一種抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，主要包括一個鑒頻鑒相器、一個電荷泵、一個低通濾波器、一個壓控振蕩器與一個分頻器。其中，外部輸入的基準頻率接到鑒頻鑒相器的一個輸入端，鑒頻鑒相器的另外一個輸入端接到分頻器的輸出端，鑒頻鑒相器的輸出端接控制電荷泵的充放電。電荷泵采用抗單粒子瞬態(tài)的結(jié)構(gòu)，消除了單粒子效應引入的瞬態(tài)跳變，實現(xiàn)對敏感點電荷泵輸出節(jié)點的抗輻射加固效果。電荷泵的輸出與低通濾波器、壓控振蕩器、分頻器依次相連。通過對電荷泵結(jié)構(gòu)的改進，使得電荷泵輸出節(jié)點對單粒子輻射不敏感，此發(fā)明可以有效提高電荷泵頻率產(chǎn)生單元的抗單粒子輻射能力。
【專利說明】一種抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于空間抗輻射【技術(shù)領域】，涉及一種抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著當前電子設備在空間等特殊領域的廣泛應用，環(huán)境對電子設備的抗輻射能力 提出了越來越高的要求。在頻率合成方面，以電荷泵頻率產(chǎn)生單元為代表的時鐘產(chǎn)生電路 是各種電子設備的重要組成部分之一，如何保證時鐘源在輻射環(huán)境下具有恒定的性能以及 較快的響應速度是目前的主要問題?？馆椛湓O計可以體現(xiàn)在產(chǎn)品形成的各個階段，從工藝 加工到設計實現(xiàn)、到封裝、到組裝一直到系統(tǒng)，其中每個階段都可以進行抗輻射設計，而設 計實現(xiàn)的抗輻射能力是可靠性最高的實施方式。因此，目前研究的熱點是如何從設計上實 現(xiàn)抗輻射的頻率產(chǎn)生單元。尤其當工藝水平進入深亞微米技術(shù)階段時，工藝實現(xiàn)對總劑量 輻射具有天然的優(yōu)勢，進而使得抗輻射的主要任務為抗單粒子輻射。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的問題在于提供一種抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，能夠滿足當前輻 射等特殊環(huán)境對頻率合成技術(shù)與頻率產(chǎn)生單元技術(shù)提出的可靠性需求。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] -種抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，包括：
[0006] 鑒頻鑒相器，鑒頻鑒相器的兩個輸入分別為輸入頻率源與分頻器輸出的反饋頻 率；鑒頻鑒相器的兩個輸出端分別為電荷泵充電、放電的控制端；
[0007] 電荷泵，其兩個輸入端分別與鑒頻鑒相器的兩個輸出端相連接，其輸出端與低通 濾波器的輸入端相連；電荷泵輸出節(jié)點對單粒子輻射不敏感，在充電關斷期間，電荷泵的充 電器件對電荷泵輸出節(jié)點短路；在放電關斷期間，電荷泵的放電器件對電荷泵輸出節(jié)點短 路；在充電放電均關斷期間，電荷泵的充電與放電器件同時對電荷泵輸出節(jié)點短路；
[0008] 低通濾波器，輸入端與電荷泵輸出節(jié)點相連接；
[0009] 壓控振蕩器，對輸入的電壓進行轉(zhuǎn)換輸出頻率信號，壓控振蕩器的輸入端與低通 濾波器的輸出端相連接，壓控振蕩器的輸出端為頻率產(chǎn)生單元的輸出頻率端，同時與分頻 器的輸入端相連接；
[0010] 分頻器，對輸出頻率信號進行分頻得到反饋頻率信號，連接振蕩器的輸出端與鑒 頻鑒相器的一個輸入端，構(gòu)成閉環(huán)反饋。
[0011] 所述的電荷泵包括電流源、充電結(jié)構(gòu)和放電結(jié)構(gòu)；
[0012] 所述的充電結(jié)構(gòu)包括用于充電控制的第三M0S管、用于鏡像電流的第四M0S管、控 制開關的第一M0S管和關斷期間導通的第二M0S管；其中第四M0S管的柵極接鏡像電流源， 漏極接電荷泵輸出接點，源極與襯底相連接，并接第三M0S管的漏端；第三M0S管的柵極接 鑒頻鑒相器輸出的充電控制端，源極與襯底連接，并接到第一 M0S管與第二M0S管的漏極； 第一 M0S管與第二M0S管的柵極相連，并共同連接到鑒頻鑒相器輸出的充電控制端；第一 MOS管的源極與襯底相連，接到電源電壓；第二MOS管的源極與襯底相連，接到電荷泵輸出 接點；
[0013] 所述的放電結(jié)構(gòu)包括用于放電控制的第六M0S管、用于鏡像電流的第五M0S管、控 制工作開關的第七M0S管與關斷期間的導通的第八M0S管；其中第五M0S管柵極接鏡像電 流源，漏極接電荷泵輸出接點，源極與襯底相連接，并接充第六M0S管的漏端；第六M0S管的 柵極接鑒頻鑒相器輸出的放電控制端，源極與襯底連接，并接到第七M0S管與第八M0S管的 漏極；第七M0S管與第八M0S管的柵極相連，并共同連接到鑒頻鑒相器輸出的放電控制端； 第七M0S管的源極與襯底相連，接到地電壓；第八M0S管的源極與襯底相連，接到電荷泵輸 出接點。
[0014] 當鑒頻鑒相器輸出的充電控制端為低電平時，電荷泵對其輸出信號線進行充電， 其充電電流值由電荷泵的電流源決定；當鑒頻鑒相器輸出的放電控制端為低電平時，電荷 泵對其輸出信號線進行放電，其放電電流值由電荷泵的電流源決定。
[0015] 在充電工作關斷期間，第三M0S管斷開，第四M0S管處于導通狀態(tài)，此時電荷泵的 輸出信號線與第三M0S管的漏極是相通的，電荷泵的輸出信號線的主要反偏點是第三M0S 管的漏極與襯底形成的；第二M0S管將第三M0S管的襯底與電荷泵的輸出信號線連在一 起；
[0016] 當鑒頻鑒相器輸出的充電控制端為低電平時，第一 M0S管導通，第二M0S管斷開， 第三M0S管導通，第四M0S管導通，形成了電荷泵的充電通道。
[0017] 當放電關斷期間，鑒頻鑒相器輸出的放電控制端為低電平，第六M0S管斷開，第五 M0S管處于導通狀態(tài)，電荷泵的輸出信號線與第六M0S管的漏極是相通的；第八M0S管將第 六M0S管的襯底與電荷泵的輸出信號線連在一起；鑒頻鑒相器輸出的放電控制端為高電平 時，第七M0S管導通，第八M0S管斷開，第五M0S管導通，第六M0S管導通，形成了電荷泵的 放電通道。
[0018] 所述基準頻率由外部提供，鑒頻鑒相器對外部基準頻率與反饋頻率的頻率、相位 分別比較，產(chǎn)生控制電荷泵的時序信號，當反饋頻率低于基準頻率或相位落后于基準頻率 時，鑒頻鑒相器輸出的充電控制端將產(chǎn)生低脈沖信號；當反饋頻率高于基準頻率或相位超 前于基準頻率時，鑒頻鑒相器輸出的充電控制端將產(chǎn)生高脈沖信號；實現(xiàn)對低通濾波器的 輸入節(jié)點進行有序的充放電。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0020] 本發(fā)明通過對電荷泵頻率產(chǎn)生單元的電荷泵輸出節(jié)點在單粒子效應敏感的時刻， 采用了漏極與襯底由反偏到短路的技術(shù)，使得在器件關斷期間，由單粒子效應引起的電荷 無法積累，確保了電壓信號的穩(wěn)定，進而穩(wěn)定了整個頻率產(chǎn)生單元的輸出頻率。通過此項技 術(shù)，在沒有增加硬件成本的基礎上，從電路級進行了抗單粒子輻射的設計，確保電荷泵頻率 產(chǎn)生單元優(yōu)勢的同時，提高了頻率產(chǎn)生單元環(huán)路的抗單粒子輻射效果，該技術(shù)可以廣泛地 應用于輻射環(huán)境下的電荷泵頻率產(chǎn)生單元電路產(chǎn)品中。
[0021] 本發(fā)明在電荷泵充電與放電關斷期間，電荷泵的輸出節(jié)點為單粒子效應的敏感節(jié) 點，本發(fā)明針對電荷泵充電期間與放電期間的工作過程，對充電關閉期間的反偏節(jié)點進行 了處理，使得敏感節(jié)點不存在反偏節(jié)點，消除了單粒子效應引入的影響；同時對放電關閉期 間的反偏節(jié)點進行了處理，使得敏感節(jié)點不存在反偏節(jié)點，消除了單粒子效應引入的影響。 通過本發(fā)明的實施，可以有效消除電荷泵頻率產(chǎn)生單元的單粒子效應帶來的頻率跳變與頻 率失鎖現(xiàn)象，提高了電荷泵頻率產(chǎn)生單元的抗單粒子輻射能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本文發(fā)明的抗單粒子頻率產(chǎn)生單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為電荷泵實施方式示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0025] 如圖1所示，抗單粒子福射的頻率產(chǎn)生單元，包括：電荷泵頻率產(chǎn)生單元由鑒頻鑒 相器10、電荷泵20、低通濾波器30、壓控振蕩器40與分頻器50 ;
[0026] 其中鑒頻鑒相器10的兩個輸入60、70分別為輸入頻率源與分頻器50的輸出端反 饋頻率；鑒頻鑒相器10的兩個輸出端80與90分別為電荷泵充電、放電的控制端。
[0027] 電荷泵20,其兩個輸入端分別與鑒頻鑒相器10的兩個輸出端相連接，其輸出端與 低通濾波器的輸入端相連；電荷泵20輸出節(jié)點對單粒子輻射不敏感，在充電關斷期間，電 荷泵20的充電器件對電荷泵輸出節(jié)點短路；在放電關斷期間，電荷泵20的放電器件對電荷 泵輸出節(jié)點短路；在充電放電均關斷期間，電荷泵20的充電與放電器件同時對電荷泵輸出 節(jié)點短路；
[0028] 低通濾波器30,輸入端與電荷泵20輸出節(jié)點相連接；
[0029] 壓控振蕩器40,對輸入的電壓進行轉(zhuǎn)換輸出頻率信號，壓控振蕩器40的輸入端與 低通濾波器的輸出端相連接，壓控振蕩器40的輸出端為頻率產(chǎn)生單元的輸出頻率端，同時 與分頻器的輸入端相連接；
[0030] 分頻器50,對輸出頻率信號進行分頻得到反饋頻率信號，連接壓控振蕩器40的輸 出端與鑒頻鑒相器10的一個輸入端，構(gòu)成閉環(huán)反饋。
[0031] 電荷泵20的輸出端100與低通濾波器30的輸入相連，低通濾波器30的輸出端 110與壓控振蕩器40的輸入相連，壓控振蕩器40的輸出端120即為電荷泵頻率產(chǎn)生單元頻 率產(chǎn)生電路的輸出頻率端，同時，作為分頻器50的輸入端進行閉環(huán)反饋。
[0032] 其中，對于單粒子輻射效應的最敏感點為電荷泵20的輸出節(jié)點100。主要原因是 在電荷泵充放電關斷期間，該點為反偏節(jié)點。另外該節(jié)點作為高增益壓控振蕩器的間接輸 入，對最終的輸出頻率影響也較為敏感，尤其是對于輸出頻率范圍越來越寬的頻率產(chǎn)生單 元而言，其壓控振蕩器的增益較高，使得這種影響更為明顯。
[0033] 參見在圖2,所述的電荷泵包括電流源、充電結(jié)構(gòu)和放電結(jié)構(gòu)；
[0034] 所述的充電結(jié)構(gòu)包括用于充電控制的第三M0S管203、用于鏡像電流的第四M0S管 204、控制開關的第一M0S管201和關斷期間導通的第二M0S管202 ;其中第四M0S管204的 柵極接鏡像電流源，漏極接電荷泵輸出接點，源極與襯底相連接，并接第三M0S管203的漏 端；第三M0S管203的柵極接鑒頻鑒相器輸出的充電控制端80,源極與襯底連接，并接到第 一 M0S管201與第二M0S管202的漏極；第一 M0S管201與第二M0S管202的柵極相連，并 共同連接到鑒頻鑒相器輸出的充電控制端80 ;第一 M0S管201的源極與襯底相連，接到電 源電壓；第二MOS管202的源極與襯底相連，接到電荷泵輸出接點；
[0035] 所述的放電結(jié)構(gòu)包括用于放電控制的第六M0S管206、用于鏡像電流的第五M0S管 205、控制工作開關的第七M0S管207與關斷期間的導通的第八M0S管208 ;其中第五M0S管 205柵極接鏡像電流源，漏極接電荷泵輸出接點，源極與襯底相連接，并接充第六M0S管206 的漏端；第六M0S管206的柵極接鑒頻鑒相器輸出的放電控制端90,源極與襯底連接，并接 到第七M0S管207與第八M0S管208的漏極；第七M0S管207與第八M0S管208的柵極相 連，并共同連接到鑒頻鑒相器輸出的放電控制端90 ;第七M0S管207的源極與襯底相連，接 到地電壓；第八M0S管208的源極與襯底相連，接到電荷泵輸出接點。
[0036] 正常工作時，信號線80與信號線90分別為電荷泵充電與放電的控制信號，當信號 線80為低電平時，電荷泵對輸出信號線100進行充電，其充電電流值由電流源209決定；當 信號線90為低電平時，電荷泵對輸出信號線100進行放電，其放電電流值由電流源209決 定。根據(jù)電荷泵頻率產(chǎn)生單元的工作原理，M0S管203與M0S管206每個周期只有一個導 通，因此以下單獨進行分析。
[0037] 在充電工作關斷期間，即信號線80為高電平時，第三M0S管203斷開，由于第四 M0S管204處于導通狀態(tài)，此時電荷泵的輸出信號線100與第三M0S管203的漏極是相通 的，因此此時電荷泵輸出信號線100的主要反偏點是第三M0S管203的漏極與襯底形成的。 由于第二M0S管202的引入，使得在輸入信號線80為高電平時，第二M0S管202將第三M0S 管203的襯底與電荷泵輸出信號線100連在一起，可見，在輸入信號線80為高電平期間，在 電荷泵充電關斷的通路中消除了電荷泵輸出信號線100的主要反偏節(jié)點，切斷了單粒子輻 射的放電通道。而第一 M0S管201保證了正常充電狀態(tài)，即輸入信號線80為低電平時，第 一 M0S管201導通，第二M0S管202斷開，第三M0S管203導通，第四M0S管204導通，形成 了電荷泵的充電通道。
[0038] 同理，當放電關斷期間，即信號線90為低電平時，第六M0S管206斷開，由于第五 M0S管205處于導通狀態(tài)，此時電荷泵的輸出信號線100與第六M0S管206的漏極是相通 的，因此此時電荷泵輸出信號線100的主要反偏點是第六M0S管206的漏極與襯底形成的。 由于第八M0S管208的引入，使得在輸入信號線90為低電平時，第八M0S管208將第六M0S 管206的襯底與電荷泵輸出信號線100連在一起，可見，在輸入信號線90為低電平期間，在 電荷泵放電關斷的通路中消除了電荷泵輸出信號線100的主要反偏節(jié)點，切斷了單粒子輻 射的放電通道。而第七M0S管207保證了正常放電狀態(tài)，即輸入信號線90為高電平時，第 七M0S管207導通，第八M0S管208斷開，第五M0S管205導通，第六M0S管206導通，形成 了電荷泵的放電通道。
[0039] 綜上所述，在電荷泵充電與放電關斷期間，電荷泵的輸出節(jié)點為單粒子效應的敏 感節(jié)點，本發(fā)明針對電荷泵充電期間與放電期間的工作過程，對充電關閉期間的反偏節(jié)點 進行了處理，使得敏感節(jié)點不存在反偏節(jié)點，消除了單粒子效應引入的影響；同時對放電關 閉期間的反偏節(jié)點進行了處理，使得敏感節(jié)點不存在反偏節(jié)點，消除了單粒子效應引入的 影響。通過本發(fā)明的實施，可以有效消除電荷泵頻率產(chǎn)生單元的單粒子效應帶來的頻率跳 變與頻率失鎖現(xiàn)象，提高了電荷泵頻率產(chǎn)生單元的抗單粒子輻射能力。
[0040] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種抗單粒子福射的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，包括： 鑒頻鑒相器（10)，鑒頻鑒相器（10)的兩個輸入分別為輸入頻率源與分頻器輸出的反 饋頻率；鑒頻鑒相器（10)的兩個輸出端分別為電荷泵（20)充電、放電的控制端； 電荷泵（20)，其兩個輸入端分別與鑒頻鑒相器（10)的兩個輸出端相連接，其輸出端與 低通濾波器的輸入端相連；電荷泵（20)輸出節(jié)點對單粒子輻射不敏感，在充電關斷期間， 電荷泵（20)的充電器件對電荷泵輸出節(jié)點短路；在放電關斷期間，電荷泵（20)的放電器件 對電荷泵輸出節(jié)點短路；在充電放電均關斷期間，電荷泵（20)的充電與放電器件同時對電 荷泵輸出節(jié)點短路； 低通濾波器（30)，輸入端與電荷泵（20)輸出節(jié)點相連接； 壓控振蕩器（40)，對輸入的電壓進行轉(zhuǎn)換輸出頻率信號，壓控振蕩器（40)的輸入端與 低通濾波器的輸出端相連接，壓控振蕩器（40)的輸出端為頻率產(chǎn)生單元的輸出頻率端，同 時與分頻器的輸入端相連接； 分頻器（50)，對輸出頻率信號進行分頻得到反饋頻率信號，連接壓控振蕩器（40)的輸 出端與鑒頻鑒相器（10)的一個輸入端，構(gòu)成閉環(huán)反饋。
2. 如權(quán)利要求1所述的抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述的電荷泵包 括電流源、充電結(jié)構(gòu)和放電結(jié)構(gòu)； 所述的充電結(jié)構(gòu)包括用于充電控制的第三MOS管（203)、用于鏡像電流的第四MOS管 (204)、控制開關的第一MOS管（201)和關斷期間導通的第二MOS管（202);其中第四MOS管 (204) 的柵極接鏡像電流源，漏極接電荷泵輸出接點，源極與襯底相連接，并接第三MOS管 (203)的漏端；第三MOS管（203)的柵極接鑒頻鑒相器輸出的充電控制端（80)，源極與襯底 連接，并接到第一 MOS管（201)與第二MOS管（202)的漏極；第一 MOS管（201)與第二MOS 管（202)的柵極相連，并共同連接到鑒頻鑒相器輸出的充電控制端（80);第一 MOS管（201) 的源極與襯底相連，接到電源電壓；第二MOS管（202)的源極與襯底相連，接到電荷泵輸出 接點； 所述的放電結(jié)構(gòu)包括用于放電控制的第六MOS管（206)、用于鏡像電流的第五MOS管 (205) 、控制工作開關的第七MOS管（207)與關斷期間的導通的第八MOS管（208);其中第 五MOS管（205)柵極接鏡像電流源，漏極接電荷泵輸出接點，源極與襯底相連接，并接充第 六MOS管（206)的漏端；第六MOS管（206)的柵極接鑒頻鑒相器輸出的放電控制端（90)， 源極與襯底連接，并接到第七MOS管（207)與第八MOS管（208)的漏極；第七MOS管（207) 與第八MOS管（208)的柵極相連，并共同連接到鑒頻鑒相器輸出的放電控制端（90);第七 MOS管（207)的源極與襯底相連，接到地電壓；第八MOS管（208)的源極與襯底相連，接到 電荷泵輸出接點。
3. 如權(quán)利要求2所述的抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，當鑒頻鑒相器輸 出的充電控制端（80)為低電平時，電荷泵對其輸出信號線（100)進行充電，其充電電流值 由電荷泵的電流源（209)決定；當鑒頻鑒相器輸出的放電控制端（90)為低電平時，電荷泵 對其輸出信號線（1〇〇)進行放電，其放電電流值由電荷泵的電流源（209)決定。
4. 如權(quán)利要求2所述的抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，在充電工作關斷 期間，第三MOS管（203)斷開，第四MOS管（204)處于導通狀態(tài)，此時電荷泵的輸出信號線 (100)與第三MOS管（203)的漏極是相通的，電荷泵的輸出信號線（100)的主要反偏點是第 三MOS管（203)的漏極與襯底形成的；第二MOS管（202)將第三MOS管（203)的襯底與電 荷泵的輸出信號線（100)連在一起； 當鑒頻鑒相器輸出的充電控制端（80)為低電平時，第一 M0S管（201)導通，第二M0S 管（202)斷開，第三M0S管（203)導通，第四M0S管（204)導通，形成了電荷泵的充電通道。
5. 如權(quán)利要求2所述的抗單粒子福射的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，當放電關斷期間， 鑒頻鑒相器輸出的放電控制端（90)為低電平，第六M0S管（206)斷開，第五M0S管（205) 處于導通狀態(tài)，電荷泵的輸出信號線（100)與第六M0S管（206)的漏極是相通的；第八M0S 管將第六M0S管（206)的襯底與電荷泵的輸出信號線（100)連在一起；鑒頻鑒相器輸出的 放電控制端（90)為高電平時，第七M0S管（207)導通，第八M0S管（208)斷開，第五M0S管 (205)導通，第六M0S管（206)導通，形成了電荷泵的放電通道。
6. 如權(quán)利要求1所述的抗單粒子輻射的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述基準頻率由 外部提供，鑒頻鑒相器對外部基準頻率與反饋頻率的頻率、相位分別比較，產(chǎn)生控制電荷泵 的時序信號，當反饋頻率低于基準頻率或相位落后于基準頻率時，鑒頻鑒相器輸出的充電 控制端（80)將產(chǎn)生低脈沖信號；當反饋頻率高于基準頻率或相位超前于基準頻率時，鑒頻 鑒相器輸出的充電控制端（80)將產(chǎn)生高脈沖信號；實現(xiàn)對低通濾波器的輸入節(jié)點進行有 序的充放電。
【文檔編號】H03L7/085GK104052473SQ201410231876
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】張倩 申請人:張倩