CN111521926A

CN111521926A - 一种大数据cpu测量系统

Info

Publication number: CN111521926A
Application number: CN202010299198.3A
Authority: CN
Inventors: 陈荣平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2020-08-11

Abstract

本发明的一种大数据CPU测量系统，所述功耗补偿电路对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号和大数据供电线路温度信号分别经第一采样保持器、第二采样保持器接入，经吸收干扰尖峰脉冲后，进入差动放大器输出温度补偿后的功耗信号，进入异常值处理电路，采用双向限幅的放大器进行放大，经采样开关K3、整流、滤波后输出，限幅的异常高值由基准信号产生电路提供，限幅的异常低值由上一采样周期输出的信号提供，吸收干扰尖峰脉冲结合双向限幅的放大，降低了干扰信号的影响，提高了测量精度，所述基准信号产生电路通过模拟乘法器对实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘，得出功耗参考信号，再经三极管Q1缓冲后输出。

Description

一种大数据CPU测量系统

技术领域

本发明涉及大数据CPU测量技术领域，特别是涉及一种大数据CPU测量系统。

背景技术

大数据CPU在高性能计算领域得到了广泛的应用，如云计算服务器、天河一号超级计算机等，多个大数据CPU构成了高性能的大数据CPU集群，大数据CPU计算资源密度较大，对能耗的要求也比较高，通常采用电流传感器检测单个大数据CPU供电线路的电流，再与供电电压(12V)相乘计算出单个大数据CPU的瞬时功耗，数据经处理后无线传输至汇聚节点，汇聚节点再通过USB接口转发至上位机，进行大数据CPU功耗的实时监控，但由于供电线路本身也有功耗且受到干扰信号(例如大数据CPU本身运行时的电磁干扰、运行时负荷突然加重或减轻的正向或反向尖峰脉冲、外界干扰信号的耦合等)的影响，会使得出的功耗数据不够准确。

发明内容

基于此，有必要提供功耗测量准确的一种大数据CPU测量系统。

其解决的技术方案是，包括功耗补偿电路、异常值处理电路、基准信号产生电路，其特征在于，所述功耗补偿电路对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号和大数据供电线路温度信号分别经第一采样保持器、第二采样保持器接入，经吸收干扰尖峰脉冲后，进入差动放大器输出温度补偿后的功耗信号，进入异常值处理电路，采用双向限幅的放大器进行放大，经采样开关K3、整流、滤波后输出，限幅的异常高值由基准信号产生电路提供，限幅的异常低值由上一采样周期输出的信号提供，所述基准信号产生电路通过模拟乘法器对实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘，得出功耗参考信号，再经三极管Q1缓冲后输出。

优选地，所述功耗补偿电路包括电阻R1、电阻R3，电阻R1的一端接收测量的瞬时功耗，电阻R1的另一端分别连接开关K1的左端、电阻R2的一端，开关K1的右端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电容C1的一端，运算放大器AR1的输出端分别连接电容C1的另一端、电阻R2的另一端、电解电容E1的正极、二极管D3的正极，二极管D3的负极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接运算放大器AR3的同相输入端、电阻R7的一端，电阻R3的另一端分别连接开关K2的左端、电阻R4的一端，开关K2的右端分别连接运算放大器AR2的同相输入端、电容C2的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电容C2的另一端、电阻R4的另一端、电解电容E2的负极、二极管D7的负极，二极管D7的正极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接运算放大器AR3的反相输入端，电解电容E2的正极连接电解电容E1的负极、二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极、三极管Q2的集电极、电阻R5的一端、接地电容C8的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接变压器T1的初级一端，变压器T1的初级另一端连接地，变压器T1的次级一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R10的一端，变压器T1的次级另一端分别连接电阻R10的另一端、稳压管Z2的负极，稳压管Z2的正极分别连接三极管Q2的发射极、二极管D2的正极、电容C4的一端，电容C4的另一端、电容C7的另一端连接大地，电容C7的一端连接地，运算放大器AR3的输出端和电阻R7的另一端为功耗补偿电路的输出信号。

本发明的有益效果是：对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号和大数据供电线路温度信号分别经第一采样保持器、第二采样保持器接入，进入差动放大器输出温度补偿后的功耗信号，补偿供电线路本身也有功耗；

对功耗信号和温度信号滤波后负向信号，当杂波、干扰尖峰脉冲干扰大时，二极管D1导通，经电容C8进一步滤波，并经电阻R5、电容C3组成的网络吸收干扰尖峰脉冲后，变压器T1的初级泄放到地，同时变压器T1的次级感应出干扰的大小，干扰大时，大信号一路加到三极管Q2的基极，触发三极管Q2导通，干扰信号经导通的三极管Q2的CE极、电容C4释放到大地，另一路经稳压管Z2、电容C4组成的释放回路释放，使三极管Q2延时停止工作，避免干扰小或无干扰时，不必要的释放干扰到大地，同时采用双向限幅的放大器对温度补偿后的功耗信号进行放大，使输入信号超过限幅的异常高值时，二极管D4导通、不再放大，而是以实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘得出功耗参考信号输出，使输入信号低于限幅的异常低值时，二极管D5导通、不再放大，而是以上一采样周期，也即采样开关K3闭合时输出的信号再反馈回来的信号输出，降低了干扰信号的影响，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明的功耗补偿电路原理图。

图2本发明的异常值处理电路原理图。

图3为本发明的基准信号产生电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种大数据CPU测量系统，包括功耗补偿电路、异常值处理电路、基准信号产生电路，所述功耗补偿电路对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号经电阻R1、电阻R2、电容C1、开关K1、运算放大器AR1组成的第一采样保持器保持后向后传输，实现瞬时功耗信号即使消失，依旧能正常向后传输，对检测的大数据供电线路温度信号经电阻R3、电阻R4、电容C2、开关K2、运算放大器AR2组成的第二采样保持器保持后向后传输，经采样保持后信号分别经电解电容E1、E2滤波，滤波后负向信号也即电解电容E1的负极信号和电解电容E2的正极信号，杂波、干扰尖峰脉冲干扰大时，二极管D1导通，经电容C8进一步滤波，并经电阻R5、电容C3组成的网络吸收干扰尖峰脉冲后，变压器T1的初级泄放到地，同时变压器T1的次级感应出干扰的大小，干扰大时，大信号一路加到三极管Q2的基极，触发三极管Q2导通，干扰信号经导通的三极管Q2的CE极、电容C4释放到大地，另一路经稳压管Z2、电容C4组成的释放回路释放，使三极管Q2延时停止工作，避免干扰小或无干扰时，不必要的释放干扰到大地，经电解电容E1、E2滤波后信号分别经二极管D3、二极管D7单向导电，再通过电阻R6、电阻R8加到运算放大器AR1的同相输入端、反相输入端，电阻R6-电阻R8、运算放大器AR1实质构成差动放大器，运算放大器AR1的输出端信号为两输入端信号之差，得出温度补偿后的功耗信号，进入异常值处理电路，采用运算放大器AR4、电阻R11-电阻R16、二极管D4、二极管D5组成的双向限幅放大器进行放大，使输入信号超过限幅的异常高值时，二极管D4导通、不再放大，而是以基准信号产生电路提供的信号输出，使输入信号低于限幅的异常低值时，二极管D5导通、不再放大，而是以上一采样周期，也即采样开关K3闭合时输出的信号再反馈回来的信号输出，双向限幅放大后信号在开关K3采样周期到来时，经二极管D7和D7整流、电感H1和电容C6滤波后输出，经无线传输至汇聚节点，以此提高信号测量的准确度，所述基准信号产生电路通过模拟乘法器对实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘，得出功耗参考信号，再经三极管Q1缓冲后输出到异常值处理电路，作双向限幅放大器限制异常高值的基准。

在上述方案的基础上，所述功耗补偿电路对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号(可由电流传感器检测单个大数据CPU供电线路的电流，再与供电电压相乘得出，此为现有技术，在此不再详述)经电阻R1、电阻R2、电容C1、开关K1、运算放大器AR1组成的第一采样保持器保持后向后传输，实现瞬时功耗信号即使消失，依旧能正常向后传输，其中开关K1为受采样脉冲控制的开关，采样脉冲到来时，开关K1闭合，运算放大器AR1工作于同相放大状态，增益为1，电容C1与电阻R1和电阻R2的值决定保持的时长，对检测的大数据供电线路温度信号(可由热敏电阻检测单个大数据CPU供电线路温度所得，此为现有技术，在此不再详述)经电阻R3、电阻R4、电容C2、开关K2、运算放大器AR2组成的第二采样保持器保持后向后传输，具体的工作原理同第一采样保持器，开关K2与开关K1为同时受一采样脉冲控制的开关，运算放大器AR2工作于反相放大状态，增益为1，经采样保持后信号分别经电解电容E1、E2滤波，滤波后负向信号也即电解电容E1的负极信号和电解电容E2的正极信号，杂波、干扰尖峰脉冲干扰大时，二极管D1导通，经电容C8进一步滤波，并经电阻R5(可为热敏电阻)、电容C3组成的网络吸收干扰尖峰脉冲后，变压器T1的初级泄放到地，同时变压器T1的次级感应出干扰的大小，干扰大时，大信号一路加到三极管Q2的基极，触发三极管Q2导通，干扰信号经导通的三极管Q2的CE极、电容C4释放到大地，另一路经稳压管Z2、电容C4组成的释放回路释放，使三极管Q2延时停止工作，避免干扰小或无干扰时，不必要的释放干扰到大地，经电解电容E1、E2滤波后信号分别经二极管D3、二极管D7单向导电，再通过电阻R6、电阻R8加到运算放大器AR1的同相输入端、反相输入端，电阻R6-电阻R8、运算放大器AR1实质构成差动放大器，运算放大器AR1的输出端信号为两输入端信号之差的R7/R6倍，在此设置R7/R6/R8的比值为1：1：1，运算放大器AR1的输出端信号为两输入端信号之差，得出温度补偿后的功耗信号，包括电阻R1、电阻R3，电阻R1的一端接收测量的瞬时功耗，电阻R1的另一端分别连接开关K1的左端、电阻R2的一端，开关K1的右端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电容C1的一端，运算放大器AR1的输出端分别连接电容C1的另一端、电阻R2的另一端、电解电容E1的正极、二极管D3的正极，二极管D3的负极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接运算放大器AR3的同相输入端、电阻R7的一端，电阻R3的另一端分别连接开关K2的左端、电阻R4的一端，开关K2的右端分别连接运算放大器AR2的同相输入端、电容C2的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电容C2的另一端、电阻R4的另一端、电解电容E2的负极、二极管D7的负极，二极管D7的正极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接运算放大器AR3的反相输入端，电解电容E2的正极连接电解电容E1的负极、二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极、三极管Q2的集电极、电阻R5的一端、接地电容C8的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接变压器T1的初级一端，变压器T1的初级另一端连接地，变压器T1的次级一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R10的一端，变压器T1的次级另一端分别连接电阻R10的另一端、稳压管Z2的负极，稳压管Z2的正极分别连接三极管Q2的发射极、二极管D2的正极、电容C4的一端，电容C4的另一端、电容C7的另一端连接大地，电容C7的一端连接地，运算放大器AR3的输出端和电阻R7的另一端为功耗补偿电路的输出信号。

在上述方案的基础上，所述异常值处理电路采用运算放大器AR4、电阻R11-电阻R16、二极管D4、二极管D5组成的双向限幅放大器进行放大，使输入信号超过限幅的异常高值时，不再放大而是以基准信号产生电路提供的信号输出，使输入信号低于限幅的异常低值时，不再放大而是以上一采样周期，也即采样开关K3闭合时输出的信号再反馈回来的信号输出，详细过程为：稳压管Z1、电容C5、电阻R21、三极管Q3组成低压触发电路在输入信号低于+3V(也即正常待机时，功耗对应的电压时)时导通，进而触发晶闸管VTL1导通，晶闸管VTL1阳极连接的上一采样周期开关K3闭合时输出的信号经晶闸管VTL1的阴极、电阻R14接到二极管D5的正极，提供低限幅信号，双向限幅放大后信号在开关K3采样周期到来时，经二极管D7和D7整流、电感H1和电容C6滤波后输出，经无线传输至汇聚节点，以此提高信号测量的准确度，包括电阻R11、稳压管Z1，电阻R11的一端和稳压管Z1的负极均连接运算放大器AR3的输出端，电阻R11的另一端分别连接运算放大器AR4的反相输入端、电阻R13的一端、、二极管D4的正极、二极管D5的负极，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R12连接地，二极管D5的正极分别连接电阻R14的一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接电阻R13的另一端、运算放大器AR4的输出端、电阻R16的一端、开关K3的左端，电阻R16的另一端连接二极管D4的负极，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R12连接地，稳压管Z1的正极分别连接三极管Q3的基极、接地电容C5的一端、接地电阻R21的一端，三极管Q3的发射极接电源+3V，三极管Q3的集电极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阴极连接电阻R14的另一端，晶闸管VTL1的阳极分别连接开关K3的右端、二极管D6的正极，二极管D6的负极分别连接二极管D7的负极、电感H1的左端，电感H1的右端和电容C6的上端为异常值处理电路的输出信号；

在上述方案的基础上，所述基准信号产生电路通过模拟乘法器IC1对实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘，得出功耗参考信号，再经三极管Q1、电阻R18-电阻R20组成的同向放大器缓冲后输出到异常值处理电路，作双向限幅放大器限制异常高值的基准，包括模拟乘法器IC1，模拟乘法器IC1的引脚6连接实时检测的CPU负荷信号，模拟乘法器IC1的引脚1连接CPU满负荷时功耗信号，模拟乘法器IC1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10连接地，模拟乘法器IC1的引脚2连接电源+15V，模拟乘法器IC1的引脚5连接电源-15V，模拟乘法器IC1的引脚3连接电位器RP1的可调端，模拟乘法器IC1的引脚4分别连接电位器RP1的上端、电阻R18的一端，电位器RP1的下端连接地，电阻R18的另一端分别连接接地电阻R19的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极和电阻R20的一端为基准信号产生电路的出处信号，电阻R20的另一端连接电源+15V。

本发明具体使用时，功耗补偿电路对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号经第一采样保持器保持后向后传输，实现瞬时功耗信号即使消失，依旧能正常向后传输，对检测的大数据供电线路温度信号经第二采样保持器保持后向后传输，经采样保持后信号分别经电解电容E1、E2滤波，滤波后负向信号也即电解电容E1的负极信号和电解电容E2的正极信号，杂波、干扰尖峰脉冲干扰大时，二极管D1导通，经电容C8进一步滤波，并经电阻R5、电容C3组成的网络吸收干扰尖峰脉冲后，变压器T1的初级泄放到地，同时变压器T1的次级感应出干扰的大小，干扰大时，大信号一路经导通的三极管Q2的CE极、电容C4释放到大地，另一路经稳压管Z2、电容C4组成的释放回路释放，使三极管Q2延时停止工作，避免干扰小或无干扰时，不必要的释放干扰到大地，经电解电容E1、E2滤波后信号分别经二极管D3、二极管D7单向导电，再通过电阻R6、电阻R8加到运算放大器AR1的同相输入端、反相输入端，电阻R6-电阻R8、运算放大器AR1实质构成差动放大器，运算放大器AR1的输出端信号为两输入端信号之差的R7/R6倍，在此设置R7/R6/R8的比值为1：1：1，运算放大器AR1的输出端信号为两输入端信号之差，得出温度补偿后的功耗信号，之后进入异常值处理电路，采用运算放大器AR4、电阻R11-电阻R16、二极管D4、二极管D5组成的双向限幅放大器对输入的功耗信号进行放大，使输入信号超过限幅的异常高值时，不再放大而是以基准信号产生电路提供的信号输出，使输入信号低于限幅的异常低值时，不再放大而是以上一采样周期，也即采样开关K3闭合时输出的信号再反馈回来的信号输出，双向限幅放大后信号在开关K3采样周期到来时，经二极管D7和D7整流、电感H1和电容C6滤波后输出，经无线传输至汇聚节点，以此提高信号测量的准确度，其中基准信号产生电路通过模拟乘法器IC1对实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘，得出功耗参考信号，再同向放大器缓冲后输出作双向限幅放大器限制异常高值的基准。

Claims

1.一种大数据CPU测量系统，包括功耗补偿电路、异常值处理电路、基准信号产生电路，其特征在于，所述功耗补偿电路对检测的大数据CPU运行瞬时功耗信号和大数据供电线路温度信号分别经第一采样保持器、第二采样保持器接入，经吸收干扰尖峰脉冲后，进入差动放大器输出温度补偿后的功耗信号，进入异常值处理电路，采用双向限幅的放大器进行放大，经采样开关K3、整流、滤波后输出，限幅的异常高值由基准信号产生电路提供，限幅的异常低值由上一采样周期输出的信号提供，所述基准信号产生电路通过模拟乘法器对实时检测的CPU占用率信号与CPU满负荷时功耗信号相乘，得出功耗参考信号，再经三极管Q1缓冲后输出。

2.如权利要求1所述的一种大数据CPU测量系统，其特征在于，所述功耗补偿电路包括电阻R1、电阻R3，电阻R1的一端接收测量的瞬时功耗，电阻R1的另一端分别连接开关K1的左端、电阻R2的一端，开关K1的右端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电容C1的一端，运算放大器AR1的输出端分别连接电容C1的另一端、电阻R2的另一端、电解电容E1的正极、二极管D3的正极，二极管D3的负极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接运算放大器AR3的同相输入端、电阻R7的一端，电阻R3的另一端分别连接开关K2的左端、电阻R4的一端，开关K2的右端分别连接运算放大器AR2的同相输入端、电容C2的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电容C2的另一端、电阻R4的另一端、电解电容E2的负极、二极管D7的负极，二极管D7的正极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接运算放大器AR3的反相输入端，电解电容E2的正极连接电解电容E1的负极、二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极、三极管Q2的集电极、电阻R5的一端、接地电容C8的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接变压器T1的初级一端，变压器T1的初级另一端连接地，变压器T1的次级一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R10的一端，变压器T1的次级另一端分别连接电阻R10的另一端、稳压管Z2的负极，稳压管Z2的正极分别连接三极管Q2的发射极、二极管D2的正极、电容C4的一端，电容C4的另一端、电容C7的另一端连接大地，电容C7的一端连接地，运算放大器AR3的输出端和电阻R7的另一端为功耗补偿电路的输出信号。

3.如权利要求1所述的一种大数据CPU测量系统，其特征在于，所述异常值处理电路包括电阻R11、稳压管Z1，电阻R11的一端和稳压管Z1的负极均连接运算放大器AR3的输出端，电阻R11的另一端分别连接运算放大器AR4的反相输入端、电阻R13的一端、、二极管D4的正极、二极管D5的负极，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R12连接地，二极管D5的正极分别连接电阻R14的一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接电阻R13的另一端、运算放大器AR4的输出端、电阻R16的一端、开关K3的左端，电阻R16的另一端连接二极管D4的负极，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R12连接地，稳压管Z1的正极分别连接三极管Q3的基极、接地电容C5的一端、接地电阻R21的一端，三极管Q3的发射极接电源+3V，三极管Q3的集电极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阴极连接电阻R14的另一端，晶闸管VTL1的阳极分别连接开关K3的右端、二极管D6的正极，二极管D6的负极分别连接二极管D7的负极、电感H1的左端，电感H1的右端和电容C6的上端为异常值处理电路的输出信号；

所述基准信号产生电路包括模拟乘法器IC1，模拟乘法器IC1的引脚6连接实时检测的CPU负荷信号，模拟乘法器IC1的引脚1连接CPU满负荷时功耗信号，模拟乘法器IC1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10连接地，模拟乘法器IC1的引脚2连接电源+15V，模拟乘法器IC1的引脚5连接电源-15V，模拟乘法器IC1的引脚3连接电位器RP1的可调端，模拟乘法器IC1的引脚4分别连接电位器RP1的上端、电阻R18的一端，电位器RP1的下端连接地，电阻R18的另一端分别连接接地电阻R19的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极和电阻R20的一端为基准信号产生电路的出处信号，电阻R20的另一端连接电源+15V。