[发明专利]全摆幅电压转换电路及应用其的运算单元、芯片、算力板和计算设备

说明书

本发明提供一种全摆幅电压转换电路及应用其的运算单元、芯片、算力板和计算设备。全摆幅电压转换电路包括输入端，用于第一电平信号的输入；输出端，用于第二电平信号的输出；差分输入单元，用于反相所述输入端的第一电平信号，并输出差分输入信号；转换单元，用于将所述差分输入信号的第一电平转换成第二电平信号；输出驱动单元，用于将所述第二电平信号输出至所述输出端；其特征在于，还包括设置在所述输入端与所述转换单元之间的辅助下拉单元，所述辅助下拉单元接收所述输出驱动单元的反馈信号，以提高所述转换单元识别所述差分输入信号的能力，从而使得本发明的全摆幅电压转换电路能够实现从输入低电压到输出高电压的转换。

技术领域

本发明涉及一种电压转换器(LVL，Level-Shifter)，特别涉及一种在计算设备中应用的全摆幅电压转换电路(Full Swing Level-Shifter)及应用其的运算单元、芯片、算力板和计算设备。

背景技术

多电压域(Multi-supply voltage domain)供电技术越来越广泛的应用于片上芯片系统(System-on-chip，SoC)及多处理器计算结构中。在应用了多电压域技术的芯片中，该芯片通常含有多个独立的电压域或电压岛，并且每个电压域下的模块根据其时序的要求工作在恰当的电源电压下。通常，对于时序比较关键的模块，它通常工作在高的电源电压下(VDDH)下，以满足芯片对速度性能的要求；而对于非关键的电路模块，它则工作在低的电源电压(VDDL)甚至亚阈值电源电压下，以降低芯片的功耗消耗和能量消耗。

电压转换器是多电压系统中一个必不可少的电路，它为各个不同的电压域提供不同的电源供应，保证信号在各个电压域之间的传输。正常情况下，信号从高压域转换到低压域，普通的缓冲器(buffer)便可实现。但是，如果信号是从低压域转换到高压域，尤其是从亚阈值电压域转换到高压域，则需要更为复杂的电路。

CN104506183A公开了一种电压转换器，如图1所示，它由一对交叉耦合的PMOS管，一对下拉NMOS管及提供差分输入的低压反相器构成。当输入IN从“0”跳变到VDDL时，M1管将节点OUTB电压下拉至“0”，再通过交叉耦合的PMOS对将输出OUT预充为高电平VDDH。由于低电压区工作的NMOS管提供的下拉电流，比高电压区工作的PMOS提供的上拉电流小几个数量级，导致上拉网络与下拉网络的竞争异常激烈，从而使得传统的电压转换器无法实现低阈值信号的转换，并且存在功率泄漏比较大、输入电压范围窄以及从低电压到高电压转换的延迟时间较长的问题。