CN116185119B - 基于cim的电压调节电路、芯片及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于CIM的电压调节电路、芯片和电子设备，CIM包括多个并行的ADC，电压调节电路用于对多个并行的ADC的参考电压进行调节，电压调节电路包括：电压检测单元、控制单元和电压调节单元；电压调节单元用于接收控制单元发送的第一调节信号，并根据第一调节信号对ADC的参考电压进行升压；电压调节单元还用于根据第二调节信号对参考电压进行降压，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压，提高了CIM的整体能效比与面效比。

Description

基于CIM的电压调节电路、芯片及电子设备

技术领域

本申请涉及人工智能领域，具体涉及一种基于CIM的电压调节电路、芯片及电子设备。

背景技术

随着摩尔定律逐渐趋近于极限，基于冯·诺依曼架构人工智能(AI)芯片的“存储墙”和“功耗墙”问题日益凸显，芯片算力的增长速度变得越来越慢. 基于这个背景，存算一体这一新兴的芯片架构正在逐渐崛起为下一代人工智能(AI)芯片提供更庞大的算力与更优的能效比。存算一体架构可理解为在存储器中嵌入计算能力，以新的运算架构进行二维和三维矩阵乘法/加法运算，而不是在传统逻辑运算单元或工艺上优化。这样能从本质上消除不必要的数据搬移的延迟和功耗，成百上千倍的提高人工智能(AI)计算效率，降低成本，打破“存储墙”和“功耗墙”。

存算一体的架构路线大致可以分为两种，数字存算一体架构与模数混合存算一体架构，相较数字存算架构，在提供算力相同的情况下，模数混合存算架构能提供更优的能效比与面效比，即实现相同算力需要占用的功耗更低与芯片面积更小。

在模数混合存算一体架构中，大量的乘累加（MAC）计算是在模拟域完成的，然后通过多个并行的高速模数转换器（ADC）把模拟域的计算结果转化为N-bit的数字信息。通常一个模数混合存算核心需要使用128或者256个并行高速模数转换器 (ADC), 因此对大量并行ADC参考电压的产生提出了很大的挑战，因为此参考电压的产生精度直接影响ADC的转换精度，即芯片架构的整体计算精度指标。

但是，现有技术为了保障存内计算CIM（Computing in Memory）架构（也即存算一体架构）里上述参考电压的精度，通常会增大功耗或者增加相关芯片的面积。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种基于CIM的电压调节电路、芯片及电子设备，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压，降低了电压调节电路的功耗与占用面积，从而提高了CIM的整体能效比与面效比。

本申请提出一种基于CIM的电压调节电路，CIM包括多个并行的ADC，电压调节电路用于对多个并行的ADC的参考电压进行调节，电压调节电路包括：电压检测单元、控制单元和电压调节单元。

电压检测单元，与控制单元连接，以及用于与ADC的参考电压端电性连接，获取参考电压，并在参考电压小于预设电压时，输出第一电压检测信号至控制单元，或者，在参考电压大于预设电压时，输出第二电压检测信号至控制单元。

控制单元，与电压调节单元连接，用于接收第一电压检测信号，并根据第一电压检测信号输出第一调节信号至电压调节单元。

电压调节单元，与控制单元电性连接，以及用于与ADC的参考电压端电性连接。

电压调节单元还用于接收控制单元发送的第一调节信号，并根据第一调节信号对参考电压进行升压。

控制单元还用于接收第二电压检测信号，并根据第二电压检测信号输出第二调节信号至电压调节单元。

电压调节单元还用于根据第二调节信号对参考电压进行降压。

在一实施例中，电压调节单元包括：电压监测子单元和电压调节子单元。

电压监测子单元分别与控制单元和电压调节子单元连接，控制单元与电压调节子单元连接。

电压调节子单元的输出端与ADC的参考电压端电性连接。

电压监测子单元用于接收第一调节信号，并根据第一调节信号向控制单元输出第一监测信号。

控制单元用于接收第一监测信号，并根据第一监测信号控制电压调节子单元的输出电压上升，以使参考电压对应上升。

电压监测子单元用于接收第二调节信号，并根据第二调节信号向控制单元输出第二监测信号。

控制单元用于接收第二监测信号，并根据第二监测信号控制电压调节子单元的输出电压下降，以使参考电压对应下降。

在一实施例中，电压监测子单元还用于获取参考电压，并在参考电压大于预设电压时，向控制单元输出停止升压信号。

控制单元还用于接收停止升压信号，并根据停止升压信号控制电压调节子单元的输出电压停止上升，以使参考电压对应停止上升。

电压监测子单元还用于获取参考电压，并在参考电压小于预设电压时，向控制单元输出停止降压信号。

控制单元还用于接收停止降压信号，并根据停止降压信号控制电压调节子单元的输出电压停止下降，以使参考电压对应停止下降。

在一实施例中，电压监测子单元用于在电压调节子单元的输出电压停止上升后，获取电压调节子单元的输出电压并作为第一瞬态电压；

电压监测子单元还用于获取参考电压和第一瞬态电压的比较结果，并根据比较结果生成第三监测信号并发送至控制单元；

控制单元还用于根据第三监测信号对电压调节子单元的参考电压进行降压；

电压监测子单元用于在电压调节子单元的输出电压停止下降后，获取电压调节子单元的输出电压并作为为第二瞬态电压；

电压监测子单元还用于获取参考电压和第二瞬态电压的比较结果，并根据比较结果生成第四监测信号并发送至控制单元；

控制单元还用于根据第四监测信号对电压调节子单元的参考电压进行升压。

在一实施例中，电压调节子单元为电荷泵，电荷泵的输出端与ADC的参考电压端电性连接，电荷泵的控制端与控制单元连接，电荷泵的输入端与电压监测子单元连接。

在一实施例中，电荷泵包括：第一电流源、第一开关、第二电流源、第二开关及第一电容。

第一电流源的第一端与外部电压源连接，第二端与第一开关的第一端连接；第一开关的第二端与第一电容的第一端连接，控制端与控制单元连接；第一电容的第二端接地。

第二开关的第一端连接于第一电流源和第一电容之间的连接点，第二端与第二电流源的第一端连接，控制端与控制单元连接；第二电流源的第二端接地。

在一实施例中，电压监测子单元包括第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第二电容和第一比较器。

第三开关的第一端用于与ADC电性连接，以接入参考电压，第二端与控制单元连接，第三端与第二电容的第一端连接；第二电容的第二端接地。

第四开关的第一端与第二电容的第一端连接，第二端与控制单元连接，第三端与第五开关的第一端连接，第四端与第一比较器的反相输入端连接。

第五开关的第二端与ADC电性连接，以接入参考电压，第三端与预设电压源连接，以接入预设电压，第四端与控制单元连接。

第六开关的第一端与第二电容的第一端连接，第二端与第五开关的第一端连接，控制端与控制单元连接，第四端与第一比较器的正相输入端连接。

第一比较器的输出端与控制单元连接。

控制单元用于接收第一电压检测信号，并根据第一电压检测信号，向第三开关和第六开关输出第一开关控制信号，以使第三开关和第六开关根据第一开关控制信号，控制ADC与第一比较器的同相输入端之间的回路闭合。

控制单元还用于接收第一电压检测信号，并根据第一电压检测信号，向第四开关和第五开关输出第二开关控制信号，以使第四开关和第五开关根据第二开关控制信号，控制预设电压源与第一比较器的反相输入端之间的回路闭合。

第一比较器用于在比较得出参考电压小于预设电压源的预设电压后，向控制单元输出第一监测信号。

控制单元还用于接收第二电压检测信号，并根据第二电压检测信号，向第三开关和第六开关输出第三开关控制信号，以使第三开关和第六开关根据第三开关控制信号，控制ADC与第二电容之间的回路断开，使第二电容与第一比较器的同相输入端之间的回路闭合。

控制单元还用于接收第二电压检测信号，并根据第二电压检测信号，向第四开关和第五开关输出第四开关控制信号，以使第四开关和第五开关根据第四开关控制信号，控制预设电压源与第一比较器的反相输入端之间的回路闭合。

第一比较器还用于在比较得出第二电容的瞬态电压小于预设电压源的预设电压后，向控制单元输出第二监测信号，瞬态电压为ADC与第二电容之间的回路断开时，第二电容两端的电压。

在一实施例中，电压检测单元为第二比较器，第二比较器的输出端与控制单元连接，同相输入端与预设电压源连接，反相输入端与ADC的参考电压端电性连接。

本申请还提出一种芯片，包括CIM和上述的电压调节电路；CIM包括多个并行的ADC，电压调节电路用于对多个并行的ADC的参考电压进行调节。

本申请还提出一种电子设备，其包括上述的芯片。

上述基于CIM的电压调节电路，其中，CIM包括多个并行的ADC，电压调节电路用于对多个并行的ADC的参考电压进行调节，电压调节电路包括：电压检测单元、控制单元和电压调节单元；电压检测单元，与控制单元连接，以及用于与ADC的参考电压端电性连接，获取参考电压，并在参考电压小于预设电压时，输出第一电压检测信号至控制单元，或者，在参考电压大于预设电压时，输出第二电压检测信号至控制单元；控制单元，与电压调节单元连接，用于接收第一电压检测信号，并根据第一电压检测信号输出第一调节信号至电压调节单元；电压调节单元，与控制单元电性连接，以及用于与ADC的参考电压端电性连接；电压调节单元还用于接收控制单元发送的第一调节信号，并根据第一调节信号对参考电压进行升压；控制单元还用于接收第二电压检测信号，并根据第二电压检测信号输出第二调节信号至电压调节单元；电压调节单元还用于根据第二调节信号对参考电压进行降压。通过获取参考电压与预设电压的比较结果，然后根据该比较结果进行升压或降压的操作，以将ADC的参考电压上升或回落至预设电压，以减少参考电压的波动，从而为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压，且其功耗较低，所占用的面积较小，进而提高了CIM的整体能效比与面效比。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的电压调节电路的电路结构示意图；

图2是本申请另一实施例提供的电压调节电路的电路结构示意图；

图3是本申请另一实施例提供的电压调节电路的电路结构示意图；

图4是本申请实施例中部分电压的波形变化图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

现有的大量并行高速ADC参考电压产生方案大致有两种，方案一为使用参考电压驱动电路（reference buffer），为了能同时为128或者256个高速ADC同时提供参考电压，其功耗电流需要达到几十mA的量级，已经大幅超过了整个模数混合存算核心的功耗电流需求，此方案会大幅增加模数混合存算一体架构的功耗需求，降低整体能效比。方案二为使用芯片外部的低压差线性稳压器（LDO）来提供此参考电压，但是由于芯片封装走线自带的寄生电感，使用此方案芯片内部必须部署几nF级别的电容，来保证此参考电压在大量并行高速ADC工作中能够保持稳定，不会带来计算精度的损失，但是此方案需求的几nF级别的片上电容会额外带来几平方毫米（mm2）的芯片面积，此方案不仅浪费了芯片面积，增加了成本，同时也大幅降低了模数混合存算一体架构面效比。

本申请的目的是基于模数混合存算一体芯片的架构特点，为其大量并行高速模数转换器（ADC）参考电压的产生提供一个高精度，低功耗与最小面积占用的创新实现方案，充分发挥模数混合存算一体的架构优势，达到最优的整体能效比与面效比。

如图1所示，提供一种基于CIM的电压调节电路10，其中，CIM包括多个并行的ADC20，该电压调节电路10用于对多个并行的ADC20的参考电压进行调节，电压调节电路10包括：电压检测单元11、控制单元12和电压调节单元13。

电压检测单元11，与控制单元12连接，以及用于与ADC 20的参考电压端电性连接。具体来说，电压检测单元11可以是比较器，也可以是用于获取参考电压和预设电压之间的比较结果的任意器件。

进一步的，电压检测单元11为可采用比较器、高速比较器实现，其中，预设电压源可以是稳压电源，则电压检测单元11所接入的预设电压为稳定电压；可选择的是，预设电压源还可以是存储有预设电压的任意器件，如电容、电感等。

电压检测单元11获取预设电压和参考电压，比较预设电压和参考电压，在参考电压小于预设电压时，生成第一电压检测信号，并通过输出端向控制单元12输出第一电压检测信号；在参考电压大于预设电压时，生成第二电压检测信号，并过输出端向控制单元12输出第二电压检测信号。

在一种可能的实现方式中，由于参考电压的波动情况不稳定，如当前检测到参考电压与预设电压相等，而下一时刻参考电压却大于或等于预设电压的情况，电压检测单元11还在参考电压等于预设电压时，生成第一电压检测信号，可选择的是，电压检测单元11也可以在参考电压等于预设电压时，生成第二电压检测信号，在此不做限定。电压调节电路在参考电压等于预设电压时，经过任一电压调节过程都能使得参考电压稳定在预设电压。

可选择的是，在一种可能的实现方式中，预设电压可以是一个设定值，也可以是一个设定范围。则本申请可以使多个并行的ADC的参考电压稳定在预设电压，也可以使参考电压稳定在预设电压的设定范围内波动，即在可接受的范围内波动。

控制单元12，与电压调节单元13连接。控制单元12用于接收电压检测单元11输出的第一电压检测信号，并根据第一电压检测信号生成第一调节信号，并向电压调节单元13输出第一调节信号。电压调节单元13，用于与ADC 20的参考电压端电性连接，接收控制单元12发送的第一调节信号，并根据第一调节信号对ADC20的参考电压进行升压。具体来说，控制单元12在接收到第一电压检测信号后，判定参考电压小于预设电压，然后控制电压调节单元13对ADC20的参考电压进行升压调节，以将ADC 20的参考电压调节并稳定为预设电压的电压大小。

其中，控制单元12可以为控制状态机，或者其他具有控制功能的器件或设备，在此不做限定。

控制单元12还可以用于接收第二电压检测信号，并根据第二电压检测信号输出第二调节信号至电压调节单元13。电压调节单元13还用于根据第二调节信号对ADC20的参考电压进行降压。同样的，控制单元12在接收到第二电压检测信号后，判定参考电压大于预设电压，然后控制电压调节单元13对ADC 20的参考电压进行降压调节，以将ADC 20的参考电压调节并稳定为预设电压的电压大小。

本申请通过电压检测单元11监测ADC的参考电压，以在参考电压因大级别的瞬态功耗电流（大于几十mA）而产生较大偏移时，能够及时检测到此现象的发生，并通过控制单元12的反馈控制机制和电压调节单元的调节作用，能够在短时间内例如300-500ps内把参考电压调节回预先设定的预定电压，实现了实时监测、动态调节ADC的参考电压（VREF_ADC）与反馈控制调节。

相较现有的技术方案，本申请方案既保障了上述参考电压的精度，也无需部署几nF级别的电容，或者产生几十mA的量级的功耗电流，对比现有的技术路线，实现了芯片面积与功耗电流10-100倍量级的优化提升。

在一个实施例中，如图2所示，电压调节单元13包括：电压监测子单元131和电压调节子单元132；电压监测子单元131分别与控制单元12和电压调节子单元132连接，控制单元12与电压调节子单元13连接；电压调节子单元132，用于与ADC 20的参考电压端电性连接。

进一步的，电压监测子单元131用于与预设电压源连接，以接入预设电压，其中，预设电压源可以是稳压电源，则电压监测子单元131所接入的预设电压为稳定电压；可选择地是，预设电压源还可以是存储有预设电压的任意器件，如电容、电感等。电压监测子单元131还与ADC 20的参考电压端电性连接，以接入参考电压，电压监测子单元131的输出端与控制单元12连接，以输出预设电压与参考电压的比较结果。

电压监测子单元131用于接收控制单元12输出的第一调节信号，并在接收到第一调节信号后，通过第一端获取预设电压，还通过第二端获取参考电压，比较预设电压和参考电压，根据预设电压和参考电压的比较结果生成第一监测信号，并向控制单元12输出第一监测信号。需要说明地是，第一监测信号指示预设电压和参考电压之间的大小关系，示例性地，在预设电压大于参考电压时，第一监测信号为0，在预设电压小于或等于参考电压时，第一监测信号为1。

控制单元12用于在接收到所述第一监测信号后，根据第一监测信号控制所述电压调节子单元132的输出电压上升，其中，电压调节子单元132的输出电压并作为ADC20的参考电压。

电压监测子单元131用于接收控制单元12输出的第二调节信号，并在接收到第二调节信号后，获取预设电压和参考电压，比较预设电压和参考电压，根据预设电压和参考电压的比较结果生成第二监测信号，并向控制单元12输出第二监测信号。需要说明地是，第二监测信号指示预设电压和参考电压之间的大小关系，示例性地，在预设电压大于参考电压时，第二监测信号为0，在预设电压小于或等于参考电压时，第二监测信号为1。

控制单元12用于在接收到第二监测信号后，根据第二监测信号控制所述电压调节子单元132的输出电压下降，其中，电压调节子单元132的输出电压并作为ADC 20的参考电压。

在本申请实施例中，电压监测子单元131通过获取预设电压和参考电压的比较结果，并向控制单元12输出监测信号，使得控制单元12可以根据监测信号控制电压调节子单元132的输出电压，从而使得参考电压的参考电压调节并稳定为预设电压的电压大小，以减少参考电压的波动，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压，降低了电压调节电路10的功耗与占用面积，从而提高了CIM的整体能效比与面效比。

在一个实施例中，在控制单元12输出的是第一调节信号的情况下，电压监测子单元132还用于获取ADC 20的参考电压，并在监测到参考电压大于预设电压时，生成停止升压信号，然后向控制单元12输出停止升压信号；控制单元12还用于在接收到停止升压信号后，控制电压调节子单元132的输出电压停止上升，此时参考电压对应停止上升。

在控制单元12输出的是第二调节信号的情况下，电压监测子单元131还用于获取ADC 20的参考电压，并在参考电压小于预设电压时，生成停止降压信号，然后向控制单元12输出停止降压信号；控制单元12还用于在接收到停止降压信号后，控制电压调节子单元132的输出电压停止下降，此时参考电压对应停止下降。

在本申请实施例中，通过电压监测子单元监测参考电压的参考电压，以在参考电压达到预设电压时，生成停止升压信号或停止降压信号，以提高电压调节的精准度，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压。

可选地，电压监测子单元131可以持续获取预设电压与参考电压，并持续执行比较预设电压与参考电压，基于输出根据预设电压和参考电压的比较结果生成第一监测信号或第二监测信号，并输出至控制单元12的过程，使得控制单元12根据第一监测信号或第二监测信号控制电压调节子单元132的输出电压，以提高电压调节的精准度。

在上述实施例中，从获取电压、比较得出结果、执行电压调节这一过程中，各个单元、子单元等需要一定的执行时间，存在延时等情况，因而可能使得调节结果与理想结果之间存在一定的误差，具体可能会使得控制单元12控制电压调节子单元132的输出电压停止上升或停止下降时，电压调节子单元132已经使得参考电压过高或过低。

本申请提出另一实施例，在该实施例中，控制单元12用于在电压调节子单元132的输出电压停止上升后，控制电压调节子单元132的输出电压下降，以使参考电压对应下降；控制单元12还用于在电压调节子单元132的输出电压停止上升后，控制电压调节子单元132的输出电压上升，以使参考电压对应上升。

具体来说，控制单元12在控制电压调节子单元132的输出电压停止上升时，控制电压监测子单元131获取电压调节子单元132当前的输出电压并作为第一瞬态电压；电压监测子单元131获取参考电压和第一瞬态电压的比较结果，并根据比较结果生成第三监测信号，控制单元12根据第三监测信号控制电压调节子单元132对ADC 20的参考电压进行降压。

进一步的，电压监测子单元131监测到参考电压大于第一瞬态电压时，控制电压调节子单元132对ADC 20的参考电压进行降压，电压监测子单元131监测到参考电压小于或等于第一瞬态电压时，控制电压调节子单元132的输出电压进行停止下降。

控制单元12在控制电压调节子单元132的输出电压停止下降时，控制电压监测子单元131获取电压调节子单元132当前的输出电压并作为第二瞬态电压；电压监测子单元131获取参考电压和第二瞬态电压的比较结果，并根据比较结果生成第四监测信号，控制单元12根据第四监测信号控制电压调节子单元132对ADC 20的参考电压进行升压。

进一步地，电压监测子单元131监测到参考电压小于第二瞬态电压时，控制电压调节子单元132对ADC 20的参考电压进行升压，电压监测子单元131监测到参考电压大于或等于第二瞬态电压时，控制电压调节子单元132的输出电压停止上升。

其中，电压调节子单元132为电荷泵，电荷泵的输出端与ADC 20的参考电压端电性连接，电荷泵的控制端与控制单元12连接，电荷泵的输入端与电压监测子单元131连接。

在本申请实施例中，通过获取停止升压或停止降压时对应的瞬态电压，然后根据对应瞬态电压和参考电压之间的比较结果，控制电压调节子单元132的输出电压下降或上升，以对电压调节子单元132所产生的过高输出电压或过低输出电压进行电压补偿，从而提高电压调节的精准度，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压。

需要说明的是，由于两次电压调节过程中，所应用到的电压监测子单131元为同一个监测器件，则电压监测子单元131所产生的时延相同，通过对输出电压进行两次电压调节来对冲过高的参考电压或过低的参考电压，从而使得参考电压调节为预设电压。

在一种实施例中，如图3所示，电荷泵包括第一电流源I1和第一开关SW1、第二电流源I2、第二开关SW2、第一电容C1；第一电流源I1的第一端与外部电压源连接，第二端与第一开关SW1的第一端连接；第一开关SW1的第二端与第一电容C1的第一端连接，控制端fch与控制单元12连接；第一电容C1的第二端接地；第二开关SW2的第一端连接于第一电流源I1和第一电容C1之间的连接点，第二端与第二电流源I2的第一端连接，控制端rch与控制单元12连接；第二电流源I2的第二端接地。

其中，第一电流源I1和第二电流源I2可以是电流镜等具有反馈调节功能的器件，在此不做限定。

控制单元12在接收到第一监测信号后，向第一开关SW1输出第一控制信号，以控制第一开关SW1闭合，从而使得控制外部电压源与第一电容C1之间的回路闭合，进而使得第一电容C1开始释放电荷，以提高其输出电压，即提高ADC 20的参考电压VREF_ADC。

控制单元12在接收到停止升压信号后，向第一开关SW1输出第二控制信号，以控制第一开关SW1断开，从而使得控制外部电压源、第一电容C1之间的回路断开，进而使得第一电容C1停止释放电荷，以停止提高其输出电压，即停止提高ADC 20的参考电压VREF_ADC。

控制单元12在接收到第二监测信号后，向第二开关SW2输出第一控制信号，以控制第二开关SW2闭合，从而使得控制外部电压源、第一电容C1之间的回路闭合，进而使得第一电容C1开始存储电荷，以降低其输出电压，即降低ADC 20的参考电压VREF_ADC。

控制单元12在接收到停止降压信号后，向第二开关SW2输出第二控制信号，以控制第二开关SW2断开，从而使得控制外部电压源第一电容C1之间的回路断开，进而使得第一电容C1停止存储电荷，以提高其输出电压，即提高ADC 20的参考电压VREF_ADC。

在本申请实施例中，通过控制对应开关的断开和闭合，使得第一电容C1的输出电压对应上升和下降，从而使得ADC的参考电压调节并稳定为预设电压的电压大小，以减少参考电压的波动，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压。

如图3所示，在一种实施例中，电压监测子单元131包括第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、第六开关SW6、第二电容C2和第一比较器CMP1；第三开关SW3的第一端用于与ADC 20的参考电压端电性连接，以接入参考电压VREF_ADC，第二端sw1_ctrl与控制单元12连接，第三端与第二电容C2的第一端连接；第二电容C2的第二端接地；第四开关SW4的第一端与第二电容C2的第一端连接，第二端cmp1_sw与控制单元12连接，第三端Vref_in与第五开关SW5的第一端Vref_in连接，第四端Vin与第一比较器CMP1的反相输入端连接；第五开关SW5的第二端与ADC 20的参考电压端电性连接，以接入参考电压VREF_ADC，第三端与预设电压源连接，以接入预设电压Vref，第四端sw2_ctrl与控制单元12连接；第六开关SW6的第一端与第二电容C2的第一端连接，第二端Vref_in与第五开关SW5的第一端连接，控制端cmp2_sw与控制单元12连接，第四端Vip与第一比较器CMP1的正相输入端连接；第一比较器CMP1的输出端cmp_out与控制单元12连接。

电压检测单元11包括第二比较器cmp2，且第二比较器的反相输入端与ADC 20的参考电压端电性连接，以接入多个并行的ADC 20的参考电压，第二比较器的同相输入端与预设电压源连接，以接入预设电压，第二比较器cmp2的输出端与控制单元12连接，以输出预设电压与参考电压的比较结果。

控制单元12用于在接收到第一电压检测信号后，向第三开关SW3和第六开关SW6输出第一开关控制信号，以使第三开关SW3和第六开关SW6控制ADC 20与第一比较器CMP1的同相输入端之间的回路闭合。

控制单元12还用于在接收到第一电压检测信号后，向第四开关SW4和第五开关SW5输出第二开关控制信号，以使第四开关SW4和第五开关SW5控制预设电压源与第一比较器CMP1的反相输入端之间的回路闭合。

第一比较器CMP1用于在ADC 20的参考电压小于预设电压源的预设电压后，向控制单元12输出第一监测信号。

控制单元12还用于在接收到第二电压检测信号后，向第三开关SW3和第六开关SW6输出第三开关控制信号，以使ADC 20与第二电容C2之间的回路断开，使第二电容C2与第一比较器CMP1的同相输入端之间的回路闭合。

控制单元12还用于在接收到第二电压检测信号后，向第四开关SW4和第五开关SW5输出第四开关控制信号，以使第四开关SW4和第五开关SW5控制预设电压源与第一比较器CMP1的反相输入端之间的回路闭合。

第一比较器CMP1还用于在第二电容C2的瞬态电压Vslope小于预设电压源的预设电压时，向控制单元12输出第二监测信号，瞬态电压Vslope为ADC 20与第二电容C2之间的回路断开时，第二电容C2两端的电压。

本实施例中，通过控制第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5和第六开关SW6来切换第一比较器CMP1的输入，使得第一比较器CMP1可以获取到不同的输入以根据不同的输入之间的比较结果生成不同的监测信号，并将监测信号输出至控制单元12，以使控制单元12可以根据不同的监测信号控制电压调节单元的电压调节方式，使得参考电压稳定为预设电压的电压大小，以减少参考电压的波动，为多个并行的ADC提供了高精度的参考电压。

在一种实施例中，如图3所示，提供一种电压调节电路10，包括：第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、第六开关SW6、第七开关SW7、第一电流源I1、第二电流源I2、第一电容C1、第二电容C2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、控制单元12，且电压调节电路10与外部电压源VddA连接、与ADC的参考电压端电性连接、还与预设电压源连接。上述各个元器件的连接关系可参考图3，其中第一比较器CMP1、第二比较器CMP2可以采用高速第一比较器实现。

其中，电荷泵包括第一开关SW1、第一电流源I1、第二开关SW2、第二电流源I2、第一电容C1；电压监测子单元131包括第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、第六开关SW6、第二电容C2和第一比较器CMP1；电压检测单元11包括第二比较器CMP2。需要强调的是，电压调节电路10中各器件的连接关系如图3所示，在此不再赘述。

第七开关SW7的P1端与电压调节时钟连接，此处电压调节时钟可以是一个外部的时钟信号。第七开关SW7通过P1端持续接收到电压调节时钟输出的P1信号，在P1信号从高电平信号变更为低电平信号时，第七开关SW7断开，可以理解的是，P1信号为高电平信号时，第七开关SW7闭合，P1信号为低电平信号时，第七开关SW7断开；同时控制单元12的P1引脚与电压调节时钟连接，控制单元12通过P1引脚持续接收到电压调节时钟输出的P1信号，在P1信号从高电平信号变更为低电平信号时，启动控制单元12，从而使得电压调节电路开始进行电压调节。需要说明的是，电压调节时钟的所输出的P1信号呈周期性0-1变化，在第七开关SW7断开时，第一电容C1所存储的电荷量可以指示为ADC的参考电压VREF_ADC。第二比较器CMP2获取预设电压源的预设电压Vref和ADC的参考电压VREF_ADC，在参考电压VREF_ADC小于预设电压Vref时，通过cmpin端向控制单元12输出高电平信号；在参考电压VREF_ADC大于或等于预设电压Vref时，第二第一比较器CMP2的输出端cmpin向控制单元12输出低电平信号。

通常地，低电平信号用0表示，高电平信号用1表示。

示例性的，图4是本申请中部分电压的波形图及部分信号波形图。图4示出了上述电压调节过程中，cmp_out引脚的输出信号Vref(cmpout)、p1信号、参考电压VREF_ADC的信号变化波形图，在对参考电压调节之后，由于器件内部特性或者器件存在的延时问题等因素，参考电压VREF_ADC会有一个上冲过程（参见图4标注M1），并且使得参考电压VREF_ADC大于预设电压Vref，此时通过本申请的电压检测单元11再次的检测，控制单元12的控制及电压调节单元的下降调节，使得参考电压对应下降，在波形图上可观察到电压的下冲过程（参见图4标注M2）。由于前述电压的上冲过程变化量与下冲过程变化量相同，可使参考电压调整为预设电压Vref对应的大小。另外，需要说明的是，针对P1信号，高电平信号为1，低电平信号为0；针对cmp_out引脚的输出信号Vref(cmpout)，高电平信号为1，低电平信号为0。

其中，图4中横坐标为time（时间），单位为ns，纵坐标为电压V，单位为mV。

控制单元12接收到高电平信号时，通过cmp1_sw引脚、cmp2_sw引脚和sw1_ctrl引脚、sw2_ctrl引脚输出高电平信号，切换第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5和第六开关SW6的组合，使得第一比较器CMP1的同相输入端通过前述开关的组合获取ADC的参考电压VREF_ADC，第一比较器CMP1的反相输入端通过前述开关的组合获取预设电压源的预设电压Vref，在参考电压VREF_ADC小于预设电压Vref时，通过cmp_out端向控制单元12输出低电平信号，然后控制单元12通过fch引脚输出高电平信号，以控制第一开关SW1闭合；第一开关SW1闭合后，第一电流源I1通过外部电压源VddA向第一电容C1注入电荷，以提高ADC的参考电压VREF_ADC。第一比较器CMP1在参考电压VREF_ADC大于或等于预设电压Vref时，通过cmp_out端向控制单元12输出高电平信号，然后控制单元12通过fch引脚输出低电平信号，以控制第一开关SW1断开；第一开关SW1断开后，第一电流源I1停止向第一电容C1注入电荷，以停止提高ADC的参考电压VREF_ADC；控制单元12还通过cmp1_sw引脚、cmp2_sw引脚和sw1_ctrl引脚、sw2_ctrl引脚输出低电平信号，切换第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5和第六开关SW6的组合，使得第一比较器CMP1的同相输入端通过前述开关的组合获取存储在第二电容C2中的瞬态电压Vslope，第一比较器CMP1的反相输入端通过前述开关的组合获取ADC的参考电压VREF_ADC。

第一比较器CMP1在瞬态电压Vslope小于参考电压VREF_ADC时，通过cmp_out端向控制单元12输出低电平信号，然后控制单元12通过rch引脚输出高电平信号，以控制第二开关SW2闭合；第二开关SW2闭合后，第二电流源I2通过地线从第一电容C1释放电荷，以降低ADC的参考电压VREF_ADC。第一比较器CMP1在瞬态电压Vslope大于或等于参考电压VREF_ADC时，通过cmp_out端向控制单元12输出高电平信号，然后控制单元12通过rch引脚输出低电平信号，以控制第二开关SW2断开；第二开关SW2断开后，第二电流源I2停止从第一电容C1释放电荷，以停止降低ADC的参考电压VREF_ADC。

控制单元12通过cmpin引脚接收到低电平信号时，通过cmp1_sw引脚、cmp2_sw引脚和sw1_ctrl引脚、sw2_ctrl引脚输出高电平信号，切换第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5和第六开关SW6的组合，使得第一比较器CMP1的同相输入端通过前述开关的组合获取ADC的参考电压VREF_ADC，第一比较器CMP1的反相输入端通过前述开关的组合获取预设电压源的预设电压Vref，在参考电压VREF_ADC大于或等于预设电压Vref时，通过cmp_out端向控制单元12输出高电平信号，然后控制单元12通过rch引脚输出高电平信号，以控制第二开关SW2闭合；第二开关SW2闭合后，第二电流源I2通过地线从第一电容C1释放电荷，以降低ADC的参考电压VREF_ADC。第一比较器CMP1在参考电压VREF_ADC小于预设电压Vref时，通过cmp_out端向控制单元12输出低电平信号，然后控制单元12通过rch引脚输出低电平信号，以控制第二开关SW2断开；第二开关SW2断开后，第二电流源I2停止从第一电容C1释放电荷，以停止降低ADC的参考电压VREF_ADC；控制单元12还通过cmp1_sw引脚、cmp2_sw引脚和sw1_ctrl引脚、sw2_ctrl引脚输出低电平信号，切换第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5和第六开关SW6的组合，使得第一比较器CMP1的Vip端通过前述开关的组合获取存储在第二电容C2中的瞬态电压Vslope，第一比较器CMP1的Vin端通过前述开关的组合获取ADC的参考电压VREF_ADC。

第一比较器CMP1在瞬态电压Vslope大于或等于参考电压VREF_ADC时，通过第一比较器CMP1的输出端cmp_out端向控制单元12输出高电平信号，然后控制单元12通过fch引脚输出高电平信号，以控制第一开关SW1闭合；第一开关SW1闭合后，第一电流源I1通过外部电压源VddA向第一电容C1注入电荷，以提高ADC的参考电压VREF_ADC。第一比较器CMP1在瞬态电压Vslope小于参考电压VREF_ADC时，通过cmp_out端向控制单元12输出低电平信号，然后控制单元12通过fch引脚输出低电平信号，以控制第一开关SW1断开；第一开关SW1断开后，第一电流源I1停止向第一电容C1注入电荷，以停止提高ADC的参考电压VREF_ADC。

当然，上述各个实施例中的各个信号及各个信号的组合可以依照实际情况设置，本申请不作具体限定。

此外，本申请还提供一种芯片，芯片包括CIM和上述电压调节电路10，其中，CIM包括多个并行的ADC，电压调节电路10用于对多个并行的ADC的参考电压进行调节。

在一个实施例中，该芯片为存算一体芯片。

在另一个实施例中，该芯片为基于CIM的NPU（神经网络处理器，也叫神经网络加速器）。所述NPU可以应用于诸多AI领域，例如可以为基于感存算一体技术架构实现的模数混合AI视觉芯片，该AI视觉芯片具有更低功耗与更高的能效比。本发明提供的神经网络加速器可应用于自动驾驶、AR、VR、激光雷达，还可广泛应用于智能手机、平板电脑、可穿戴电子装备、智能家居电子产品、工业或医疗或电池供电类等一系列对低功耗与高能效比有需求的应用领域。

此外，还提供一种电子设备，包括有上述芯片。

即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“例如”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“例如”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。

应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种基于CIM的电压调节电路，其特征在于，所述CIM包括多个并行的ADC，所述电压调节电路用于对所述多个并行的ADC的参考电压进行调节，所述电压调节电路包括：电压检测单元、控制单元和电压调节单元；

所述电压检测单元，与控制单元连接，以及用于与所述ADC的参考电压端电性连接，获取所述参考电压，并在所述参考电压小于预设电压时，输出第一电压检测信号至所述控制单元，或者，在所述参考电压大于所述预设电压时，输出第二电压检测信号至所述控制单元；

控制单元，与所述电压调节单元连接，用于接收所述第一电压检测信号，并根据所述第一电压检测信号输出第一调节信号至所述电压调节单元；

电压调节单元，与所述控制单元电性连接，以及用于与所述ADC的参考电压端电性连接；

所述电压调节单元还用于接收所述控制单元发送的第一调节信号，并根据所述第一调节信号对所述参考电压进行升压；

所述控制单元还用于接收所述第二电压检测信号，并根据所述第二电压检测信号输出第二调节信号至所述电压调节单元；

所述电压调节单元还用于根据所述第二调节信号对所述参考电压进行降压。

2.根据权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压调节单元包括：电压监测子单元和电压调节子单元；

所述电压监测子单元分别与所述控制单元和所述电压调节子单元连接，所述控制单元与所述电压调节子单元连接；

所述电压调节子单元的输出端与所述ADC的参考电压端电性连接；

所述电压监测子单元用于接收所述第一调节信号，并根据所述第一调节信号向所述控制单元输出第一监测信号；

所述控制单元用于接收所述第一监测信号，并根据所述第一监测信号控制所述电压调节子单元的输出电压上升，以使所述参考电压对应上升；

所述电压监测子单元用于接收所述第二调节信号，并根据所述第二调节信号向所述控制单元输出第二监测信号；

所述控制单元用于接收所述第二监测信号，并根据所述第二监测信号控制所述电压调节子单元的输出电压下降，以使所述参考电压对应下降。

3.根据权利要求2所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压监测子单元还用于获取所述参考电压，并在所述参考电压大于预设电压时，向所述控制单元输出停止升压信号；

所述控制单元还用于接收所述停止升压信号，并根据所述停止升压信号控制所述电压调节子单元的输出电压停止上升，以使所述参考电压对应停止上升；

所述电压监测子单元还用于获取所述参考电压，并在所述参考电压小于预设电压时，向所述控制单元输出停止降压信号；

所述控制单元还用于接收所述停止降压信号，并根据所述停止降压信号控制所述电压调节子单元的输出电压停止下降，以使所述参考电压对应停止下降。

4.根据权利要求3所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压监测子单元用于在所述电压调节子单元的输出电压停止上升后，获取电压调节子单元的输出电压并作为第一瞬态电压；

所述电压监测子单元还用于获取所述参考电压和所述第一瞬态电压的比较结果，并根据比较结果生成第三监测信号并发送至所述控制单元；

所述控制单元还用于根据所述第三监测信号对所述电压调节子单元的参考电压进行降压；

所述电压监测子单元用于在所述电压调节子单元的输出电压停止下降后，获取所述电压调节子单元的输出电压并作为为第二瞬态电压；

所述电压监测子单元还用于获取所述参考电压和所述第二瞬态电压的比较结果，并根据比较结果生成第四监测信号并发送至所述控制单元；

所述控制单元还用于根据所述第四监测信号对所述电压调节子单元的参考电压进行升压。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压调节子单元为电荷泵，所述电荷泵的输出端与ADC的参考电压端电性连接，所述电荷泵的控制端与所述控制单元连接，所述电荷泵的输入端与所述电压监测子单元连接。

6.根据权利要求5所述的电压调节电路，其特征在于，所述电荷泵包括：第一电流源、第一开关、第二电流源、第二开关及第一电容；

所述第一电流源的第一端与外部电压源连接，第二端与所述第一开关的第一端连接；所述第一开关的第二端与所述第一电容的第一端连接，控制端与所述控制单元连接；所述第一电容的第二端接地；

所述第二开关的第一端连接于所述第一电流源和所述第一电容之间的连接点，第二端与所述第二电流源的第一端连接，控制端与所述控制单元连接；所述第二电流源的第二端接地。

7.根据权利要求3所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压监测子单元包括第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第二电容和第一比较器；

所述第三开关的第一端用于与所述ADC电性连接，以接入所述参考电压，第二端与所述控制单元连接，第三端与所述第二电容的第一端连接；所述第二电容的第二端接地；

所述第四开关的第一端与所述第二电容的第一端连接，第二端与所述控制单元连接，第三端与所述第五开关的第一端连接，第四端与所述第一比较器的反相输入端连接；

所述第五开关的第二端与所述ADC电性连接，以接入所述参考电压，第三端与预设电压源连接，以接入所述预设电压，第四端与所述控制单元连接；

所述第六开关的第一端与所述第二电容的第一端连接，第二端与所述第五开关的第一端连接，控制端与所述控制单元连接，第四端与所述第一比较器的正相输入端连接；

所述第一比较器的输出端与所述控制单元连接；

所述控制单元用于接收所述第一电压检测信号，并根据所述第一电压检测信号，向所述第三开关和所述第六开关输出第一开关控制信号，以使所述第三开关和所述第六开关根据所述第一开关控制信号，控制所述ADC与所述第一比较器的同相输入端之间的回路闭合；

所述控制单元还用于接收所述第一电压检测信号，并根据所述第一电压检测信号，向所述第四开关和所述第五开关输出第二开关控制信号，以使所述第四开关和所述第五开关根据所述第二开关控制信号，控制所述预设电压源与所述第一比较器的反相输入端之间的回路闭合；

所述第一比较器用于在比较得出所述参考电压小于所述预设电压源的预设电压后，向所述控制单元输出所述第一监测信号；

所述控制单元还用于接收所述第二电压检测信号，并根据所述第二电压检测信号，向所述第三开关和所述第六开关输出第三开关控制信号，以使所述第三开关和所述第六开关根据所述第三开关控制信号，控制所述ADC与所述第二电容之间的回路断开，使所述第二电容与所述第一比较器的同相输入端之间的回路闭合；

所述控制单元还用于接收所述第二电压检测信号，并根据所述第二电压检测信号，向所述第四开关和第五开关输出第四开关控制信号，以使所述第四开关和所述第五开关根据所述第四开关控制信号，控制所述预设电压源与所述第一比较器的反相输入端之间的回路闭合；

所述第一比较器还用于在比较得出所述第二电容的瞬态电压小于所述预设电压源的预设电压后，向所述控制单元输出所述第二监测信号，所述瞬态电压为所述ADC与所述第二电容之间的回路断开时，所述第二电容两端的电压。

8.根据权利要求3或4所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压检测单元为第二比较器，所述第二比较器的输出端与所述控制单元连接，同相输入端与预设电压源连接，反相输入端与ADC的参考电压端电性连接。

9.一种芯片，其特征在于，包括CIM和权利要求1至8中任一项所述的电压调节电路；所述CIM包括多个并行的ADC，所述电压调节电路用于对所述多个并行的ADC的参考电压进行调节。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的芯片。