一種抗單粒子加固的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，尤其是一種通過數(shù)字算法和冗余結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的抗單粒子加固的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，屬于高速抗輻射電路設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路是實現(xiàn)高速串行通信的關(guān)鍵模塊。它從串行數(shù)據(jù)中恢復(fù)出時鐘信號，通過電路的調(diào)節(jié)找到數(shù)據(jù)的最佳采樣點，通過對數(shù)據(jù)的重定時恢復(fù)出數(shù)據(jù)，消除了數(shù)據(jù)在傳輸過程中引入的抖動，其性能對整個高速串行傳輸系統(tǒng)有至關(guān)重要的影響。時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路是高速串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵電路，也是系統(tǒng)向更高速率提升的主要瓶頸。
[0003]在空間應(yīng)用時，具有一定能量的單個重離子或者質(zhì)子射入半導(dǎo)體器件或者集成電路時，能夠造成電路性能退化或者功能失效，稱為單粒子效應(yīng)(single event effect,SEE)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，航天器用微電子器件的集成度不斷提高，航天器逐漸更多地采用大規(guī)模集成電路。由于器件的特征尺寸和工作電壓越來越小，相應(yīng)地，臨界電荷也越來越小，單粒子效應(yīng)的作用也越來越明顯。
[0004]在空間中應(yīng)用時，當(dāng)高能粒子穿透半導(dǎo)體材料時，它將通過和半導(dǎo)體晶格盧瑟福散射(Rutherford scattering)而失去能量(主要通過和晶體結(jié)構(gòu)的核的康普頓(Compton)作用)，隨著粒子將能量傳遞給晶格，它將慢慢地留下離化的自由電子-空穴對(EHPs)軌跡。輻射前，不存在可動的帶電載流子。在集成電路結(jié)構(gòu)中，這些過剩的載流子可能將電荷沉積在意想不到的地方，導(dǎo)致電路的節(jié)點電壓瞬變及穿過器件的電流瞬變?，F(xiàn)有的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路結(jié)構(gòu)，由于不具備抗單粒子效應(yīng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)相位鎖定的時候，由于單粒子效應(yīng)導(dǎo)致不同單元的電路節(jié)點電壓瞬變或者穿過器件的電流瞬變，可能導(dǎo)致電路出現(xiàn)各種各樣的錯誤，使得鎖定相位的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路做出錯誤的調(diào)節(jié)，從而造成相位失鎖，進而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采樣錯誤，最終使數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率增高，降低了整個系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗單粒子加固的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，降低單粒子效應(yīng)對時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的影響，提高電路的可靠性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種抗單粒子加固的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，包括采樣器、鑒相器、數(shù)字濾波器、邏輯判決電路、編碼器、多數(shù)判決器、相位插值器和多相時鐘生成電路；
[0007]采樣器包含八個采樣單元，在每一個采樣周期，四個采樣單元用來采樣輸入的串行數(shù)據(jù)，另外四個采樣單元用來采樣輸入串行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿，得到四組數(shù)據(jù)和四組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿，并將所述四組數(shù)據(jù)、四組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿以及上一個采樣周期采樣的最后一組數(shù)據(jù)輸出給鑒相器，當(dāng)所述時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路鎖定時，采樣器將四組數(shù)據(jù)輸出；其中采樣周期的采樣時鐘來自于多相時鐘生成電路所產(chǎn)生的八相時鐘；
[0008]鑒相器為二進制鑒相器，在每一個采樣周期利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿兩側(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，得到每組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿的采樣時鐘相位與該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿之間的關(guān)系，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字鑒相信號輸出給數(shù)字濾波器;所述每組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿的采樣時鐘相位與該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊沿之間的關(guān)系包括領(lǐng)先、落后或同相；
[0009]數(shù)字濾波器在每一個采樣周期對輸入的四組數(shù)字鑒相信號進行濾波處理，產(chǎn)生包含采樣時鐘相位調(diào)節(jié)關(guān)系的六位濾波信號，并輸出給邏輯判決電路;所述采樣時鐘相位調(diào)節(jié)關(guān)系為采樣時鐘相位左移一位、右移一位或不動；
[0010]邏輯判決電路根據(jù)當(dāng)前采樣周期數(shù)字濾波器輸出的濾波信號和前兩個采樣周期的濾波信號判定時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的相位鎖定狀態(tài)，并根據(jù)鎖定狀態(tài)決定當(dāng)前采樣周期輸入編碼器的濾波信號；
[0011]編碼器包含三路冗余的編碼器，每一路編碼器分別對輸入的濾波信號作6-64編碼操作，生成三路數(shù)字控制信號輸出給多數(shù)判決器；
[0012]多數(shù)判決器對三路數(shù)字控制信號進行三取二判決，得到當(dāng)前采樣周期的數(shù)字控制信號輸出給相位插值器；
[0013]相位插值器接收鎖相環(huán)的正交時鐘和多數(shù)判決器輸出的數(shù)字控制信號，以正交時鐘中相鄰的兩相作為邊界，根據(jù)數(shù)字控制信號確定插值的比重，通過插值產(chǎn)生位于相鄰兩相之間的時鐘信號，輸出給多相時鐘生成電路；
[0014]多相時鐘生成電路根據(jù)相位插值器輸入的時鐘信號產(chǎn)生八相時鐘，作為下一個米樣周期的采樣時鐘輸出給采樣器。
[0015]所述邏輯判決電路包括第一緩存、第二緩存、鎖定判決電路以及二選一選擇器；
[0016]鎖定判決電路根據(jù)上一采樣周期得到的鎖定控制信號的值判斷時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路相位是否鎖定，若鎖定，則進行鎖定處理;若沒有鎖定，則接收數(shù)字濾波器、第一緩存以及第二緩存發(fā)送的濾波信號，并根據(jù)接收的濾波信號判斷時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路相位是否鎖定，當(dāng)鎖定時，將選通控制信號置I并輸出給二選一選擇器，將鎖定控制信號置I并輸出給第一緩存，當(dāng)沒有鎖定時，將選通控制信號置O并輸出給二選一選擇器，將鎖定控制信號置O并輸出給第一緩存;所述第一緩存用于存儲第1-Ι個采樣周期的濾波信號，第二緩存用于存儲第1-2個采樣周期的濾波信號，其中i為當(dāng)前采樣周期的編號，i是不為O的自然數(shù)；
[0017]二選一選擇器在當(dāng)前采樣周期接收第二緩存發(fā)送的濾波信號、數(shù)字濾波器發(fā)送的濾波信號以及鎖定判決電路發(fā)送的選通控制信號，當(dāng)選通控制信號為I時，選擇第二緩存發(fā)送的濾波信號輸出給編碼器，當(dāng)選通控制信號為O時，選擇數(shù)字濾波器發(fā)送的濾波信號輸出給編碼器；
[0018]第一緩存在當(dāng)前采樣周期接收鎖定控制信號，當(dāng)鎖定控制信號為O時，第一緩存將存儲的濾波信號輸出給第二緩存，然后接收數(shù)字濾波器發(fā)送的濾波信號并存儲，將存儲的濾波信號發(fā)送給鎖定判決電路;當(dāng)鎖定控制信號為I時，第一緩存不動作；
[0019]第二緩存接收第一緩存發(fā)送的濾波信號并存儲，將存儲的濾波信號發(fā)送給鎖定判決電路和二選一選擇器。
[0020]所述鎖定判決電路判斷時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路相位是否鎖定的實現(xiàn)方式為:
[0021]當(dāng)數(shù)字濾波器和第二緩存的濾波信號相同且均與第一緩存的濾波信號移動方向相反時，判定時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路鎖定，否則判定時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路沒有鎖定。
[0022]所述鎖定判決電路進行鎖定處理的方法為:
[0023]鎖定判決電路對數(shù)字濾波器發(fā)送的濾波信號不作響應(yīng)，也不向編碼器輸出信號，但是如果連續(xù)三個采樣周期數(shù)字濾波器發(fā)送的濾波信號均相同，則鎖定判決電路將鎖定控制信號置O，時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路失去相位鎖定，重新開始相位調(diào)節(jié)，并將選通控制信號置O。
[0024]所述相位插值器每次插值只能在上次插值的基礎(chǔ)上左移或者右移一個單位相移。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0026](I)本發(fā)明通過邏輯判決電路和編碼器的冗余結(jié)構(gòu)，降低了相位鎖定時單粒子效應(yīng)對時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的影響，提高了電路的抗單粒子加固性能和可靠性，最大程度增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，適用于多種速率的抗單粒子加固時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路結(jié)構(gòu)。
[0027](2)本發(fā)明邏輯判決電路根據(jù)當(dāng)前采樣周期數(shù)字濾波器輸出的濾波信號和前兩個采樣周期的濾波信號判定時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的相位鎖定狀態(tài)，能夠有效抑制單粒子效應(yīng)造成的鑒相器鑒相錯誤和濾波器濾波錯誤傳遞至后續(xù)的編碼器電路中，保證了傳輸給編碼器的信號的正確性，通過編碼器的冗余結(jié)構(gòu)抑制單粒子效應(yīng)造成的編碼錯誤，從而有效避免鎖定的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路發(fā)生意外調(diào)節(jié)，極大地降低單粒子效應(yīng)對相位鎖定狀態(tài)的影響，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃栽黾?，提高了電路的可靠性?br>[0028](3)本發(fā)明中的邏輯判決電路為數(shù)字電路，可以采用邏輯綜合的方式實現(xiàn)，降低了電路的設(shè)計難度，便于移植和可重構(gòu)。
[0029](