一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器制造技术

本发明专利技术公开一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，包括三个以上的VCO单元、两个投票器单元以及一个差分输出单元，各VCO单元级联连接，各VCO单元分别与每个投票器单元环形连接以构成环形振荡器，两个投票器单元的输出端分别与差分输出单元连接，各个VCO单元分别输出一路相同相位的电压信号给每个投票器单元，两个投票器单元输出的结果经差分输出单元差分输出最终的电压输出信号。本发明专利技术具有结构简单紧凑、成本低廉、软错误率低、抗辐射性能好以及效率高等优点。

A High Speed Differential Output Voltage Controlled Oscillator with Low Soft Error Rate

【技术实现步骤摘要】
一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器
本专利技术涉及压控振荡器
，尤其涉及一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器。
技术介绍
为了满足对更高集成度、更多功能以及更低功耗集成电路的需求，集成电路的特征尺寸和工作电压不断缩减，导致电路的辐照敏感度急剧增加。压控振荡器是集成电路的重要组成部分，现有技术中压控振荡器通常不具备抗辐照功能，一旦由于辐照的影响即会导致压控振荡器的输出受到单粒子效应影响而发生错误，会严重影响电路的性能。因此，亟需提供一种具有抗辐照功能的压控振荡器，以提高压控振荡器的抗辐照性能，降低软错误率。为了解决上述问题，一种解决方案是采用多个独立运行的偏置电路来控制环振内部的延时单元，形成多偏置式压控振荡器，当有高能粒子击中其中任意一个偏置电路时，由于其他三个偏置电路都是正常工作状态，因而只会影响一个延时单元的工作情况，其他延时单元仍然处于正常工作状态，可以降低整体的频率偏移，从而抑制压控振荡器电路由于辐照作用引起的单粒子效应，但是该类方式仅能够抑制高能粒子击中偏置电路情况下的单粒子效应，抑制效果有限；另一种解决方案是通过配置三个相对独立运行的VCO电路，由投票器对VCO电路的结果进行投票，构成交叉耦合型压控振荡器，通过该交叉耦合型压控振荡器，当有高能粒子击中任意一个VCO电路时，由于其他VCO电路都是正常工作状态，由投票器单元可以屏蔽发生单粒子效应的VCO电路输出的错误信号，最终将其他VCO电路的正确信号输出，从而抑制压控振荡器电路由于辐照作用引起的单粒子效应，但是该类方式中当高能粒子击中投票器时仍然会受到单粒子效应的影响，抗辐射效果仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、成本低廉、软错误率低、抗辐射性能好以及效率高的具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，包括三个以上的VCO单元、两个投票器单元以及一个差分输出单元，各所述VCO单元级联连接，各所述VCO单元分别与每个所述投票器单元环形连接以构成环形振荡器，两个所述投票器单元的输出端分别与所述差分输出单元连接，各个所述VCO单元分别输出一路相同相位的电压信号给每个所述投票器单元，两个所述投票器单元输出的结果经所述差分输出单元差分输出最终的电压输出信号。作为本专利技术的进一步改进：各个所述VCO单元中的相同相位节点相互耦合连接。作为本专利技术的进一步改进：所述VCO单元包括依次连接的偏置电路、延时链电路以及信号转换电路，所述偏置电路分别为所述延时链电路、信号转换电路提供偏置电压，所述延时链电路输出一路电流模信号，经过所述信号转换电路转换为电压信号后输出。作为本专利技术的进一步改进：各所述偏置电路分别接入输入控制电压，产生三对不同的偏置电压输出给对应的所述延时链电路、信号转换电路。作为本专利技术的进一步改进：所述偏置电路包括依次连接的用于作为输入开关管的NM1开关管、用于作为结构对称开关管的NM3开关管以及用于提供有源负载的PM1开关管，所述NM1开关管的栅极接收输入控制电压，漏极连接所述NM3开关管的源级，所述NM3开关管的漏极连接所述PM1开关管的漏极，所述NM1开关管的栅极连接第一输出端以输出第一偏置电压VBN，所述PM1开关管的漏极连接第二输出端以输出第二偏置电压VBP。作为本专利技术的进一步改进：所述延时链电路包括两个以上依次连接的延时电路，所述延时电路采用差分结构，包括依次连接的用于提供有源负载的第一有源负载电路、用于作为正反馈的正反馈电路、第一差分输入电路以及第一尾电流电路，所述第一尾电流电路、所述第一有源负载电路分别接入所述偏置电路提供的偏置电压，所述第一差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出端输出一对输出电压。作为本专利技术的进一步改进：所述第一有源负载电路包括PM3开关管、PM4开关管、PM5开关管以及PM6开关管，所述PM3开关管、PM4开关管的方向相同，所述PM5开关管、PM6开关管的方向相同，所述PM3开关管、PM4开关管与所述PM5开关管、PM6开关管的方向相反，所述PM4开关管与所述PM5开关管之间的连接点接入所述偏置电路输出的一个偏置电压；所述第一差分输入电路包括由NM4开关管和NM5开关管构成的差分对管，所述正反馈电路包括PM7开关管与PM8开关管，所述PM7开关管与所述PM8开关管的方向相反，所述PM7开关管、PM8开关管分别对应与所述NM4开关管和NM5开关管连接以实现正反馈；所述第一尾电流电路包括NM2开关管，所述NM2开关管的栅极接入所述偏置电路输出的一个偏置电压、漏极连接所述第一差分输入电路。作为本专利技术的进一步改进：所述信号转换电路包括由开关管NM11和开关管NM12构成的尾电流管电路、由开关管NM32和开关管NM41以及开关管NM31和开关管NM42构成的差分输入电路，以及由开关管PM12、PM13、PM14、PM11构成的电流镜电路，所述差分输入电路中开关管NM32和开关管NM41接入差分反输入信号ON0，开关管NM31和开关管NM42接入差分正输入信号OP0，通过第一输出端OUTN和第二输出端OUTP分别输出转换后的全摆幅信号。作为本专利技术的进一步改进：所述投票器单元包括三路晶体管支路以及一个反相器电路，所述晶体管支路的上支路包括两个串联连接的PMOS管、下支路包括两个串联的NMOS管，每路所述晶体管支路的上支路与下支路之间的中间节点连接至所述反相器电路的输入端。作为本专利技术的进一步改进：所述差分输出单元包括由开关管NM46以及开关管NM56构成的差分输出管以及尾电流管NM26，所述尾电流管NM26的栅极接入所述偏置电路输出的一个偏置电压、漏极连接所述差分输出管。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，当有高能粒子击中某一个VCO单元时，由于其它两个VCO单元都是正常工作状态，经过投票器单元能够将正确的状态输出至差分输出单元，抑制VCO单元发生单粒子效应，同时由差分输出单元作为最终输出级，当有高能粒子击中任意一个投票器单元时，由于差分输出单元本身对粒子不敏感，可以通过差分输出单元屏蔽投票器单元发生单粒子效应，使得整个压控振荡器具有很好的抗辐射效果，最大限度的降低软错误率，满足低软错误的需求。2、本专利技术具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，通过由差分输出单元作为最终输出级，由于电阻等无源器件对单粒子基本不敏感，同时差分对的晶体管并不会同时受到单粒子效应影响，差分输出总是可以保持至少一半幅度的输出。3、本专利技术具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，当有高能粒子击中某一个VCO单元的偏置电路、延时链电路或信号转换电路时，通过投票器单元的作用均能够将正确的状态给到输出端，从而屏蔽VCO单元发生单粒子效应。4、本专利技术具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，通过采用分组提供偏置电压的方式，相比于传统的由统一偏置电压来为整个VCO各个单元提供偏置，可以将全局影响变成局部链路影响，从而可以通过三模冗余技术将单粒子效应影响屏蔽，进一步提高压控振荡器的抗辐照性能。附图说明图1是本实施例具有抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：包括三个以上的VCO单元(1)、两个投票器单元(2)以及一个差分输出单元(3)，各所述VCO单元(1)级联连接，各所述VCO单元(1)分别与每个所述投票器单元(2)环形连接以构成环形振荡器，两个所述投票器单元(2)的输出端分别与所述差分输出单元(3)连接，各个所述VCO单元(1)分别输出一路相同相位的电压信号给每个所述投票器单元(2)，两个所述投票器单元(2)输出的结果经所述差分输出单元(3)差分输出最终的电压输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：包括三个以上的VCO单元(1)、两个投票器单元(2)以及一个差分输出单元(3)，各所述VCO单元(1)级联连接，各所述VCO单元(1)分别与每个所述投票器单元(2)环形连接以构成环形振荡器，两个所述投票器单元(2)的输出端分别与所述差分输出单元(3)连接，各个所述VCO单元(1)分别输出一路相同相位的电压信号给每个所述投票器单元(2)，两个所述投票器单元(2)输出的结果经所述差分输出单元(3)差分输出最终的电压输出信号。2.根据权利要求1所述的具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：各个所述VCO单元(1)中的相同相位节点相互耦合连接。3.根据权利要求1所述的具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：所述VCO单元(1)包括依次连接的偏置电路(11)、延时链电路(12)以及信号转换电路(13)，所述偏置电路(11)分别为所述延时链电路(12)、信号转换电路(13)提供偏置电压，所述延时链电路(12)输出一路电流模信号，经过所述信号转换电路(13)转换为电压信号后输出。4.根据权利要求3所述的具有低软错误率能的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：各所述偏置电路(11)分别接入输入控制电压，产生三对不同的偏置电压输出给对应的所述延时链电路(12)、信号转换电路(13)。5.根据权利要求4所述的具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：所述偏置电路(11)包括依次连接的用于作为输入开关管的NM1开关管、用于作为结构对称开关管的NM3开关管以及用于提供有源负载的PM1开关管，所述NM1开关管的栅极接收输入控制电压，漏极连接所述NM3开关管的源级，所述NM3开关管的漏极连接所述PM1开关管的漏极，所述NM1开关管的栅极连接第一输出端以输出第一偏置电压VBN，所述PM1开关管的漏极连接第二输出端以输出第二偏置电压VBP。6.根据权利要求3或4或5所述的具有低软错误率的高速差分输出式压控振荡器，其特征在于：所述延时链电路(12)包括两个以上依次连接的延时电路，所述延时电路采用差分结构，包括依次连接的用于提供有源负载的第一有源负载电路、用于作为正反馈的正反馈电路、第一差分输入电路以及第一尾电流电路，所述第一尾电流电路、所述第一有源负载电路分别接入所述偏置电路(11)提供的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭阳，袁珩洲，胡春媚，屈婉霞，梁斌，陈建军，刘必慰，池雅庆，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43