[發(fā)明專利]串聯(lián)供電電路、方法及計算設(shè)備

在審

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• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107947566A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常鑫;陳文杰;詹克團
• 申請（專利權(quán)）人: 北京比特大陸科技有限公司
• 主分類號: H02M3/04
• 分類號: H02M3/04;G06F1/26
• 代理公司: 北京智信四方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11519
• 代理人: 劉真

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路芯片的電源供電技術(shù)，特別是涉及一種串聯(lián)供電電路、方法及計算設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著云計算和服務(wù)器級別的大規(guī)模計算持續(xù)快速發(fā)展，以及全球?qū)Νh(huán)境保護和節(jié)能意識的提升，能源使用效率變成了在硬件計算體系里一個非常重要的指標。

目前基于大規(guī)模集成電路的計算設(shè)備采用傳統(tǒng)并聯(lián)電源架構(gòu)存在電流過大、能源使用效率低等顯著缺點，并且增加了芯片電路設(shè)計的要求和生產(chǎn)設(shè)計的成本。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，集成電路(IC)芯片的工作電源電壓越來越低，工作電流越來越大，為了最大化電源的轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)有技術(shù)在印刷電路板(PCB)上開始采取芯片串聯(lián)的供電方式，即多組芯片采用相互串聯(lián)的方式，在電源輸入端和接地端之間形成多級串聯(lián)的電壓域。這種串聯(lián)供電架構(gòu)可以有效地減小電路整體供電電流，提高電源轉(zhuǎn)換效率，并且可以降低電源轉(zhuǎn)換部分電路器件的成本。

但是，現(xiàn)有的IC芯片使用這種串聯(lián)供電架構(gòu)還存在一些問題。一方面，現(xiàn)有的串聯(lián)供電電路將外部電源電壓VCC經(jīng)過DC-DC電源模塊轉(zhuǎn)換為輸出電壓VDD給串聯(lián)的IC芯片供電，但是每個芯片的內(nèi)阻并不是完全一致的，每個芯片的內(nèi)阻不同會導(dǎo)致供給每個芯片的工作電壓不一致，因此，為保證所有芯片都能正常工作，往往需要調(diào)高輸出電壓VDD來保證串聯(lián)的所有芯片的工作電壓都能達到正常工作電壓，當(dāng)串聯(lián)的芯片數(shù)量越多，加在每個芯片兩端的電壓一致性就越差，為保證所有芯片都能正常工作所需要的輸出電壓VDD就越高，這會造成了供電電路的整體功耗變大，降低了電源轉(zhuǎn)換效率。另一方面，IC芯片不僅僅需要對運算單元和/或存儲單元進行供電，還需要對I/O部件、PLL鎖相回路等其他功能部件進行供電，這些部件所需要的工作電壓往往不同，對這些部件進行額外的電源供電會增加供電電路的線路布線和器件成本，也會降低電路整體的電源轉(zhuǎn)換效率。

因此，有必要設(shè)計一種新的優(yōu)化的串聯(lián)供電方案，來減少對串聯(lián)的集成電路芯片整體的供電電流，提升電源轉(zhuǎn)換效率，簡化電路布線，降低電路器件成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種串聯(lián)供電電路、方法及計算設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種串聯(lián)供電電路，包括：

至少兩組串聯(lián)連接的芯片組，每個芯片組均包括m個串聯(lián)的待供電芯片，每個待供電芯片具有主工作電壓輸入端、輔助工作電壓輸入端和接地端，所述至少兩組串聯(lián)連接的芯片組在DC-DC電源輸出端和地之間進行串聯(lián)供電，DC-DC電源輸入端連接外部供電端，DC-DC電源輸出端連接最高級待供電芯片的主工作電壓輸入端，每一級待供電芯片的接地端與下一級待供電芯片的主工作電壓輸入端相連，從而經(jīng)由主工作電壓輸入端為每一級待供電芯片分別提供主工作電壓；

與每一級待供電芯片對應(yīng)設(shè)置的輔助電源單元，每一級輔助電源單元的接地端分別連接至同級的待供電芯片的接地端，每一級輔助電源單元的輸出端連接至同級的待供電芯片的輔助工作電壓輸入端，其中至少一級輔助電源單元的輸入端連接至外部供電端進行供電，其余各級輔助電源單元的輸入端依次連接至從最高級待供電芯片往下的相應(yīng)級數(shù)的待供電芯片的主工作電壓輸入端，從而經(jīng)由輔助工作電壓輸入端為所連接的待供電芯片提供輔助工作電壓。

在一些實施方式中，在DC-DC電源輸出端和地之間連接有電壓鉗制電路，所述電壓鉗制電路包括至少一個電壓輸出端，所述電壓輸出端分別連接至相鄰芯片組之間的主工作電壓輸入端，為所述相鄰芯片組之間的主工作電壓輸入端提供相應(yīng)的固定電壓；其中m為大于或等于1的整數(shù)。

在一些實施方式中，所述串聯(lián)供電電路還包括升壓電路，所述升壓電路的輸入端連接至外部供電端，輸出端連接至與所述最高級待供電芯片對應(yīng)的輔助電源單元的輸入端。

在一些實施方式中，所述每個待供電芯片的輔助工作電壓輸入端包括I/O電壓輸入端和PLL電壓輸入端，每一級輔助電源單元分別包括I/O電源單元和PLL電源單元，所述I/O電源單元的輸出端連接至同級的待供電芯片的I/O電壓輸入端，所述PLL電源單元的輸出端連接至同級的待供電芯片的PLL電壓輸入端；所述I/O電源單元和PLL電源單元的接地端分別連接至同級的待供電芯片的接地端，其中至少一級I/O電源單元和PLL電源單元的輸入端連接至外部供電端進行供電，其余各級I/O電源單元和PLL電源單元的輸入端依次連接至從最高級待供電芯片往下的相應(yīng)級數(shù)的待供電芯片的主工作電壓輸入端，從而分別經(jīng)由I/O電壓輸入端和PLL電壓輸入端為所連接的待供電芯片提供I/O電壓和PLL電壓。