荷泵的第一输入端连接鉴频鉴相器的充电信号输出端，第二输入端连接鉴频鉴相器的放电信号输出端；衰减电路的输入端连接电荷泵的输出端，输出端连接补偿电路的输入端，所述衰减电路用于对单粒子轰击后产生的充电电流和放电电流进行衰减，以使滤波器的输出电压保持恒定；所述补偿电路用于对单粒子轰击后产生的电流进行补偿，以使滤波器的输出电压保持恒定；选择电路的第一输入端连接补偿电路的输出端，第二输入端连接控制电路的输出端，输出端连接滤波器的输入端，所述选择电路用于对电荷泵输出的充电电流和放电电流进行控制；控制电路的输入端连接鉴频鉴相器的充电信号输出端和放电信号输出端，所述控制电路用于判断锁相环的工作状态；所述工作状态包括锁定状态和非锁定状态；滤波器的输出端连接压控振荡器的输入端；压控振荡器的输出端连接分频器的输入端；分频器的输出端连接鉴频鉴相器的输出信号频率接收端。

在本发明的一个实施例中，所述电荷泵包括：PMOS管M1、电流源I1、NMOS管M2和电流源I2；其中，PMOS管M1的源极连接电流源I1，栅极连接鉴频鉴相器的充电信号输出端，漏极连接衰减电路，NMOS管M2的源极连接电流源I2，栅极连接鉴频鉴相器的放电信号输出端，漏极连接衰减电路。