CN103236840A - 一种辐照加固的锁相环 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子与通信技术领域，提供了一种辐照加固的锁相环，包括辐照探测电路、逻辑控制电路、基准电路和锁相环功能电路；辐照探测电路对辐照强度进行探测并将探测到的辐照强度信号输出；逻辑控制电路将接收到的辐照强度信号与参考电压进行比较，根据比较结果输出逻辑控制信号并控制基准电路；基准电路在所述逻辑控制信号的控制下输出基准电流，所述锁相环功能电路对所述基准电流进行处理后输出控制电压并对锁相环进行辐照加固处理。本发明提供的锁相环能够探测辐照强度，对电路参数进行相应的调整，从而保证电子系统对锁相环时钟输出的频率要求，提高系统工作的可靠性、稳定性及使用寿命。

Description

一种辐照加固的锁相环
技术领域
本发明属于电子与通信技术领域，尤其涉及一种辐照加固的锁相环。
背景技术
锁相环是对其输入相位和输出相位的反馈系统，可以实现时钟的产生和同步、时钟与数据的恢复、倍频与频率综合等功能，广泛应用于电子与通信等领域。
作为电子系统的关键部件，近年来被确认为空间电子元器件中的辐照加固的薄弱环节，影响到系统的可靠性。辐照效应对锁相环的影响会引起全局性作用，波及整个时钟域或系统间的同步，进而连锁反应到整个芯片甚至整个系统。因此，锁相环的加固对于空间电子系统的整体加固性能至关重要，抗辐照加固锁相环也是当今空间应用集成电路研究的热点问题之一。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种辐照加固的锁相环，旨在解决现在技术通过检测空间总剂量效应调整锁相环系统输出时钟的频率导致系统不稳定的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种辐照加固的锁相环，包括辐照探测电路、逻辑控制电路、基准电路和锁相环功能电路；辐照探测电路对辐照强度进行探测并将探测到的辐照强度信号输出；逻辑控制电路将接收到的辐照强度信号与参考电压进行比较，根据比较结果输出逻辑控制信号并控制基准电路；基准电路在所述逻辑控制信号的控制下输出基准电流，所述锁相环功能电路对所述基准电流进行处理后输出控制电压并对锁相环进行辐照加固处理。
更进一步地，所述锁相环功能电路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器，以及连接在所述压控振荡器的输出端与所述鉴频鉴相器的反馈端的分频器。
更进一步地，所述辐照探测电路包括：第一开关管以及依次串联连接在电源与所述第一开关管的第一端的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻与所述第二电阻的串联连接端输出第一基准电压，所述第二电阻和所述第四电阻的串联连接端输出第二基准电压，所述第三电阻与所述第一开关管的连接端输出第三基准电压；所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端连接所述第三基准电压，所述第一开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通。
更进一步地，所述第一开关管为MOS管，所述MOS管的栅极作为所述第一开关管的控制端，所述MOS管的源极作为所述第一开关管的第一端，所述MOS管的漏极作为所述第一开关管的第二端。
更进一步地，所述逻辑控制电路包括：第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一比较器的反相输入端、所述第二比较器的反相输入端和所述第三比较器的反相输入端均连接至参考电压，所述第一比较器的正相输入端连接所述第一基准电压，所述第二比较器的正相输入端连接所述第二基准电压，所述第三比较器的正相输入端连接所述第三基准电压。
更进一步地，所述基准电路包括第四电阻，第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管；所述第四电阻的一端连接至所述电源，所述第四电阻的另一端定义为第一节点；第二开关管的第一端通过第一开关元件连接至所述第一节点，所述第二开关管的控制端连接至所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端接地；第三开关管的第一端连接至所述第一节点，第三开关管的控制端连接至所述第三开关管的第一端，第三开关管的第二端接地；第四开关管的第一端通过第二开关元件连接至所述第一节点，所述第四开关管的控制端连接至所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端接地；第五开关管的第一端通过第三开关元件连接至所述第一节点，所述第五开关管的控制端连接至所述第五开关管的第一端，所述第五开关管的第二端接地；所述第一开关元件的控制端连接至所述第一比较器的输出端，所述第二开关元件的控制端连接至所述第二比较器的输出端，所述第三开关元件的控制端连接至所述第三比较器的输出端；所述第二开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；所述第三开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；所述第四开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；所述第五开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通。
更进一步地，所述第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管均为MOS管，所述MOS管的栅极作为控制端，所述MOS管的源极作为第一端，所述MOS管的漏极作为第二端。
更进一步地，所述锁相环功能电路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器，以及连接在压控振荡器的输出端与鉴频鉴相器的反馈端的分频器；所述鉴频鉴相器将参考时钟信号与分频器的相差和频差进行比较，当存在相差或频差时输出脉冲信号，所述脉冲信号通过电荷泵实现对环路滤波器的充放电，通过环路滤波器的充放电改变压控振荡器的控制电压，并调整压控振荡器的输出频率和分频器的输出电压直至所述相差和频差为零。
本发明提供的锁相环能够探测辐照强度，对电路参数进行相应的调整，从而保证电子系统对锁相环时钟输出的频率要求，提高系统工作的可靠性、稳定性及使用寿命。
附图说明
图1是现有技术提供的基准电路、电荷泵和环路滤波电路的具体电路图；
图2是现有技术提供的IDS和VGS的关系曲线图；
图3是本发明实施例提供的辐照加固的锁相环的结构原理框图；
图4是本发明实施例提供的辐照加固的锁相环中的锁相环功能电路的结构原理框图；
图5是本发明实施例提供的辐照加固的锁相环中辐照探测电路和逻辑控制电路的具体电路图；
图6是是本发明实施例提供的辐照加固的锁相环中基准电路的具体电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，电阻R1和NMOS管M1产生基准电压，通过电荷泵电路得到电流源和电流沉，QA和QB信号来自锁相环的鉴频鉴相器，控制开关S1和S2的导通与闭合，实现对环路滤波电路的充放电，得到压控振荡器的控制电压Vcont。控制电压Vcont与压控振荡器输出频率的关系为ωout=ω0+KVCOVcont；ωout为压控振荡器的输出频率，ω0为Vcont=0时的输出频率，KVCO为压控振荡器的增益，可见ωout是Vcont的线性函数。当锁相环稳定工作后要求输出频率是稳定的，即要求控制电压Vcont是一个固定值或低抖动。
如图2所示，辐照下MOS管的阈值电压会降低，漏极电流会增大。因此，在辐照下基准电路的基准电流增大，导致电荷泵的电流源和电流沉的值增大，经过环路滤波后，输出控制电压Vcont增大，从而使得压控振荡器的输出时钟频率发生改变，给锁相环电路带来抖动，严重的情况下会使整个电子系统工作异常。
为了克服上述缺点，本发明实施例提供了一种辐照加固的锁相环，应用于抗辐照锁相环跟随剂量适应性调节频率稳定性技术领域，如图3所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
辐照加固的锁相环包括辐照探测电路1、逻辑控制电路2、基准电路3和锁相环功能电路4；辐照探测电路1对辐照强度进行探测并将探测到的辐照强度信号输出给逻辑控制电路2；逻辑控制电路2将接收到的辐照强度信号与参考电压Vref进行比较，根据比较结果输出逻辑控制信号并控制基准电路3；基准电路3在逻辑控制信号的控制下输出基准电流，锁相环功能电路4对基准电流进行处理后输出控制电压并对锁相环进行辐照加固处理。
其中，参考电压Vref可以通过一个外加的基准源提供，参考电压Vref的具体值可以由实际具体电路和电源电压来决定。
本发明与现有技术相比，锁相环能够探测辐照强度，对电路参数进行相应的调整，从而保证电子系统对锁相环时钟输出的频率要求，提高系统工作的可靠性、稳定性及使用寿命。
在本发明实施例中，如图4所示，锁相环功能电路4包括依次连接的鉴频鉴相器41、电荷泵42、环路滤波器43和压控振荡器44，以及连接在压控振荡器44的输出端与鉴频鉴相器41的反馈端的分频器45；鉴频鉴相器41比较参考时钟信号Fin和分频器45的相差和频差，当两者存在相差或频差时，将会产生脉冲信号QA和QB，通过电荷泵42实现对环路滤波器43进行充放电，从而改变压控振荡器44的控制电压，调整压控振荡器44的输出频率，也就调整了分频器45的输出电压，直到参考时钟信号Fin和分频器45的相差和频差为零，锁相环达到锁定状态。
本发明实施例提供的辐照探测电路1实现对辐照强度的探测，将探测到的辐照强度信号输入到逻辑控制电路2。与比较参考电压进行比较，得到逻辑控制信号，逻辑控制去控制基准电路，实现根据辐照强度的大小来输出稳定基准电流，得到环路滤波电路稳定的充放电电流，从而得到稳定的控制电压，实现了对锁相环进行辐照加固处理。
在本发明实施例中，如图5所示，辐照探测电路1包括：第一开关管以及依次串联连接在电源VCC与第一开关管的第一端的第一电阻R2、第二电阻R3和第三电阻R4；第一电阻R2与第二电阻R3的串联连接端输出第一基准电压，第二电阻R3和第四电阻R4的串联连接端输出第二基准电压，第三电阻R4与第一开关管的连接端输出第三基准电压；第一开关管的第二端接地，第一开关管的控制端连接第三基准电压，第一开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通。
作为本发明的一个实施例，第一开关管可以为三极管、MOS管、可控硅等开关元件。当第一开关管为MOS管M4时，MOS管M4的栅极作为第一开关管的控制端，MOS管M4的源极作为第一开关管的第一端，MOS管M4的漏极作为第一开关管的第二端。
其中，逻辑控制电路2包括第一比较器C0、第二比较器C1和第三比较器C2，第一比较器C0的反相输入端、第二比较器C1的反相输入端和第三比较器C2的反相输入端均连接至参考电压Vref，第一比较器C0的正相输入端连接第一基准电压，第二比较器C1的正相输入端连接第二基准电压，第三比较器C2的正相输入端连接第三基准电压。
在本发明实施例中，如图6所示，基准电路3包括第四电阻R5，第一开关元件S3、第二开关元件S4和第三开关元件S5，第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管；第四电阻R5的一端连接至电源VCC，所述第四电阻R5的另一端定义为第一节点；第二开关管的第一端通过第一开关元件S3连接至第一节点，第二开关管的控制端连接至第二开关管的第一端，第二开关管的第二端接地；第三开关管的第一端连接至第一节点，第三开关管的控制端连接至第三开关管的第一端，第三开关管的第二端接地；第四开关管的第一端通过第二开关元件S4连接至所述第一节点，第四开关管的控制端连接至第四开关管的第一端，第四开关管的第二端接地；第五开关管的第一端通过第三开关元件S5连接至所述第一节点，第五开关管的控制端连接至第五开关管的第一端，第五开关管的第二端接地；第一开关元件S3的控制端连接至第一比较器C0的输出端，第二开关元件S4的控制端连接至第二比较器C1的输出端，第三开关元件S5的控制端连接至第三比较器C2的输出端；第二开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；第三开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；第四开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；第五开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通。
作为本发明的一个实施例，第二开关管M5、第三开关管M6、第四开关管M7和第五开关管M8可以为MOS管，也可以为其它开关元器件。当第二开关管为MOS管M5时、第三开关管为MOS管M6时、第四开关管为MOS管M7时，第五开关管为MOS管M8时，各个MOS管的栅极作为控制端，各个MOS管的源极作为第一端，各个MOS管的漏极作为第二端。
在本发明实施例中，电荷泵42和环路滤波器43的具体电路为公知的常用电路，在此不再赘述。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的辐照加固的锁相环，现结合具体实例并参照图5和图6详述如下：
辐照探测电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4和MOS管M4组成，辐照探测电路输出三组基准电压；逻辑控制电路由三个比较器C0、C1和C2组成；辐照探测电路输出电压分别进入到比较器与比较电压Vref进行比较，得到控制信号A0、A1和A3。控制信号A0、A1和A2分别输入到基准电路，基准电路由电阻R5，开关S3、S4和S5，MOS管M5、M6、M7和M8组成；来自逻辑控制电路的控制信号A0、A1和A3分别控制基准电路的三个开关S3、S4和S5，实现在不同辐照强度下得到稳定的基准电流，得到环路滤波电路稳定的充放电电流，从而得到稳定的控制电压，实现在辐照情况下也能保持压控振荡器的控制电压的稳定或低抖动，得到辐照加固的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种辐照加固的锁相环，其特征在于，包括辐照探测电路、逻辑控制电路、基准电路和锁相环功能电路；
辐照探测电路对辐照强度进行探测并将探测到的辐照强度信号输出；逻辑控制电路将接收到的辐照强度信号与参考电压进行比较，根据比较结果输出逻辑控制信号并控制基准电路；基准电路在所述逻辑控制信号的控制下输出基准电流，所述锁相环功能电路对所述基准电流进行处理后输出控制电压并对锁相环进行辐照加固处理。
2.如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述锁相环功能电路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器，以及连接在所述压控振荡器的输出端与所述鉴频鉴相器的反馈端的分频器。
3.如权利要求1或2所述的锁相环，其特征在于，所述辐照探测电路包括：第一开关管以及依次串联连接在电源与所述第一开关管的第一端的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻与所述第二电阻的串联连接端输出第一基准电压，所述第二电阻和所述第四电阻的串联连接端输出第二基准电压，所述第三电阻与所述第一开关管的连接端输出第三基准电压；所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端连接所述第三基准电压，所述第一开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通。
4.如权利要求3所述的锁相环，其特征在于，所述第一开关管为MOS管，所述MOS管的栅极作为所述第一开关管的控制端，所述MOS管的源极作为所述第一开关管的第一端，所述MOS管的漏极作为所述第一开关管的第二端。
5.如权利要求3所述的锁相环，其特征在于，所述逻辑控制电路包括：第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一比较器的反相输入端、所述第二比较器的反相输入端和所述第三比较器的反相输入端均连接至参考电压，所述第一比较器的正相输入端连接所述第一基准电压，所述第二比较器的正相输入端连接所述第二基准电压，所述第三比较器的正相输入端连接所述第三基准电压。
6.如权利要求5所述的锁相环，其特征在于，所述基准电路包括第四电阻，第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管；所述第四电阻的一端连接至所述电源，所述第四电阻的另一端定义为第一节点；第二开关管的第一端通过第一开关元件连接至所述第一节点，所述第二开关管的控制端连接至所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端接地；第三开关管的第一端连接至所述第一节点，第三开关管的控制端连接至所述第三开关管的第一端，第三开关管的第二端接地；第四开关管的第一端通过第二开关元件连接至所述第一节点，所述第四开关管的控制端连接至所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端接地；第五开关管的第一端通过第三开关元件连接至所述第一节点，所述第五开关管的控制端连接至所述第五开关管的第一端，所述第五开关管的第二端接地；所述第一开关元件的控制端连接至所述第一比较器的输出端，所述第二开关元件的控制端连接至所述第二比较器的输出端，所述第三开关元件的控制端连接至所述第三比较器的输出端；所述第二开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；所述第三开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；所述第四开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通；所述第五开关管的控制端控制其第一端与第二端的导通。
7.如权利要求6所述的锁相环，其特征在于，所述第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管均为MOS管，所述MOS管的栅极作为控制端，所述MOS管的源极作为第一端，所述MOS管的漏极作为第二端。
8.如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述锁相环功能电路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器，以及连接在压控振荡器的输出端与鉴频鉴相器的反馈端的分频器；所述鉴频鉴相器将参考时钟信号与分频器的相差和频差进行比较，当存在相差或频差时输出脉冲信号，所述脉冲信号通过电荷泵实现对环路滤波器的充放电，通过环路滤波器的充放电改变压控振荡器的控制电压，并调整压控振荡器的输出频率和分频器的输出电压直至所述相差和频差为零。
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