比特币挖矿机设计之电平转换设计

liuxy

      以下内容，仅仅为作者个人兴趣研究。不必较真。      比特币挖矿机设计的过程中，由于采用了串联供电的方式（详细见连接的帖子https://www.eda365.com/thread-188408-1-1.html），因此不可避免的会发生两级芯片之间通讯的电平不匹配的问题。即上一级芯片和下一级芯片的VSS会相差一个核电压的电平。挖矿机的芯片电平一般为1.8V，那么从下图可以发现，信号从A发到B的时候，如果A发送的是低电平，那么对于B的IO来说实际是-0.5V，改电平容易导致芯片IO口上的ESD管导通，进而损坏IO口，如果A发送的是高电平，则1.8V对于A芯片来说是1.3V，参考一般1.8V的高电平判决标准，1.3V基本处于临界值，有可能导致信号发送失败。那么如何经济的解决该问题呢？
      
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      实际解决这个原理会是非常简单，可以用很传统的电阻分压方式来解决。如下图：

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- }7 c8 u0 u; u4 |      此电路的弊端在于要比较精准的估算出IO口本身的驱动电流，进而确认电阻的阻值。
3 P4 z$ f. g4 G6 F2 `' s6 U      此外也可以采用高速开关二极管来做电平转换电路，见下图：

      此电路需要注意三个问题：
      1、尽量选择高速开关二极管，如我选择的这个ROHM 1SSC00CMT,其trr=4ns，由于矿机芯片的串联节数很多，因此整个SPI总线上可能会串联多达20到30颗二极管，因此开关延时要尽量的短。
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2018-12-19 21:24 上传

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1 ^" o  i8 `. f9 @) |7 L      2、要考虑二级管的管压降在0.5V上，这个就不用多解释。
      3、要计算好上拉和下拉电阻的阻止，而计算该阻止还要考虑二极管压降，电流，和温度三者之间的关系。一般矿机的工作温度都在60度以上，因此我们看曲线应该看温度、电压曲线 75度那条线，进而计算出该电阻。而且实际上，二极管的参数一般和规格书也会有一些出入，还需要实际经过多次调试来微调电阻。
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    以上两种为最经济节约的方式，当然还用用三极管、MOS管甚至可以用电平转换芯片来设计。然后，在矿机领域基本没有采纳别的方案，究其原因，是因为整个矿机的电平转换电路会高达200个以上，哪怕增加一个电阻，对于整机的LAYOUT空间、成本都会有很大的影响。所谓大道至简，任何经过大批量生产的机器，起内部一定不会有冗余器件的存在，这也告诉我们：在设计电路的时候，是不是真正清楚每一个器件的作用以及是否够用，或者过设计？如果有，那么你的产品也许就离量产还有那么一步之遥。
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liubingbuku

嗯，不错的介绍！

marco5512

謝謝分享!