本实用新型涉及信号处理技术，特别是涉及一种多通道电平转换装置。
背景技术：
目前基于大规模集成电路的计算设备采用传统并联电源架构存在电流过大、能源使用效率低等显著缺点，并且增加了芯片电路设计的要求和生产设计的成本。随着半导体工艺的发展，集成电路(IC)芯片的工作电源电压越来越低，工作电流越来越大，为了最大化电源的转换效率，现有技术在印刷电路板(PCB)上开始采取多个芯片串联的供电方式，即多组芯片采用相互串联的方式，在电源输入端和接地端之间形成多级串联的电压域。这种串联供电架构可以有效地减小电路整体供电电流，提高电源转换效率，并且可以降低电源转换部分电路器件的成本。
现有的串联供电电路将外部电源电压VCC经过DC-DC电源模块转换为电源电压VDD给串联的多个IC芯片供电，从而在串联的各芯片上形成了高低不同的电压域。因此，为保证串联的芯片之间能正常通信，需要在相互通信的芯片之间进行信号的电平转换。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型一方面提出一种多通道电平转换装置，包括：
至少一个升压转换单元，所述升压转换单元用于基于加法器对输入信号电压进行升压转换，从而获得升压转换后的输出电压；
至少一个降压转换单元，所述降压转换单元用于基于减法器对输入信号电压进行降压转换，从而获得降压转换后的输出电压；
所述升压转换后的输出电压的升压幅度和降压转换后的输出电压的降压幅度为参考电压值。
在一些实施方式中，所述升压转换单元包括基于运算放大器实现的加法器，其中运算放大器的同向输入端并联连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的另一端分别连接输入信号电压和参考电压；输出电压通过并联的第三电阻(R3)和第一电容(C1)连接反向输入端，第三电阻(R3)连接反向输入端的一端同时通过第四电阻(R4)接地。
在一些实施方式中，所述降压转换单元包括基于运算放大器实现的减法器，其中运算放大器的同向输入端并联连接第五电阻(R5)和第六电阻(R6)，第五电阻(R5)另一端连接输入信号电压，第六电阻(R6)的另一端接地；输出电压通过并联的第七电阻(R7)和第二电容(C2)连接反向输入端，第七电阻(R7)连接反向输入端的一端同时通过第八电阻(R8)连接到参考电压。
在一些实施方式中，所述多通道电平转换装置基于多路运算放大器实现。
在一些实施方式中，所述升压转换单元用于实现计算设备之间通信信号从低到高的电平转换。
在一些实施方式中，所述降压转换单元用于实现计算设备之间通信信号从高到低的电平转换。
本实用新型另一方面提出一种串联供电电路，包括：在供电端和地之间串联连接的多个待供电芯片，其中两两相邻的待供电芯片之间分别串联连接前述任一实施例所述的多通道电平转换装置。
本实用新型实施例基于加法器和减法器电路实现了多通道的信号电平转换，可以适配计算设备之间多通道信号的电平转换需求，具有较好的信号电平转换效能，并且具有良好的可扩展性。
附图说明
图1是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置的结构示意图；
图2是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置中升压转换单元的电路示意图；
图3是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置中降压转换单元的电路示意图；
图4是根据本实用新型另一实施例的多通道电平转换装置的电路示意图；
图5是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置在串联供电电路中的应用示例图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
图1是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例的多通道电平转换装置100包括至少一个升压转换单元10和至少一个降压转换单元20。
所述升压转换单元10采用加法器实现，其基于输入信号电压Vin和参考电压Vref输出升压后的信号电压Vout，从而实现两个计算设备之间通信信号从低到高的电平转换。
所述降压转换单元20采用减法器实现，其基于输入信号电压Vin和参考电压Vref输出降压后的信号电压Vout，从而实现两个计算设备之间通信信号从高到低的电平转换。
本实用新型实施例中，升压转换单元10和降压转换单元20的数量可以根据计算设备之间通信信号的数量和方向进行多通道配置。
图2是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置中升压转换单元的电路示意图。如图2所示，升压转换单元10的核心是基于运算放大器实现的加法器，其中运算放大器的同向输入端并联连接一对电阻R1和R2，电阻R1和R2的另一端分别连接输入信号电压Vin和参考电压Vref；输出电压Vout端通过并联的电阻R3和电容C1连接反向输入端，电阻R3连接反向输入端的一端同时通过电阻R4接地。
本实施例中，电阻R1-R4均取值10K欧姆，电容C1容量为1pF，根据加法器原理，输出电压Vout＝Vin+Vref，从而根据设置的参考电压Vref可以实现计算设备之间通信信号的电平从低到高的转换。
图3是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置中降压转换单元的电路示意图。如图3所示，降压转换单元20的核心是基于运算放大器实现的减法器，其中运算放大器的同向输入端并联连接一对电阻R5和R6，电阻R5另一端连接输入信号电压Vin，电阻R6的另一端接地；输出电压Vout端通过并联的电阻R7和电容C2连接反向输入端，电阻R7连接反向输入端的一端同时通过电阻R8连接到参考电压Vref。
本实施例中，电阻R5-R8均取值10K欧姆，电容C2容量为1pF，根据减法器原理，输出电压Vout＝Vin-Vref，从而根据设置的参考电压Vref可以实现计算设备之间通信信号的电平从高到低的转换。
图4是根据本实用新型另一实施例的多通道电平转换装置的电路示意图。如图4所示，该多通道电平转换装置100可以采用多路运算放大器实现，其中端口1IN+、1IN-、1OUT对应的是第一通道的同向输入端、反向输入端和输出端，端口2IN+、2IN-、2OUT对应的是第二通道的同向输入端、反向输入端和输出端，端口3IN+、3IN-、3OUT对应的是第三通道的同向输入端、反向输入端和输出端，端口4IN+、4IN-、4OUT对应的是第四通道的同向输入端、反向输入端和输出端，第一至第三通道的同向输入端、反向输入端和输出端按照基于加法器的升压转换单元10进行配置，第四通道的同向输入端、反向输入端和输出端按照基于减法器的降压转换单元20进行配置。
本实施例可以同时实现对四路通信信号的电平转换，其中第一至第三通道实现信号从低到高的电平转换，第四通道实现信号从高到低的电平转换。本实施例仅示意性地以多通道电平转换装置包括四个通道进行描述，实际应用中，多通道电平转换装置的信号通道的数量可以根据计算设备之间通信信号的数量和方向进行多通道配置。例如，当计算设备之间存在两路从高到低方向的信号通信以及两路从低到高方向的信号通信时，所述多通道电平转换装置可以实现为两组升压转换单元10和两组降压转换单元20，即第一和第二通道可以实现为加法器，第三和第四通道可以实现为减法器，依次类推。
图5是根据本实用新型一实施例的多通道电平转换装置在串联供电电路中的应用示例图。如图5所示，该串联供电电路包括对6个待供电芯片进行串联供电，当供电电压为9.6V时，那么在串联的待供电芯片上依次形成了9.6V、8V、6.4V、4.8V、3.2V、1.6V的电压域。在相邻的待供电芯片之间分别连接本实用新型一实施例的多通道电平转换装置。图中仅示意性地呈现了所述多通道电平转换装置包括一升压转换单元和一降压转换单元，实际应用中，可以根据相邻芯片之间通信信号的数量和方向进行升压转换单元和降压转换单元的数量配置。
本应用示例中，将升压转换单元和降压转换单元的参考电压设置为1.6V，升压转换单元可以依次将相邻通信芯片之间的信号电平由1.6V升压转换为3.2V，由3.2V升压转换为4.8V，依次类推，直至将8V升压转换为9.6V，从而实现各级芯片之间从低到高方向的信号通信。同理，降压转换单元可以依次将相邻通信芯片之间的信号电平由9.6V降压转换为8V，由8V降压转换为6.4V，依次类推，直至将3.2V降压转换为1.6V，从而实现各级芯片之间从高到低方向的信号通信。
通过实验测试，本实用新型提出的多通道电平转换装置性能指标能够满足压摆率大于140V/us，带宽大于70MHZ，实现轨到轨输入输出。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。