[實用新型]電壓轉換電路及數據運算單元、芯片、算力板和計算設備

有效

• 申請號: 201821544959.1
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN208985029U
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉杰堯;張楠賡;吳敬杰;馬晟厚
• 申請（專利權）人: 北京嘉楠捷思信息技術有限公司
• 主分類號: G05F1/575
• 分類號: G05F1/575
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

本實用新型提供一種電壓轉換電路及數據運算單元、芯片、算力板和計算設備。電壓轉換電路包括輸入端，用于第一電平信號的輸入；輸出端，用于第二電平信號的輸出；差分輸入單元，用于反相所述輸入端的第一電平信號，并輸出差分輸入信號；轉換單元，用于將所述差分輸入信號的第一電平轉換成第二電平信號；輸出驅動單元，用于將所述第二電平信號輸出至所述輸出端；其特征在于，還包括設置在所述輸入端與所述轉換單元之間的輔助下拉單元，所述輔助下拉單元接收所述輸出驅動單元的反饋信號，以提高所述轉換單元識別所述差分輸入信號的能力，從而使得本實用新型的電壓轉換電路能夠實現從輸入低電壓到輸出高電壓的轉換。

技術領域

本實用新型涉及一種電壓轉換器(LVL，Level-Shifter)，特別涉及一種在計算設備中應用的全擺幅電壓轉換電路(Full Swing Level-Shifter)及應用其的運算單元、芯片、算力板和計算設備。

背景技術

多電壓域(Multi-supply voltage domain)供電技術越來越廣泛的應用于片上芯片系統(System-on-chip，SoC)及多處理器計算結構中。在應用了多電壓域技術的芯片中，該芯片通常含有多個獨立的電壓域或電壓島，并且每個電壓域下的模塊根據其時序的要求工作在恰當的電源電壓下。通常，對于時序比較關鍵的模塊，它通常工作在高的電源電壓下(VDDH)下，以滿足芯片對速度性能的要求；而對于非關鍵的電路模塊，它則工作在低的電源電壓(VDDL)甚至亞閾值電源電壓下，以降低芯片的功耗消耗和能量消耗。

電壓轉換器是多電壓系統中一個必不可少的電路，它為各個不同的電壓域提供不同的電源供應，保證信號在各個電壓域之間的傳輸。正常情況下，信號從高壓域轉換到低壓域，普通的緩沖器(buffer)便可實現。但是，如果信號是從低壓域轉換到高壓域，尤其是從亞閾值電壓域轉換到高壓域，則需要更為復雜的電路。

CN104506183A公開了一種電壓轉換器，如圖1所示，它由一對交叉耦合的PMOS管，一對下拉NMOS管及提供差分輸入的低壓反相器構成。當輸入 IN從“0”跳變到VDDL時，M1管將節點OUTB電壓下拉至“0”，再通過交叉耦合的PMOS對將輸出OUT預充為高電平VDDH。由于低電壓區工作的 NMOS管提供的下拉電流，比高電壓區工作的PMOS提供的上拉電流小幾個數量級，導致上拉網絡與下拉網絡的竟爭異常激烈，從而使得傳統的電壓轉換器無法實現低閾值信號的轉換，并且存在功率泄漏比較大、輸入電壓范圍窄以及從低電壓到高電壓轉換的延遲時間較長的問題。