本發(fā)明涉及鎖相環(huán)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路。

背景技術(shù)：

目前航天、航空業(yè)等迅猛發(fā)展，集成電路工藝的尺寸不斷減小，輻射效應(yīng)對(duì)電子系統(tǒng)工作狀態(tài)的影響已日益嚴(yán)峻，輻射效應(yīng)的影響甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在輻射環(huán)境下工作的電子系統(tǒng)中，單粒子效應(yīng)(singleeventeffect，see)對(duì)電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)影響尤為嚴(yán)重，根據(jù)see對(duì)電子系統(tǒng)產(chǎn)生的不同影響，可以將其分為單粒子翻轉(zhuǎn)(singleeventupset，seu)效應(yīng)、單粒子閂鎖(singleeventlatch，sel)效應(yīng)和單粒子瞬變(singleeventtransient，set)效應(yīng)，其中，set是一種常見單粒子輻射效應(yīng)，高能粒子主要來(lái)自銀河宇宙射線、太陽(yáng)粒子事件、核爆炸輻射等。

鎖相環(huán)(pll)為模擬電路中的關(guān)鍵部分，為整個(gè)電路系統(tǒng)提供所需的時(shí)鐘信號(hào)。鎖相環(huán)中電荷泵(cp)作為鎖相環(huán)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，在鑒頻鑒相器(pfd)輸出信號(hào)控制下進(jìn)行充電和放電，鎖相環(huán)中電荷泵的輸出端則通過晶體管連接至濾波器，但當(dāng)高能粒子撞擊cp輸出端晶體管時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，進(jìn)而會(huì)影響濾波器輸出電壓。

為提高電荷泵輸出端抗set性能、減小set效應(yīng)，目前通常是采用加分壓電阻的方法，該方法可以在一定程度上減少脈沖電流對(duì)電路工作狀態(tài)的影響，但加分壓電阻方法需要引入大電阻，不僅會(huì)影響電路性能，而且會(huì)導(dǎo)致版圖面積過大；另一種減小set效應(yīng)的方法是采用電流補(bǔ)償電路方法，但該方法引入大電阻與放大器設(shè)計(jì)，所以該方案存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、面積過大問題，并且所采用的放大器設(shè)計(jì)會(huì)引入新set敏感節(jié)點(diǎn)。

中國(guó)專利申請(qǐng)（cn102291128a）公開一種帶抗單粒子輻射電路的電荷泵及低通濾波器組件，在電荷泵與低通濾波器之間設(shè)有控制器和選擇器的數(shù)控抑制電路，由該數(shù)控抑制電路對(duì)單粒子輻射產(chǎn)生的電流干擾脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)抑制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且當(dāng)高能粒子的能量升高后，其抗輻照效果會(huì)下降，即抗set性能會(huì)隨著高能粒子的能量升高而下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于開關(guān)自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)電荷泵輸出控制，具有抗單粒子瞬態(tài)特性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低、抗單粒子瞬態(tài)性能好，不受高能粒子能量限制的鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路，包括電荷泵輸出開關(guān)管以及濾波器，電荷泵輸出開關(guān)管設(shè)置在電荷泵輸出端以接入電荷泵輸出電流，還包括開關(guān)控制模塊以及分壓電阻模塊，分壓電阻的一端分別連接電荷泵輸出開關(guān)管、開關(guān)控制模塊，另一端分別連接控制電壓端、濾波器，電荷泵輸出開關(guān)管還通過開關(guān)控制模塊連接濾波器，開關(guān)控制模塊接入電荷泵的控制信號(hào)，根據(jù)接入的電荷泵的控制信號(hào)控制通斷。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述開關(guān)控制模塊包括控制開關(guān)，所述控制開關(guān)連接至所述電荷泵輸出開關(guān)管與所述濾波模塊中濾波電容之間；當(dāng)鎖相環(huán)處于充放電狀態(tài)時(shí)，所述控制開關(guān)斷開，以及當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，所述控制開關(guān)閉合。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述開關(guān)控制模塊還包括與所述控制開關(guān)連接的控制信號(hào)產(chǎn)生單元，所述控制信號(hào)產(chǎn)生單元分別接入電荷泵的控制信號(hào)，輸出控制信號(hào)給所述控制開關(guān)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述控制信號(hào)產(chǎn)生單元采用或非門，所述或非門的兩個(gè)輸入端分別接入電荷泵的兩個(gè)輸出信號(hào)，經(jīng)過或非運(yùn)算后輸出控制信號(hào)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述開關(guān)控制模塊還設(shè)置有對(duì)地電容m4，通過所述對(duì)地電容m4接地。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述電荷泵輸出開關(guān)管包括分別設(shè)置在電荷泵兩個(gè)輸出端的第一開關(guān)管m1、第二開關(guān)管m2，所述第一開關(guān)管m1與所述第二開關(guān)管m2相互連接于m點(diǎn)，通過所述m點(diǎn)分別與所述分壓電阻模塊的一端連接、以及通過所述開關(guān)控制模塊與所述濾波模塊連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述濾波模塊為rc濾波器，包括電阻r1以及濾波電容c1，所述電阻r1的一端分別連接所述分壓電阻模塊、控制電壓端，另一端通過所述濾波電容c1接地。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述濾波模塊的輸出端還設(shè)置有輸出電容c2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路，能夠當(dāng)鎖相環(huán)處于充電、放電狀態(tài)時(shí)，電荷泵輸出電流僅經(jīng)分壓電阻模塊流入濾波模塊進(jìn)行濾波，以及當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，高能粒子撞擊電荷泵輸出端開關(guān)管的脈沖電流能夠大部分直接流入濾波模塊進(jìn)行濾波，減少了經(jīng)分壓電阻模塊流入濾波模塊的電流，從而減少控制電壓的波動(dòng)幅度，降低對(duì)濾波模塊輸出電壓的影響，能夠根據(jù)鎖相環(huán)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)開關(guān)控制，且不論高能粒子的能量大小，均能實(shí)現(xiàn)有效的抗單粒子瞬態(tài)特性。

附圖說明

圖1是本實(shí)施例鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例中鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例中電荷泵輸出裝置正常狀態(tài)下的工作原理示意圖。

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中電荷泵輸出裝置在set效應(yīng)下的工作原理示意圖。

圖5是傳統(tǒng)電荷泵輸出電路使用三種規(guī)格電流源時(shí)控制電壓的波動(dòng)示意圖。

圖6是采用本實(shí)施例電荷泵輸出電路使用三種規(guī)格電流源時(shí)控制電壓的波動(dòng)示意圖。

圖7是采用本實(shí)施例電荷泵輸出電路時(shí)控制電壓的統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖。

圖例說明：1、電荷泵輸出開關(guān)管；2、濾波器；3、開關(guān)控制模塊；31、控制開關(guān)；32、控制信號(hào)產(chǎn)生單元；4、分壓電阻模塊。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路，包括電荷泵輸出開關(guān)管1以及濾波器2，電荷泵輸出開關(guān)管1設(shè)置在電荷泵輸出端以接入電荷泵輸出電流，還包括開關(guān)控制模塊3以及分壓電阻模塊4，分壓電阻的一端分別連接電荷泵輸出開關(guān)管1、開關(guān)控制模塊3，另一端分別連接控制電壓端、濾波器2，電荷泵輸出開關(guān)管1還通過開關(guān)控制模塊3連接濾波器2，開關(guān)控制模塊3接入電荷泵的控制信號(hào)，根據(jù)接入的電荷泵的控制信號(hào)控制通斷。開關(guān)控制模塊3包括控制開關(guān)31，控制開關(guān)31連接至電荷泵輸出開關(guān)管1與濾波器2中濾波電容之間；當(dāng)鎖相環(huán)處于充放電狀態(tài)時(shí)，控制開關(guān)31斷開，以及當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，控制開關(guān)31閉合。

本實(shí)施例采用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)鎖相環(huán)處于充電、放電狀態(tài)時(shí)，即電荷泵的控制信號(hào)up或dn為1，電荷泵輸出電流，由于此時(shí)開關(guān)控制模塊3通過使控制開關(guān)31斷開，使得電荷泵輸出開關(guān)管1與分壓電阻模塊4、濾波器2之間形成電流通路，則電荷泵輸出電流僅經(jīng)分壓電阻模塊4流入濾波器2進(jìn)行濾波，從而不會(huì)影響電路的鎖定過程；

當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，即電荷泵的控制信號(hào)up、dn均為0，電荷泵不輸出電流，控制開關(guān)31閉合，此時(shí)若高能粒子撞擊電荷泵輸出端的電荷泵輸出開關(guān)管1，會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，由于此時(shí)控制開關(guān)31閉合，電荷泵輸出開關(guān)管1與濾波器2之間形成電流通路，則大部分脈沖電流能夠直接流入濾波器2中濾波電容進(jìn)行濾波，減少了經(jīng)分壓電阻模塊4流入濾波器2的電流，從而減少控制電壓的波動(dòng)幅度，降低對(duì)濾波器2輸出電壓的影響。

本實(shí)施例采用上述電荷泵輸出裝置，能夠根據(jù)鎖相環(huán)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)開關(guān)控制，且不論高能粒子的能量大小，均能實(shí)現(xiàn)有效的抗單粒子瞬態(tài)特性。

本實(shí)施例中，開關(guān)控制模塊3還包括與控制開關(guān)31連接的控制信號(hào)產(chǎn)生單元32，控制信號(hào)產(chǎn)生單元32分別接入電荷泵的兩個(gè)輸出信號(hào)，輸出控制信號(hào)給控制開關(guān)31。在鎖相環(huán)充放電過程中，電荷泵的控制信號(hào)up=1或者dn=1，在鎖相環(huán)處于鎖定過程中，電荷泵的控制信號(hào)up=0且dn=0，控制信號(hào)產(chǎn)生單元32根據(jù)電荷泵的兩個(gè)輸出信號(hào)up、dn來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)，對(duì)控制開關(guān)31的開斷進(jìn)行控制，則可以根據(jù)鎖相環(huán)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，在鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)抗單粒子瞬態(tài)特性功能。

本發(fā)明具體實(shí)施例中鎖相環(huán)中抗單粒子瞬態(tài)的電荷泵輸出電路如圖2所示，分壓電阻模塊4包括分壓電阻r3，濾波器2為rc濾波器，包括電阻r1以及濾波電容c1，電阻r1的一端分別連接分壓電阻單元3、控制電壓端v_c，另一端通過濾波電容c1接地，分壓電阻r2、電阻r1以及濾波電容c1構(gòu)成二階濾波器結(jié)構(gòu)；電荷泵輸出開關(guān)管1包括分別設(shè)置在電荷泵兩個(gè)輸出端的第一開關(guān)管m1、第二開關(guān)管m2，第一開關(guān)管m1與第二開關(guān)管m2相互連接于m點(diǎn)，通過m點(diǎn)分別與分壓電阻r2的一端連接、以及通過開關(guān)控制模塊3與濾波電容c1連接。第一開關(guān)管m1具體為pmos晶體管、第二開關(guān)管m2為nmos管晶體管，分別對(duì)應(yīng)電荷泵的up、dn控制輸出端。分壓電阻模塊4、濾波器2也可以根據(jù)具體需求采用其他電路結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提高濾波性能等。

如圖2所示，本實(shí)施例中控制信號(hào)產(chǎn)生單元32具體采用或非門nor1，或非門nor1的兩個(gè)輸入端分別接入電荷泵的兩個(gè)輸出信號(hào)（up、dn），輸出端連接至控制開關(guān)31，控制開關(guān)31具體為第三開關(guān)管m3，第三開關(guān)管m3具體為nmos開關(guān)管，第三開關(guān)管m3的柵極連接控制信號(hào)產(chǎn)生單元32的輸出端，漏極分別連接電荷泵輸出開關(guān)管1的輸出端m點(diǎn)、分壓電阻r2的一端，源極連接至電阻r1與濾波電容c2之間。在鎖相環(huán)充放電過程中，即up=1或者dn=1，此時(shí)或非門nor1輸出為0，則控制第三開關(guān)管m3關(guān)閉；當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定過程中，可認(rèn)為電荷泵輸出控制信號(hào)up=0且dn=0，此時(shí)或非門nor1的輸出為1，則控制第三開關(guān)管m3導(dǎo)通。濾波電容c2具體采用大電容，以實(shí)現(xiàn)大容量充放電?？刂崎_關(guān)31具體可根據(jù)實(shí)際需求采用其他形式開關(guān)，控制信號(hào)產(chǎn)生單元32也可以根據(jù)實(shí)際需求采用其他形式，如通過程序控制產(chǎn)生控制信號(hào)等。

本實(shí)施例中，開關(guān)控制模塊3還設(shè)置有對(duì)地電容m4，通過對(duì)地電容m4接地。對(duì)地電容m4具體為nmos管，對(duì)地電容m4的柵極分別連接第三開關(guān)管m3的柵極、控制信號(hào)產(chǎn)生單元32的輸出端，對(duì)地電容m4的漏極、源極接地。濾波器2的輸出端還設(shè)置有輸出電容c2。

如圖3所示，圖2所示電路在正常穩(wěn)定工作狀態(tài)下時(shí)，在鎖相環(huán)有充電放電的過程中，由于up=1或者dn=1時(shí)，或非門nor1輸出為0，第三開關(guān)管m3關(guān)閉，電荷泵輸出電流僅通過分壓電阻r2流入環(huán)路濾波器，即在鎖相環(huán)有充電放電的過程中，第三開關(guān)管m3關(guān)閉，電流僅通過分壓電阻r2流入環(huán)路濾波器。

如圖4所示，圖2所示電路在鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為控制信號(hào)up=0且dn=0，此時(shí)或非門nor1輸出為1，第三開關(guān)管m3導(dǎo)通；當(dāng)高能粒子撞擊電荷泵輸出晶體管m1、m2時(shí)，產(chǎn)生的脈沖電流絕大部分由第三開關(guān)管m3流入大電容c1，從而減少了經(jīng)分壓電阻r2流入環(huán)路濾波器2的電流，即電荷泵輸出晶體管受set效應(yīng)影響時(shí)，減少了控制電壓v_c的波動(dòng)幅度。

為進(jìn)一步驗(yàn)證本實(shí)施例上述電路的有效性，將傳統(tǒng)的基于電阻分壓方法的電荷泵輸出端電路、本實(shí)施例上述電荷泵輸出電路分別使用三種規(guī)格雙指數(shù)電流源（峰值1ma-半高寬1ns、峰值2ma-半高寬1ns、峰值3ma-半高寬1ns）進(jìn)行轟擊，各控制電壓v_c的波動(dòng)結(jié)果如圖5、6所示，其中圖5對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)的基于電阻分壓方法的電荷泵輸出端電路的結(jié)果，圖6對(duì)應(yīng)本實(shí)施例上述電荷泵輸出電路的結(jié)果，a表示電壓波動(dòng)下限、b表示電壓波動(dòng)上限，dy表示電壓波動(dòng)范圍大?。粓D7為對(duì)圖6中采用本實(shí)施例上述電荷泵輸出電路的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中△v1對(duì)應(yīng)為傳統(tǒng)的基于電阻分壓方法的電荷泵輸出端電路的控制電壓變化，△v2對(duì)應(yīng)為本實(shí)施例上述電荷泵輸出電路的控制電壓變化。從圖6、7結(jié)果可以看出，電荷泵輸出端電路采用傳統(tǒng)的電阻分壓設(shè)計(jì)時(shí)，控制電壓v_c的波動(dòng)會(huì)隨著轟擊電流的增大而線性增大，而采用本實(shí)施例上述電路時(shí)，控制電壓v_c的波動(dòng)始終保持很小的波動(dòng)值，即能夠抗單粒子瞬態(tài)效應(yīng)，減少電壓的波動(dòng)幅度。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。