一种锁相环中的单粒子辐射加固电荷泵电路制造技术

本发明专利技术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。

A single particle radiation enhanced charge pump circuit in phase locked loop

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，具体涉及一种锁相环中的单粒子辐射加固的电荷泵电路。
技术介绍
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Vref与分频器分频后的反馈信号Vfb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Vctrl)，也就是调整压控振荡器的控制电压Vctrl，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Vref与反馈信号Vfb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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案如下：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；所述辐射加固电路在于，当基本电荷泵电路(1)中结点A、结点B、结点C、结点D或结点E受到高能单粒子轰击产生单粒子瞬态脉冲电流时，辐射加固电路中对应的辐射补偿电流管(结点A对应辐射补偿电流管MC1、结点B对应辐射补偿电流管MC2、结点C对应辐射补偿电流管MC3及MC8、结点D对应辐射补偿电流管MC7、结点E对应辐射补偿电流管MC6)工作并产生补偿电流以补偿对应结点A、结点B、结点C、结点D、结点E的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(即PMOS管MC1、PMOS管MC2、PMOS管MC3、NMOS管MC6、NMOS管MC7以及NMOS管MC8)在基本电荷泵电路的相应结点(结点A对应PMOS管MC1、结点B对应PMOS管MC2、结点C对应PMOS管MC3及NMOS管MC8、结点D对应NMOS管MC7、结点E对应NMOS管MC6)未受到单粒子瞬态轰击时不工作。进一步的，所述基本电荷泵电路包括：NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、误差放大器A1、PMOS管M5、PMOS管M6、PMOS管M7以及PMOS管M8，其中，在所述基本电荷泵电路中PMOS管M8的源极与外部电源VDD相连，PMOS管M8的栅极与PMOS管M14的栅极以及外部偏置Vbp1相连，PMOS管M8的漏极与PMOS管M7的源极以及PMOS管MC1的源极相连，PMOS管M7的栅极与PMOS管M13的栅极以及外部偏置Vbp2相连，PMOS管M7的漏极分别与PMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极以及PMOS管MC2的源极相连，PMOS管M5的栅极与输入端相连，PMOS管M5的漏极分别与误差放大器A1的输出端、误差放大器A1的反向输入端以及NMOS管M3的漏极相连，NMOS管M3的栅极与输入端相连，PMOS管M6的栅极与输入端UP相连，PMOS管M6的漏极分别与误差放大器A1的同向输入端、NMOS管M4的漏极、NMOS管MC8的源极、PMOS管MC3的源极以及电阻R1的一端相连，NMOS管M4的栅极与输入端DN相连，NMOS管M4的源极与NMOS管M3的源极、NMOS管MC7的源极以及NMOS管M2的漏极相连，NMOS管M2的栅极与NMOS管M10的栅极以及外部偏置Vbn2相连，NMOS管M2的源极与NMOS管MC6的源极以及NMOS管M1的漏极相连，NMOS管M1的栅极与NMOS管M9的栅极以及外部偏置Vbn1相连，NMOS管M1的源极与外部地线GND相连。进一步的，所述辐射加固电路包括：PMOS管MC1、PMOS管MC2、PMOS管MC3、NMOS管MC4、NMOS管MC5、NMOS管MC6、NMOS管MC7、NMOS管MC8、PMOS管MC9、PMOS管MC10、电阻R1以及误差放大器A2，在所述辐射加固电路中PMOS管MC1的漏极分别与PMOS管MC2的漏极、PMOS管MC3的漏极、NMOS管MC4的漏极、NMOS管MC4的栅极以及NMOS管MC5的栅极相连，NMOS管MC4的源极与NMOS管MC5的源极以及外部地线GND相连，PMOS管MC9的源极与PMOS管MC10的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管MC9的漏极与电阻R1的另一端、误差放大器A2的同向输入端、输出端Vctrl以及NMOS管MC5的漏极相连，PMOS管MC10的栅极与PMOS管MC9的栅极、PMOS管MC10的漏极、NMOS管MC8的漏极、NMOS管MC7的漏极以及NMOS管MC6的漏极相连，NMOS管MC8的栅极分别与PMOS管MC3的栅极、误差放大器A2的反向输入端、误差放大器A2的输出端、PMOS管M12的漏极以及NMOS管M11的漏极相连。进一步的，所述偏置电路包括：NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M13以及PMOS管M14；在所述偏置电路中PMOS管M14的源极与NMOS管M11的栅极以及外部电源VDD相连，PMOS管M14的漏极与PMOS管MC1的栅极以及PMOS管M13的源极相连，PMOS管M13的漏极与PMOS管MC2的栅极以及PMOS管M12的源极相连，PMOS管M12的栅极与NMOS管M9的源极以及外部地线GND相连，NMOS管M11的源极与NMOS管MC7的栅极以及NMOS管M10的漏极相连，NMOS管M10的源极与NMOS管MC6的栅极以及NMOS管本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(1)，其特征在于，还包括辐射加固电路(2)以及偏置电路(3)，所述基本电荷泵电路(1)的信号输出端电连接所述辐射加固电路(2)的信号输入端，所述辐射加固电路(2)的信号输出端电连接所述基本电荷泵电路(1)的单粒子辐射敏感结点端，所述偏置电路(3)的输出端电连接所述辐射加固电路(2)的电压输入端；当基本电荷泵电路(1)中结点A‑结点E之一受到高能单粒子轰击产生单粒子瞬态脉冲电流时，辐射加固电路(2)中对应的辐射补偿电流管工作并产生补偿电流以补偿对应结点A‑结点E的单粒子瞬态脉冲电流；结点A对应辐射补偿电流管MC1、结点B对应辐射补偿电流管MC2、结点C对应辐射补偿电流管MC3及MC8、结点D对应辐射补偿电流管MC7、结点E对应辐射补偿电流管MC6，所述偏置电路(3)用于为所述辐射加固电路(2)提供偏置，使得所述辐射加固电路(2)中的辐射补偿电流管在基本电荷泵电路(1)的相应结点未受到单粒子瞬态轰击时不工作。

【技术特征摘要】
1.一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(1)，其特征在于，还包括辐射加固电路(2)以及偏置电路(3)，所述基本电荷泵电路(1)的信号输出端电连接所述辐射加固电路(2)的信号输入端，所述辐射加固电路(2)的信号输出端电连接所述基本电荷泵电路(1)的单粒子辐射敏感结点端，所述偏置电路(3)的输出端电连接所述辐射加固电路(2)的电压输入端；当基本电荷泵电路(1)中结点A-结点E之一受到高能单粒子轰击产生单粒子瞬态脉冲电流时，辐射加固电路(2)中对应的辐射补偿电流管工作并产生补偿电流以补偿对应结点A-结点E的单粒子瞬态脉冲电流；结点A对应辐射补偿电流管MC1、结点B对应辐射补偿电流管MC2、结点C对应辐射补偿电流管MC3及MC8、结点D对应辐射补偿电流管MC7、结点E对应辐射补偿电流管MC6，所述偏置电路(3)用于为所述辐射加固电路(2)提供偏置，使得所述辐射加固电路(2)中的辐射补偿电流管在基本电荷泵电路(1)的相应结点未受到单粒子瞬态轰击时不工作。2.根据权利要求1所述锁相环中的单粒子辐射加固电荷泵电路，其特征在于，所述基本电荷泵电路(1)包括：NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、误差放大器A1、PMOS管M5、PMOS管M6、PMOS管M7以及PMOS管M8，其中，在所述基本电荷泵电路(1)中PMOS管M8的源极与外部电源VDD相连，PMOS管M8的栅极与PMOS管M14的栅极以及外部偏置Vbp1相连，PMOS管M8的漏极与PMOS管M7的源极以及PMOS管MC1的源极相连，PMOS管M7的栅极与PMOS管M13的栅极以及外部偏置Vbp2相连，PMOS管M7的漏极分别与PMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极以及PMOS管MC2的源极相连，PMOS管M5的栅极与输入端相连，PMOS管M5的漏极分别与误差放大器A1的输出端、误差放大器A1的反向输入端以及NMOS管M3的漏极相连，NMOS管M3的栅极与输入端相连，PMOS管M6的栅极与输入端UP相连，PMOS管M6的漏极分别与误差放大器A1的同向输入端、NMOS管M4的漏极、NMOS管MC8的源极、PMOS管MC3的源极以及电阻R1的一端相连，NMOS管M4的栅极与输入端DN相连，NMOS管M4的源极与NMOS管M3的源极、NMOS管MC7的源极以及NMOS管M2的漏极相连，NMOS管M2的栅极与NMOS管M10的栅极以及外部偏置Vbn2相连，NMOS管M2的源极与NMOS管MC6的源极以及NMOS管M1的漏极相连，NMOS管M1的栅极与NMOS管M9的栅极以及外部偏置Vbn1相连，NMOS管M1的源极与外部地线GND相连。3.根据权利要求1或2所述锁相环中的单粒子辐射加固电荷泵电路，其特征在于，所述辐射加固电路(2)包括：PMOS管MC1、PMOS管MC2、PMOS管MC3、NMOS管MC4、NMOS管MC5、NMOS管MC6、NMOS管MC7、NMOS管MC8、PMOS管MC9、PMOS管MC10、电阻R1以及误差放大器A2，在所述辐射加固电路(2)中PMO...

【专利技术属性】
技术研发人员：周前能，朱令，李红娟，谭金益，林金朝，庞宇，李国权，王伟，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50