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

背景技術：

隨著集成電路特征尺寸的不斷縮小，針對太空輻射環(huán)境中高能粒子撞擊所引發(fā)的單粒子瞬態(tài)(set)效應越發(fā)不容忽視。穩(wěn)定高速的系統(tǒng)時鐘是確保系統(tǒng)高速穩(wěn)定運轉的關鍵，單粒子瞬態(tài)(set)效應不但能使得鎖相環(huán)的輸出時鐘信號發(fā)生錯誤，錯誤的時鐘還將引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸錯誤甚至于整個系統(tǒng)癱瘓。

針對單粒子效應的嚴重性，用帶有抗輻射加固設計的鎖相環(huán)提供系統(tǒng)時鐘顯得十分必要。根據(jù)對鎖相環(huán)單粒子效應的分析，非加固的鎖相環(huán)電路其內部存在多處敏感節(jié)點，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，便需要一段時間才能夠重新恢復到穩(wěn)定的狀態(tài)。

針對已有的鎖相環(huán)抗輻射加固技術，主要分為兩類：一類為針對鎖相環(huán)內部多處敏感節(jié)點進行冗余或補償?shù)确绞竭M行加固。由于鎖相環(huán)內部敏感節(jié)點較多，只能將影響較大的節(jié)點進行加固設計，這樣只是從大概率上對set效應進行加固，將錯誤率降低部分；另一類為對鎖相環(huán)進行系統(tǒng)級加固，如已有的兩模冗余加固結構，由于該方式是根據(jù)發(fā)生錯誤指示后將兩路信號進行切換輸出，時間反應上不能做到及時切換，加固效果欠佳。

技術實現(xiàn)要素：

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

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案包括：

一種基于鎖相環(huán)的三模冗余抗輻射加固時鐘生成電路，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，三個獨立的鎖相環(huán)并聯(lián)連接，輸出時鐘信號為ck1、ck2、ck3，在正常工作時，ck1、ck2、ck3頻率相同，投票表決單元接收ck1、ck2、ck3時鐘信號；當ck1、ck2、ck3中至少兩個電平相同時，經投票表決將至少兩個電平相同的信號ck傳輸給數(shù)字濾波單元，數(shù)字濾波單元對表決得到的信號ck進行處理，如果存在毛刺，則將毛刺濾除后輸出信號；如果不存在毛刺，則直接輸出信號。

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，鑒頻鑒相器實時采集外部參考信號fref和分頻器的分頻信號，并對兩個信號進行頻率比較和相位比較，得到up和dn信號，并將up和dn信號傳輸給電荷泵，電荷泵接收up和dn信號，將up和dn信號轉化成電流信號并輸入給濾波器，對濾波器充放電，濾波器將輸入的電流信號轉換為電壓信號，并將電壓信號傳輸給壓控振蕩器，電壓信號控制壓控振蕩器產生相應頻率的輸出信號pll_ck，pll_ck信號輸出給分頻器，分頻器對pll_ck信號進行分頻得到分頻信號，將分頻信號輸出給鑒頻鑒相器。

投票表決單元包括三個二與非門和一個三與非門，ck1、ck2、ck3信號兩兩組合，分別作為三個二與非門的信號輸入，三個二與非門的信號輸出作為三與非門的信號輸入，三與非門輸出信號ck，

輸出信號ck滿足布爾邏輯關系式：ck＝ck1·ck2+ck2·ck3+ck1·ck3.

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

所述數(shù)字濾波單元包括延時單元、第三反相器和二與非門，投票表決單元的輸出信號ck一路輸入到延時單元，延時單元輸出ck的延遲信號給二與非門一端，另一路直接輸入到二與非門的另一端，二與非門的輸出信號輸入給反相器，反相器的輸出即為最終的數(shù)字濾波器單元的輸出信號out。

所述延時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，通過設定兩個反相器的尺寸可以得到不同延時時間，以濾除相應的毛刺脈寬。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明采用的鎖相環(huán)系統(tǒng)三模冗余結構，三個鎖相環(huán)中任何一路發(fā)生異常，系統(tǒng)的最終輸出均不會受到任何影響，對單粒子瞬態(tài)具有很強的免疫力，抗單粒子瞬態(tài)的能力優(yōu)于僅對鎖相環(huán)內部敏感節(jié)點加固的方式；

(2)本發(fā)明無需對鎖相環(huán)內部的錯誤狀態(tài)進行檢測，也無需在多個鎖相環(huán)之間進行切換，單個鎖相環(huán)發(fā)生錯誤后無需反應時間即可輸出正確結果，具有實現(xiàn)方便的特點；

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

附圖說明

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。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

一種基于鎖相環(huán)的三模冗余抗輻射加固時鐘生成電路，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，三個獨立的鎖相環(huán)并聯(lián)連接，輸出時鐘信號為ck1、ck2、ck3，在正常工作時，ck1、ck2、ck3頻率相同，投票表決單元3接收ck1、ck2、ck3時鐘信號；當ck1、ck2、ck3中至少兩個電平相同時，經投票表決將至少兩個電平相同的信號ck傳輸給數(shù)字濾波單元4，數(shù)字濾波單元4對表決得到的信號ck進行處理，如果存在毛刺，則將毛刺濾除后輸出信號；如果不存在毛刺，則直接輸出信號。

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實時采集外部參考信號fref和分頻器215的分頻信號，并對兩個信號進行頻率比較和相位比較，得到up和dn信號，并將up和dn信號傳輸給電荷泵212，電荷泵212接收up和dn信號，將up和dn信號轉化成電流信號并輸入給濾波器213，對濾波器213充放電，濾波器213將輸入的電流信號轉換為電壓信號，并將電壓信號傳輸給壓控振蕩器214，電壓信號控制壓控振蕩器214產生相應頻率的輸出信號pll_ck，pll_ck信號輸出給分頻器215，分頻器215對pll_ck信號進行分頻得到分頻信號，將分頻信號輸出給鑒頻鑒相器211。

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

如圖3所示，投票表決單元3包括三個二與非門33和一個三與非門34，ck1、ck2、ck3信號兩兩組合，分別作為三個二與非門33的信號輸入，三個二與非門33的信號輸出作為三與非門34的信號輸入，三與非門34輸出信號ck，輸出信號ck滿足布爾邏輯關系式：ck＝ck1·ck2+ck2·ck3+ck1·ck3，三路輸入信號ck1、ck2、ck3的任何一路發(fā)生異常時，輸出信號ck與另外兩路正常信號的狀態(tài)保持一致，并且不需要反應時間。

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

所述延時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，通過設定兩個反相器的尺寸可以得到不同延時時間，以濾除相應的毛刺脈寬。

本發(fā)明采用的鎖相環(huán)系統(tǒng)三模冗余結構，三個鎖相環(huán)中任何一路發(fā)生異常，系統(tǒng)的最終輸出均不會受到任何影響，對單粒子瞬態(tài)具有很強的免疫力，抗單粒子瞬態(tài)的能力優(yōu)于僅對鎖相環(huán)內部敏感節(jié)點加固的方式。因單粒子瞬態(tài)(set)效應使得鎖相環(huán)的輸出時鐘信號發(fā)生錯誤的概率降低，既具備實現(xiàn)方便的優(yōu)勢，同時又具有十分可觀的加固效果。

本說明書中未詳細描述的內容，是本領域技術人員公知常識。