[发明专利]一种带抗单粒子辐射电路的电荷泵及低通滤波器组件

说明书

技术领域

本发明属于微电子芯片设计制造技术领域，特别是一种用于电荷泵锁相环芯片的抗单粒子辐射的电荷泵及其低通滤波器组件。

技术背景

在微电子芯片设计中，锁相环技术是时钟电路的重要组成部分。其中，在锁相环电路的鉴频鉴相器与低通滤波器之间插入电荷泵组成电荷泵锁相环(Charge Pump Phase-LockedLoop简称CPPLL)，能够消除相位差，因而CPPLL得到了广泛的应用。随着空间技术的迅猛发展，微电子芯片以及在时钟电路设计中CPPLL技术也被成功应用于航天、宇航领域中。然而，受宇宙空间存在的各种辐射，如太阳风、太阳耀斑等因素的影响，对电荷泵锁相环的性能有着不同程度的影响。据国内外对航天故障的统计数据显示：40％以上的故障源是因来自太空辐射，使微电子芯片产生辐射电流所致，其中，因单粒子辐射导致的故障次数占因太空辐射所产生故障总数的55％左右。

对此，为了抑制单粒子辐射产生的辐射电流对滤波器电压的影响，在申请号为200910043644.8、发明名称为《一种提高电荷泵抗辐射能力的低通滤波器》的专利文献中，公开了一种采用动态补偿电路对电荷泵输出控制电压进行动态补偿，即在电荷泵输出端与滤波器之间增设由一个感应电阻Rs、两个补偿放大器0P1和OP2、两个补偿管P1和N1(P型绝缘栅场效应晶体管和N型绝缘栅场效应晶体管)组成的补偿电路。该补偿电路的增设虽然缓解了单粒子辐射对电荷泵输出电压的影响，但延长了环路的恢复时间、增大了锁相环输出的时钟抖动、降低了时钟精度；同时由于该补偿电路结构复杂、集成难度较大、功耗大(放大器存在静态功耗)，而且占用芯片面积大(至少30个晶体管)；当集成芯片(的电路制造工艺)达到亚微米级别(0.25μm～0.8μm)，辐射电流的变化速度达到5GHz以上时，该技术则存在集成工艺要求高、电路带宽难以达到辐射电流变化的要求，其动态补偿效果极差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对技术背景技术存在的缺陷，改进设计一种带抗单粒子辐射电路的电荷泵及低通滤波器组件，其组件利用数模混合电路工作频率高等特点、采用数字电路对辐射产生的电流干扰脉冲进行实时抑制；以达到简化电路结构、增强电路抗辐射的能力、降低功耗、确保电路带宽要求，有效提高电荷泵及低通滤波器组件的性能、进而提高电荷泵锁相环的性能等目的。

本发明的解决方案是在电荷泵输出端与低通滤波器之间采用数控抑制电路、以带替背景技术中的补偿电路，实现对单粒子辐射产生的电流干扰脉冲进行实时抑制处理，数控抑制电路包括控制器及选择器；控制器的两输入端口分别与电荷泵的相位超前信号(U)的接入口及相位滞后信号(D)的接入口连接、以接收控制信号，该控制器输出的两路开关信号则分别与选择器的两控制信号接入口连接、以控制选择器(电路)的开启或者关断；而选择器的电流输入接口则直接与电荷泵的电流输出端连接，该选择器的输出接口则与低通滤波器的输入端连接；本发明即以此实现其发明目的。因此，本发明电荷泵及低通滤波器组件包括电荷泵及低通滤波器，关键在于在电荷泵与低通滤波器之间还设有一包括控制器和选择器的数控抑制电路；该数控抑制电路通过控制器的两输入端口分别与电荷泵的相位超前信号(U)的接入口及相位滞后信号(D)的接入口连接，通过选择器的电流输入接口与电荷泵的电流输出端连接、并通过该选择器的输出接口与低通滤波器的输入端连接，而数控抑制电路中的控制器与选择器之间则通过两路开关信号线对应连接。

所述控制器由三个反相器和两个传输门模块组成，两个传输门模块并联设置；其中：反相器INV1的输入端(a)与传输门模块TG1的反向控制端(g)及传输门模块TG2的正向控制端(1)共接、以接收鉴频鉴相器产生的相位超前信号，反相器INV1的输出端(b)则与传输门模块TG1的正向控制端(h)和传输门模块TG2的反向控制端(k)共接；反相器INV2的输入端(c)与传输门模块TG1的输入端口(e)共接、以接收鉴频鉴相器产生的相位滞后信号，而反相器INV2的输出端(d)则与传输门模块TG2的输入端口(i)连接；传输门模块TG1和TG2的输出端(f)、(j)及反相器INV3的输入端(m)与选择器的传输门模块TG3反向控制端(q)共接，而反相器INV3输出端(n)与选择器的传输门模块TG3正向控制端(r)连接。

而所述选择器采用传输门模块，该传输门模块的正、反两控制端(r)、(q)分别与控制器的反、正两信号的输出端连接，而传输门模块的输入端(o)与电荷泵的电流输出端连接，该模块的输出端(p)则与低通滤波器的输入端连接。