CN109547018B - 一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器 - Google Patents

一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，包括多个偏置电路以及多个延时单元，每个偏置电路对应连接一个延时单元，各延时单元为环形连接以构成环形振荡器，每个偏置电路接收输入控制电压，产生偏置电压后提供给对应的延时单元。本发明具有结构简单、成本低、具有抗辐照功能以及软错误率低等优点。

Description

一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器
技术领域
本发明涉及压控振荡器技术领域，尤其涉及一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器。
背景技术
为了满足对更高集成度、更多功能以及更低功耗集成电路的需求，集成电路的特征尺寸和工作电压不断缩减，导致电路的辐照敏感度急剧增加。压控振荡器VCO作为集成电路的重要组成部分，现有技术中压控振荡器通常不具备抗辐照功能，一旦由于辐照的影响即会导致分频器的输出受到单粒子效应影响而发生错误，会严重影响电路的性能。因此，亟需提供出一种具有抗辐照功能的压控振荡器，以提高压控振荡器的抗辐照性能，降低软错误率。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、具有抗辐照功能以及软错误率低的多偏置压控振荡器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，包括多个偏置电路以及多个延时单元，每个所述偏置电路对应连接一个所述延时单元，各所述延时单元为环形连接以构成环形振荡器，每个所述偏置电路接收输入控制电压，产生偏置电压后提供给对应的所述延时单元。
作为本发明的进一步改进：所述偏置电路包括多个连接的开关管，所述输入控制电压经各所述开关管后产生一对偏置电压输出。
作为本发明的进一步改进：所述偏置电路1包括依次连接的用于作为输入开关管的NM1开关管、用于作为结构对称开关管的NM3开关管以及用于提供有源负载的PM1开关管，所述NM1开关管的栅极接收输入控制电压，漏极连接所述NM3开关管的源级，所述NM3开关管的漏极连接所述PM1开关管的漏极，所述NM1开关管的栅极连接第一输出端以输出第一偏置电压VBN，所述PM1开关管的漏极连接第二输出端以输出第二偏置电压VBP。
作为本发明的进一步改进：所述延时单元包括依次连接的用于提供有源负载的第一有源负载电路、用于作为正反馈的正反馈电路、第一差分输入电路以及第一尾电流电路，所述第一尾电流电路、所述第一有源负载电路分别接入所述偏置电路提供的偏置电压，所述第一差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出端输出一对输出电压。
作为本发明的进一步改进：所述第一有源负载电路包括PM3开关管、PM4开关管、PM5开关管以及PM6开关管，所述PM3开关管、PM4开关管的方向相同，所述PM5开关管、PM6开关管的方向相同，所述PM3开关管、PM4开关管与所述PM5开关管、PM6开关管的方向相反，所述PM4开关管与所述PM5开关管之间的连接点接入所述偏置电路输出的一个偏置电压。
作为本发明的进一步改进：所述第一差分输入电路包括由NM4开关管和NM5开关管构成的差分对管，所述正反馈电路包括PM7开关管与PM8开关管，所述PM7开关管与所述PM8开关管的方向相反，所述PM7开关管、PM8开关管分别对应与所述NM4开关管和NM5开关管连接以实现正反馈；所述第一尾电流电路包括NM2开关管，所述NM2开关管的栅极接入所述偏置电路输出的一个偏置电压、漏极连接所述第一差分输入电路。
作为本发明的进一步改进：所述延时单元的输出端还连接有一个用于提供输出驱动的输出驱动电路，每个所述输出驱动电路对应接入一个所述偏置电路提供的偏置电压。
作为本发明的进一步改进：相互连接的所述延时单元与所述输出驱动电路分别连接至不同的所述偏置电路以形成错位连接。
作为本发明的进一步改进：所述输出驱动电路包括依次连接的用于提供有源负载的第二有源负载电路、第二差分输入电路以及第二尾电流电路，所述第二尾电流电路、所述第二有源负载电路分别接入所述偏置电路提供的偏置电压，所述第二差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出一对输出信号。
作为本发明的进一步改进：所述第二有源负载电路包括PM36开关管、PM46、PM56、PM66，所述PM36开关管与所述PM66开关管方向相同，所述PM46开关管与所述PM56开关管方向相同，所述PM36开关管、所述PM66开关管与所PM46开关管、所述PM56开关管方向相反，第二差分输入电路包括由NM46开关管和NM56开关管构成的差分对管，所述第二尾电流电路包括NM26开关管，所述NM26开关管的栅极接入所述偏置电路输出的一个偏置电压、漏极连接所述第二差分输入电路。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，通过由多个独立运行的偏置电路来控制环振内部的延时单元，当有高能粒子击中其中任意一个偏置电路时，由于其他三个偏置电路都是正常工作状态，因而只会影响一个延时单元的工作情况，其他延时单元仍然处于正常工作状态，可以降低整体的频率偏移，从而抑制压控振荡器电路由于辐照作用引起的单粒子效应，降低压控振荡器VCO的软错误率。
2、本发明具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，进一步延时单元与输出驱动电路与偏置电路采用错位连接方式，使得发生了单粒子的偏置不会同时影响同一组延时单元和输出驱动电路，从而不会引起单粒子对两个模块输出影响的叠加效果，有利于降低单粒子效应对压控振荡器的影响。
附图说明
图1是本实施例具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器的结构示意图。
图2是本实施例中偏置电路的具体结构示意图。
图3是本实施例中延时单元的具体结构示意图。
图4是本实施例中输出驱动电路的具体结构示意图。
图例说明：1、偏置电路；2、延时单元 3、输出驱动电路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器包括四个偏置电路1（BIAS）以及四个延时单元2（CELL0~CELL3），每个偏置电路1对应连接一个延时单元2，各延时单元2为环形连接以构成环形振荡器，每个偏置电路1接收输入控制电压，产生偏置电压后提供给对应的延时单元2。
本实施例压控振荡器VCO的环振由四个差分延时单元2构成，为每个延时单元2配置一个偏置电路1，通过由四个相对独立运行的偏置电路1来控制环振内部的延时单元2，当有高能粒子击中其中任意一个偏置电路1时，由于其他三个偏置电路1都是正常工作状态，因而只会影响一个延时单元2的工作情况，其他延时单元2仍然处于正常工作状态，可以降低整体的频率偏移，从而抑制压控振荡器电路由于辐照作用引起的单粒子效应，降低压控振荡器VCO的软错误率。
本实施例中，偏置电路1具体包括多个连接的开关管，由多个开关管连接构成VCO偏置电路，具体可以采用MOS开关管，输入控制电压经各MOS开关管后产生一对偏置电压输出，每个偏置电路1产生一对偏置电压提供给对应的延时单元2。
如图2所示，本实施例中偏置电路1包括依次连接的用于作为输入开关管的NM1开关管、用于作为结构对称开关管的NM3开关管以及用于提供有源负载的PM1开关管，NM1开关管的栅极接收输入控制电压VBN， NM1开关管的漏极连接NM3开关管的源级，NM3开关管的漏极连接PM1开关管的漏极，PM1开关管的漏极与栅极连接，PM1开关管的源级、NM3开关管的栅极接入电源，NM1开关管的栅极连接第一输出端以输出第一偏置电压VBN，PM1开关管的漏极连接第二输出端以输出第二偏置电压VBP，由第一偏置电压VBN、第二偏置电压VBP即为提供给延时单元2的一对偏置电压。
如图3所示，本实施例中延时单元2包括依次连接的用于提供有源负载的第一有源负载电路、用于作为正反馈的正反馈电路、第一差分输入电路以及第一尾电流电路，第一尾电流电路、第一有源负载电路分别接入偏置电路1提供的偏置电压，其中第一尾电流电路接入第一偏置电压VBN，第一有源负载电路接入第二偏置电压VBP，第一差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出端输出一对输出电压（OP、ON），通过正反馈电路可以加快VCO环振的工作频率。
参见图3，本实施例中延时单元2具体由多个MOS开关管连接构成，其中第一有源负载电路包括PM3开关管、PM4开关管、PM5开关管以及PM6开关管，PM3开关管、PM4开关管的方向相同，PM5开关管、PM6开关管的方向相同，PM3开关管、PM4开关管与PM5开关管、PM6开关管的方向相反，PM3开关管、PM4开关管、PM5开关管以及PM6开关管的源级均连接电源端VDDA ，PM3开关管的漏极与栅极以及PM4开关管的漏极连接，PM4开关管的栅级连接PM5的栅级，PM6的漏极与栅极以及与PM5的漏极连接，PM4开关管与PM5开关管之间的连接点接入偏置电路1输出的一个偏置电压，即为第二偏置电压VBP。
本实施例中，第一差分输入电路包括由NM4开关管和NM5开关管构成的差分对管，NM4开关管和NM5开关管的栅极分别对应接入差分输入信号IN、IP，正反馈电路包括PM7开关管与PM8开关管，PM7开关管与PM8开关管的方向相反，PM7开关管、PM8开关管分别对应与NM4开关管和NM5开关管连接以实现正反馈，其中PM7开关管的漏极与开关管NM4的漏极连接，开关管PM7的栅极与开关管PM8的漏极以及开关管NM5的漏极连接，开关管PM8的栅极与开关管NM4的漏极以及开关管PM7的漏级连接。
本实施例中，第一尾电流电路包括NM2开关管，NM2开关管的栅极接入偏置电路1输出的一个偏置电压、漏极连接第一差分输入电路、源级接地。
本实施例中，延时单元2的输出端还连接有一个用于提供输出驱动的输出驱动电路3（Buffer0~ Buffer3），每个输出驱动电路对应接入一个偏置电路1提供的偏置电压。
本实施例中，相互连接的延时单元2与输出驱动电路3分别连接至不同的偏置电路以形成错位连接，具体由第一偏置电路BIAS0分别与第一延时单元CELL0和第二输出驱动电路BUFFER1连接，由第一偏置电路BIAS0产生偏置电压VBN0和VBP0，将偏置电压VBN0和VBP0分别提供给第一延时单元CELL0和第二输出驱动电路BUFFER1，依次由第二偏置电路BIAS1产生偏置电压VBN1和VBP1，VBN1和VBP1提供给第二延时单元CELL1和第三输出驱动电路BUFFER2，以使得偏置电压依次错位连接至各延时单元2、输出驱动电路3。通过延时单元2和输出驱动电路单元3的偏置电压采用错位连接方式，使得发生了单粒子的偏置不会同时影响同一组延时单元2和输出驱动电路单元3，从而不会引起单粒子对两个模块输出影响的叠加效果，有利于降低单粒子效应对压控振荡器的影响。
如图4所示，本实施例中输出驱动电路3包括依次连接的用于提供有源负载的第二有源负载电路、第二差分输入电路以及第二尾电流电路，第二尾电流电路、第二有源负载电路分别接入偏置电路1提供的偏置电压，第二差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出一对输出信号。由输出驱动电路3可以提供负载平衡，同时提高输出驱动性能。
本实施例中，第二有源负载电路包括PM36开关管、PM46、PM56、PM66，PM36开关管与PM66开关管方向相同，PM46开关管与PM56开关管方向相同，PM36开关管、PM66开关管与所PM46开关管、PM56开关管方向相反，第二差分输入电路包括由NM46开关管和NM56开关管构成的差分对管，第二尾电流电路包括NM26开关管，NM26开关管的栅极接入偏置电路1输出的一个偏置电压、漏极连接第二差分输入电路，上述各电路的连接方式与延时单元2中各电路的连接方式基本相同，具体如上所述。
本实施例上述多偏置压控振荡器中偏置电路1、延时单元2以及输出驱动电路3的数量具体可以根据实际需求设定，每个延时单元2独立配置一个偏置电路1以提供偏置电压，各偏置电路1、延时单元2以及输出驱动电路3的结构也可以根据实际需求选择。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：包括多个偏置电路(1)以及多个延时单元(2)，每个所述偏置电路(1)对应连接一个所述延时单元(2)，各所述延时单元(2)为环形连接以构成环形振荡器，每个所述偏置电路(1)接收输入控制电压，产生偏置电压后提供给对应的所述延时单元(2)；每个所述延时单元(2)的输出端还连接有一个用于提供输出驱动的输出驱动电路(3)，每个所述输出驱动电路(3)对应接入一个所述偏置电路(1)提供的偏置电压，相互连接的所述延时单元(2)与所述输出驱动电路(3)分别连接至不同的所述偏置电路(1)以形成错位连接。
2.根据权利要求1所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述偏置电路(1)包括多个连接的开关管，所述输入控制电压经各所述开关管后产生一对偏置电压输出。
3.根据权利要求2所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述偏置电路(1)包括依次连接的用于作为输入开关管的NM1开关管、用于作为结构对称开关管的NM3开关管以及用于提供有源负载的PM1开关管，所述NM1开关管的栅极接收输入控制电压，漏极连接所述NM3开关管的源级，所述NM3开关管的漏极连接所述PM1开关管的漏极，所述NM1开关管的栅极连接第一输出端以输出第一偏置电压VBN，所述PM1开关管的漏极连接第二输出端以输出第二偏置电压VBP。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述延时单元(2)包括依次连接的用于提供有源负载的第一有源负载电路、用于作为正反馈的正反馈电路、第一差分输入电路以及第一尾电流电路，所述第一尾电流电路、所述第一有源负载电路分别接入所述偏置电路(1)提供的偏置电压，所述第一差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出端输出一对输出电压。
5.根据权利要求4所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述第一有源负载电路包括PM3开关管、PM4开关管、PM5开关管以及PM6开关管，所述PM3开关管、PM4开关管的方向相同，所述PM5开关管、PM6开关管的方向相同，所述PM3开关管、PM4开关管与所述PM5开关管、PM6开关管的方向相反，所述PM4开关管与所述PM5开关管之间的连接点接入所述偏置电路(1)输出的一个偏置电压。
6.根据权利要求4所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述第一差分输入电路包括由NM4开关管和NM5开关管构成的差分对管，所述正反馈电路包括PM7开关管与PM8开关管，所述PM7开关管与所述PM8开关管的方向相反，所述PM7开关管、PM8开关管分别对应与所述NM4开关管和NM5开关管连接以实现正反馈；所述第一尾电流电路包括NM2开关管，所述NM2开关管的栅极接入所述偏置电路(1)输出的一个偏置电压、漏极连接所述第一差分输入电路。
7.根据权利要求1所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述输出驱动电路(3)包括依次连接的用于提供有源负载的第二有源负载电路、第二差分输入电路以及第二尾电流电路，所述第二尾电流电路、所述第二有源负载电路分别接入所述偏置电路(1)提供的偏置电压，所述第二差分输入电路的两个输入端分别接入差分输入信号，输出一对输出信号。
8.根据权利要求7所述的具有抗辐照功能的多偏置压控振荡器，其特征在于：所述第二有源负载电路包括PM36、PM46、PM56、PM66开关管，PM36开关管与所述PM66开关管方向相同，PM46开关管与PM56开关管方向相同，所述PM36开关管、所述PM66开关管与所述PM46开关管、PM56开关管方向相反，所述第二差分输入电路包括由NM46开关管和NM56开关管构成的差分对管，所述第二尾电流电路包括NM26开关管，所述NM26开关管的栅极接入所述偏置电路(1)输出的一个偏置电压、漏极连接所述第二差分输入电路。
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