本發(fā)明涉及一種基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘生成電路，尤其涉及一種三模冗余結(jié)構(gòu)的抗輻射加固時(shí)鐘生成電路。

背景技術(shù)：

隨著集成電路特征尺寸的不斷縮小，針對(duì)太空輻射環(huán)境中高能粒子撞擊所引發(fā)的單粒子瞬態(tài)(set)效應(yīng)越發(fā)不容忽視。穩(wěn)定高速的系統(tǒng)時(shí)鐘是確保系統(tǒng)高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，單粒子瞬態(tài)(set)效應(yīng)不但能使得鎖相環(huán)的輸出時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的時(shí)鐘還將引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤甚至于整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

針對(duì)單粒子效應(yīng)的嚴(yán)重性，用帶有抗輻射加固設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)提供系統(tǒng)時(shí)鐘顯得十分必要。根據(jù)對(duì)鎖相環(huán)單粒子效應(yīng)的分析，非加固的鎖相環(huán)電路其內(nèi)部存在多處敏感節(jié)點(diǎn)，尤其是電荷泵和壓控振蕩器等模擬模塊，一旦受到一次單粒子擾動(dòng)，便需要一段時(shí)間才能夠重新恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)。

針對(duì)已有的鎖相環(huán)抗輻射加固技術(shù)，主要分為兩類：一類為針對(duì)鎖相環(huán)內(nèi)部多處敏感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行冗余或補(bǔ)償?shù)确绞竭M(jìn)行加固。由于鎖相環(huán)內(nèi)部敏感節(jié)點(diǎn)較多，只能將影響較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，這樣只是從大概率上對(duì)set效應(yīng)進(jìn)行加固，將錯(cuò)誤率降低部分；另一類為對(duì)鎖相環(huán)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)加固，如已有的兩模冗余加固結(jié)構(gòu)，由于該方式是根據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤指示后將兩路信號(hào)進(jìn)行切換輸出，時(shí)間反應(yīng)上不能做到及時(shí)切換，加固效果欠佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于鎖相環(huán)的三模冗余抗輻射加固時(shí)鐘生成電路，使因單粒子瞬態(tài)效應(yīng)使得鎖相環(huán)的輸出時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤的概率降低。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

一種基于鎖相環(huán)的三模冗余抗輻射加固時(shí)鐘生成電路，包括鎖相環(huán)、投票表決單元和數(shù)字濾波單元，

鎖相環(huán)有三個(gè)，三個(gè)獨(dú)立的鎖相環(huán)并聯(lián)連接，輸出時(shí)鐘信號(hào)為ck1、ck2、ck3，在正常工作時(shí)，ck1、ck2、ck3頻率相同，投票表決單元接收ck1、ck2、ck3時(shí)鐘信號(hào)；當(dāng)ck1、ck2、ck3中至少兩個(gè)電平相同時(shí)，經(jīng)投票表決將至少兩個(gè)電平相同的信號(hào)ck傳輸給數(shù)字濾波單元，數(shù)字濾波單元對(duì)表決得到的信號(hào)ck進(jìn)行處理，如果存在毛刺，則將毛刺濾除后輸出信號(hào)；如果不存在毛刺，則直接輸出信號(hào)。

鎖相環(huán)包括鑒頻鑒相器、電荷泵、濾波器、壓控振蕩器和分頻器，鑒頻鑒相器實(shí)時(shí)采集外部參考信號(hào)fref和分頻器的分頻信號(hào)，并對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行頻率比較和相位比較，得到up和dn信號(hào)，并將up和dn信號(hào)傳輸給電荷泵，電荷泵接收up和dn信號(hào)，將up和dn信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)并輸入給濾波器，對(duì)濾波器充放電，濾波器將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)傳輸給壓控振蕩器，電壓信號(hào)控制壓控振蕩器產(chǎn)生相應(yīng)頻率的輸出信號(hào)pll_ck，pll_ck信號(hào)輸出給分頻器，分頻器對(duì)pll_ck信號(hào)進(jìn)行分頻得到分頻信號(hào)，將分頻信號(hào)輸出給鑒頻鑒相器。

投票表決單元包括三個(gè)二與非門(mén)和一個(gè)三與非門(mén)，ck1、ck2、ck3信號(hào)兩兩組合，分別作為三個(gè)二與非門(mén)的信號(hào)輸入，三個(gè)二與非門(mén)的信號(hào)輸出作為三與非門(mén)的信號(hào)輸入，三與非門(mén)輸出信號(hào)ck，

輸出信號(hào)ck滿足布爾邏輯關(guān)系式：ck＝ck1·ck2+ck2·ck3+ck1·ck3.

三路輸入信號(hào)ck1、ck2、ck3的任何一路發(fā)生異常時(shí)，輸出信號(hào)ck與另外兩路正常信號(hào)的狀態(tài)保持一致，并且不需要反應(yīng)時(shí)間。

所述數(shù)字濾波單元包括延時(shí)單元、第三反相器和二與非門(mén)，投票表決單元的輸出信號(hào)ck一路輸入到延時(shí)單元，延時(shí)單元輸出ck的延遲信號(hào)給二與非門(mén)一端，另一路直接輸入到二與非門(mén)的另一端，二與非門(mén)的輸出信號(hào)輸入給反相器，反相器的輸出即為最終的數(shù)字濾波器單元的輸出信號(hào)out。

所述延時(shí)單元包括第一反相器和第二反相器，第一反相器和第二反相器串聯(lián)連接，通過(guò)設(shè)定兩個(gè)反相器的尺寸可以得到不同延時(shí)時(shí)間，以濾除相應(yīng)的毛刺脈寬。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明采用的鎖相環(huán)系統(tǒng)三模冗余結(jié)構(gòu)，三個(gè)鎖相環(huán)中任何一路發(fā)生異常，系統(tǒng)的最終輸出均不會(huì)受到任何影響，對(duì)單粒子瞬態(tài)具有很強(qiáng)的免疫力，抗單粒子瞬態(tài)的能力優(yōu)于僅對(duì)鎖相環(huán)內(nèi)部敏感節(jié)點(diǎn)加固的方式；

(2)本發(fā)明無(wú)需對(duì)鎖相環(huán)內(nèi)部的錯(cuò)誤狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，也無(wú)需在多個(gè)鎖相環(huán)之間進(jìn)行切換，單個(gè)鎖相環(huán)發(fā)生錯(cuò)誤后無(wú)需反應(yīng)時(shí)間即可輸出正確結(jié)果，具有實(shí)現(xiàn)方便的特點(diǎn)；

(3)本發(fā)明采用數(shù)字濾波的方法來(lái)濾除投票表決過(guò)程中輸出信號(hào)出現(xiàn)的毛刺，確保了鎖相環(huán)輸出的時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明電路框圖；

圖2為本發(fā)明鎖相環(huán)示意圖；

圖3為本發(fā)明投票表決單元示意圖；

圖4為本發(fā)明數(shù)字濾波單元示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

一種基于鎖相環(huán)的三模冗余抗輻射加固時(shí)鐘生成電路，如圖1所示，包括鎖相環(huán)2、投票表決單元3和數(shù)字濾波單元4，

鎖相環(huán)2有三個(gè)，三個(gè)獨(dú)立的鎖相環(huán)并聯(lián)連接，輸出時(shí)鐘信號(hào)為ck1、ck2、ck3，在正常工作時(shí)，ck1、ck2、ck3頻率相同，投票表決單元3接收ck1、ck2、ck3時(shí)鐘信號(hào)；當(dāng)ck1、ck2、ck3中至少兩個(gè)電平相同時(shí)，經(jīng)投票表決將至少兩個(gè)電平相同的信號(hào)ck傳輸給數(shù)字濾波單元4，數(shù)字濾波單元4對(duì)表決得到的信號(hào)ck進(jìn)行處理，如果存在毛刺，則將毛刺濾除后輸出信號(hào)；如果不存在毛刺，則直接輸出信號(hào)。

如圖2所示，鎖相環(huán)2包括鑒頻鑒相器211、電荷泵212、濾波器213、壓控振蕩器214和分頻器215，鑒頻鑒相器211實(shí)時(shí)采集外部參考信號(hào)fref和分頻器215的分頻信號(hào)，并對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行頻率比較和相位比較，得到up和dn信號(hào)，并將up和dn信號(hào)傳輸給電荷泵212，電荷泵212接收up和dn信號(hào)，將up和dn信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)并輸入給濾波器213，對(duì)濾波器213充放電，濾波器213將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)傳輸給壓控振蕩器214，電壓信號(hào)控制壓控振蕩器214產(chǎn)生相應(yīng)頻率的輸出信號(hào)pll_ck，pll_ck信號(hào)輸出給分頻器215，分頻器215對(duì)pll_ck信號(hào)進(jìn)行分頻得到分頻信號(hào)，將分頻信號(hào)輸出給鑒頻鑒相器211。

當(dāng)鎖相環(huán)2穩(wěn)定工作時(shí)，鑒頻鑒相器211輸出的兩個(gè)up和dn信號(hào)為具有相同脈寬的兩個(gè)脈沖周期信號(hào)，并且其上升沿和下降沿完全對(duì)齊；當(dāng)鎖相環(huán)工作異常時(shí)，鑒頻鑒相器211輸出的兩個(gè)up和dn信號(hào)脈寬發(fā)生變化，變化量與鎖相環(huán)2輸出信號(hào)的頻率和相位的變化成正比。

如圖3所示，投票表決單元3包括三個(gè)二與非門(mén)33和一個(gè)三與非門(mén)34，ck1、ck2、ck3信號(hào)兩兩組合，分別作為三個(gè)二與非門(mén)33的信號(hào)輸入，三個(gè)二與非門(mén)33的信號(hào)輸出作為三與非門(mén)34的信號(hào)輸入，三與非門(mén)34輸出信號(hào)ck，輸出信號(hào)ck滿足布爾邏輯關(guān)系式：ck＝ck1·ck2+ck2·ck3+ck1·ck3，三路輸入信號(hào)ck1、ck2、ck3的任何一路發(fā)生異常時(shí)，輸出信號(hào)ck與另外兩路正常信號(hào)的狀態(tài)保持一致，并且不需要反應(yīng)時(shí)間。

如圖4所示，所述數(shù)字濾波單元4包括延時(shí)單元、第三反相器44和二與非門(mén)43，投票表決單元3的輸出信號(hào)ck一路輸入到延時(shí)單元，延時(shí)單元輸出ck的延遲信號(hào)給二與非門(mén)43一端，另一路直接輸入到二與非門(mén)43的另一端，二與非門(mén)43的輸出信號(hào)輸入給反相器44，反相器44的輸出即為最終的數(shù)字濾波器單元4的輸出信號(hào)out。

所述延時(shí)單元包括第一反相器41和第二反相器42，第一反相器41和第二反相器42串聯(lián)連接，通過(guò)設(shè)定兩個(gè)反相器的尺寸可以得到不同延時(shí)時(shí)間，以濾除相應(yīng)的毛刺脈寬。

本發(fā)明采用的鎖相環(huán)系統(tǒng)三模冗余結(jié)構(gòu)，三個(gè)鎖相環(huán)中任何一路發(fā)生異常，系統(tǒng)的最終輸出均不會(huì)受到任何影響，對(duì)單粒子瞬態(tài)具有很強(qiáng)的免疫力，抗單粒子瞬態(tài)的能力優(yōu)于僅對(duì)鎖相環(huán)內(nèi)部敏感節(jié)點(diǎn)加固的方式。因單粒子瞬態(tài)(set)效應(yīng)使得鎖相環(huán)的輸出時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤的概率降低，既具備實(shí)現(xiàn)方便的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又具有十分可觀的加固效果。

本說(shuō)明書(shū)中未詳細(xì)描述的內(nèi)容，是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。