與串行總線相連的設備的電源控制裝置的製作方法

2023-09-22 16:15:45

專利名稱：與串行總線相連的設備的電源控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通用串行總線(USB)設備的裝置，該裝置用於控制USB設備的功率，特別是，涉及對多個相耦合USB設備的功率控制。
背景技術：
存在許多用於將外部設備與個人計算機(PC)相連接的總線標準。USB(這些總線標準之一)確保了高速串行數據的通信並簡化了與埠的物理連接。現在，有可能通過USB Hub等將127個USB設備與單個的USB埠相連接。由於具有這些特性，所以，諸如滑鼠、鍵盤、印表機、數據機、遊戲手柄等等外圍設備都越來越多地採用USB接口。
USB由四根信號線組成，兩根線是承載數據信號的D+/D-，另兩個線是電源線+5V/GND。圖1顯示了PC(主機)，以及根據相關技術，通過USB Hub 100連接至PC的數個USB設備100。USB Hub 100是由PC通過USB提供必要功率，或者通過將AC(交流)電源變換成DC(直流)的AC適配器來提供必要功率。
然而，相關技術的USB Hub也存在著各種缺點。相關技術的USB Hub 100一直為所連接的USB設備110以及內部電路101連續提供所需的功率，直至命令Hub關閉這些設備。然而，所連接的USB設備可以關閉，但所提供的功率因而浪費。而且，雖然，當所連接的主機USB發生故障時，相關技術的USB Hub100還是連續為所連接的USB設備110以及內部電路101供電，直到其關閉。然而，當與主機的數據通信異常或失敗時，所連接的USB設備就不能執行有效的操作。因此，當所連接的主機不能通信時，提供給USB設備的功率就浪費了。
以上所述的參考文獻被本文所引用，它適用於作為附加的，或另外細節、特徵和/或技術背景的合適示教。

發明內容
本發明的一個目的是至少解決上述問題和/或缺點，並至少能提供下面所述的優點。
本發明的另一個目的是提供USB設備的電源控制裝置，它可根據每個USB設備是否工作來控制所耦合的多個USB設備的功率。
本發明的另一個目的是提供USB設備的電源控制裝置，它可根據相對應的USB設備的數據信號或數據線的操作來關閉單獨USB設備的功率。
本發明的另一個目的是提供USB設備的電源控制裝置，它可根據對應的主機的數據信號或數據線的操作來關閉所有相連接的USB設備的功率。
本發明的另一個目的是提供USB設備的電源控制裝置，它可以確定是否需要功率，隨後，如果確定為不需要功率，則可以關閉提供給內部電路和/或其它相耦合設備的功率以減小功率的功耗。
為了至少能實現本發明上述討論的全部或部分目的且根據所包含的和廣泛在此描述的本發明的目標，提供了包含在設備內的電源控制裝置，它具有能與所連接的主機通信數據的能力，該主機包括了數據檢測器和控制器，數據檢測器能響應耦合至主機的數據線所承載的信號狀態來輸出功率控制信號，而控制器則根據所輸出的功率控制信號來控制至少一個內部電路和其它相耦合設備的功率。
為了至少能進一步實現本發明上述討論的全部或部分目的，提供了包含在設備內的電源控制裝置，它具有能與主機通信數據的能力，該主機包括了數據檢測器和控制器，數據檢測器檢測與主機相耦合的數據線所承載的信號，編譯所檢測到的信號，並根據編譯的信號來輸出功率控制信號，控制器則根據所輸出的功率控制信號來控制至少一個內部電路和其它相連接設備的功率。
為了至少能進一步實現本發明上述討論的全部或部分目的，提供了包含在設備內的電源控制裝置，它具有能與主機通信數據的能力，該主機包括了數據檢測器和控制器，數據檢測器檢測指示功率消耗的信號，該信號通過與主機相連接的通用串行總線(USB)數據線傳輸，其中，數據檢測器根據是否檢測到信號來輸出功率控制信號，控制器則根據輸出的功率控制信號來控制相耦合的USB的功率。
為了至少能進一步實現本發明上述討論的全部或部分目的，提供了一種包括主計算機、多個與主計算機相耦合的通用串行總線(USB)設備以及控制器的計算機系統，每個設備都可選擇性地具有有效和無效的至少一種狀態，其中數據信號可在主計算機和USB設備之間通信，而控制器分析數據信號，且根據分析的結果來控制至少一個USB設備的功率。
為了至少能進一步實現本發明上述討論的全部或部分目的，提供了一種控制與主計算機相連接設備的功率的方法，該方法可包括對通過通用串行總線(USB)接口的數據線所傳輸的信號進行分析，根據分析確定功率控制信號，以及根據功率控制信號有選擇性地減小至少一個設備的供給功率。
在以下的說明中，將進一步指出本發明的其它優點，目的，和特徵，同時在該部分的討論中也會使業內專業人士能通過以下驗證和本發明的實踐對本發明更加理解和知曉。本發明的目的和優點可通過所附的權利要求的具體指出來實現和得到。


以下將參照下列附圖來詳細討論本發明，在附圖中相同的標號指示相類似的部件。
圖1是顯示PC和根據相關技術通過USB Hub與之相連接的多個USB設備的示意圖。
圖2是顯示包括根據本發明電源控制裝置較佳實施例的USB Hub的方框圖。
圖3是顯示圖2所示信號檢測單元的較佳實施例的方框圖。
圖4是顯示包括根據本發明電源控制裝置的另一較佳實施例的USB Hub的方框圖。
圖5是顯示包括根據本發明電源控制裝置的另一較佳實施例的PC的方框圖。
具體實施例方式
為了能全面地了解本發明，這裡將參照附圖來討論較佳的實施例。圖2是USB Hub的方框圖，在該USB Hub中包含了根據本發明的電源控制裝置的第一較佳實施例。如圖2所示，USB Hub 200包括了通過各根USB線纜(如，0，1，2，和3)與主機10和其它USB設備110相耦合的多個USB接口單元210、250、251和252，信號檢測單元220、控制信號發生器230、電源供給單元240和內部電路201。USB包括傳輸信號的兩根線D+/D-和傳輸功率的兩根線+5V/GND。信號檢測單元220檢測USB接口單元210、250、251和252的每根數據線D+/D-上是否傳輸著有效的信號。控制信號發生器230響應最好從信號檢測單元220接收到的檢測結果信號S1來產生是否單獨或全部對內部電路201和/或外部USB設備110提供功率的功率控制信號。電源提供單元240可以響應功率控制信號S2向內部電路201和/或其它USB設備110提供功率，該功率可以由主機10通過相耦合的USB或通過AC適配器(未顯示)提供，或有選擇地關閉所提供的功率。
圖3是顯示圖2的信號檢測單元220的較佳實施例的方框圖。如圖3所示的信號檢測單元220最好能具有一個適用於每個USB接口單元(例如USB接口單元210、250、251或252)的檢測單元220n。然而，本發明並不是要僅僅局限於此。
每個檢測單元220n最好能包括NOR門電路220n1，它能將對應USB接口單元的兩根數據線D+/D-的信號進行或操作，隨後再對或的結果信號進行非操作；以及驅動級220n2，它用電流驅動相耦合的電路的輸入端，用於將對應的NOR(或非)門220n1的輸出取反。由於NOR(或非)門220n1的輸出是在驅動級220n2再次進行了反相操作，所以檢測單元220n最好對D+/D-線上的兩個信號進行OR(或)操作。
每個檢測單元220n所使用的功率最好是通過與主機10相耦合的電源線+5V/GND來提供，或由電源供給單元240提供。由於每個檢測單元220n都對D+/D-線上的兩個信號進行OR(或)操作，如果D+/D-線上兩個信號任何一個為高，則輸出或對應的檢測單元220n的輸出就變為高，且將該輸出施加到控制信號發生器230。只有當兩個信號都為低時，給控制信號發生器230的輸入信號(例如S1)變為低。
根據USB的標準，當通過USB所耦合的設備是處於工作狀態時，這時數據信號線D+/D-不能同時處於低電平狀態超過2msec。因此，控制信號發生器230一直在檢查來自信號檢測單元220的信號S1中是否存在維持低電平的狀態超過2msec的輸入。
如果控制信號發生器230的一個輸入信號S1是低電平或是超過規定周期(例如，2msec)的規定條件，那麼，主機10或通過數據信號線D+/D-相耦合且產生一個信號S1低電平超過規定周期的這個USB設備就會不工作或關閉，或對應的USB線纜斷開或不工作。因此，控制信號發生器230最好能通過產生從高到低的轉變來指示對應於超過2msec低電平的輸入的一個輸出或所有的輸出。
於是，如果輸入k(k為大於1整數(即，不為0))處於低電平超過2msec，則使得所對應的輸出k也為低。然而，如果輸入0是處於低電平超過2msec，則最好將所有的輸出0至輸出3都置於低電平。因為輸入0反映了主機10的工作狀態，所以當輸入0處於低電平超過2msec時，則所有的輸出都為低電平狀態。如果主機10沒有處於正常的工作狀態、或處於關閉狀態，或其USB線纜斷開或故障時，最好是所有外設不需要工作。然而，本發明並不是要局限於此。
電源供給單元240最好能關閉在控制信號發生器230輸出信號S2中對應於低狀態控制信號的電源功率。如果輸入0是低，則最好是由電源供給單元240將提供給內部電路201的功率關閉，如果輸入1是低的話，則可將用於數據機1101的功率關閉，如果輸入2是低的話，則可將用於掃描儀1102的功率關閉，而如果輸入3是低的話，則可將用於印表機1103的功率關閉。
因此，當主機10不能處於正常的工作狀態或正常的數據通信工作狀態時，USB Hub 200可以對其內部電路和所有相耦合的USB設備停止全部供電，而當與USB埠相耦合的個別USB設備不能處於正常工作或正常數據通信工作狀態時，就僅僅關閉該個別USB設備的功率。於是，就可以明顯地減少不必要的功率消耗。
在電源控制裝置的第一實施例中，對與USB Hub 200相耦合的每個USB設備100，都要檢測數據線D+/D-是否都保持超過2msec的低電平。然而，任一數據信號線對D+/D-上的不變狀態的持續時間可交替檢測到。在該實施例中，如果檢測到的持續時間超過預定的時間，即，如果有一個設備110不能在一個相對正常工作時間中通信數據，就將用於該設備的功率控制信號變為低LOW，以命令電源供給單元240關閉向該設備所提供的功率。
圖4是顯示根據本發明的電源控制裝置的第二較佳實施例的方框圖。將電源控制裝置的第二較佳實施例再次包含在USB Hub中。然而，本發明並不局限於此。
如圖4所示的，包含在USB Hub中的電源控制裝置最好可根據所接收到的主機10命令來進行電源供給控制的操作。對於這類控制操作，該裝置包括命令分析單元221，它取代了圖3中的信號檢測單元220和控制信號發生器230。正如圖4所示，命令分析單元221編譯從主機10接收的信號或通過數據信號線D+/D-所傳輸的信號。
命令分析單元221最好能對通過與主機10相耦合的數據信號線D+/D-傳輸的信號進行檢測，將檢測到的信號轉換成串行數據，串行數據與USB的信號格式相匹配，且在預先指定的位單元處提取在數據窗口中的數據位。如果需要的話，命令分析單元221還可以創建數據位並能通過數據信號線D+/D-向主機10傳輸所創建的數據位。
如果被提取的數據位表示著一預先定義的命令控制代碼(例如，功率命令代碼)，則命令編譯單元221就執行由命令控制代碼所指定的相應功率控制操作。否則，命令分析單元221就放棄該數據位，因為這些數據是在主機10和一個USB設備110之間所通信的普通數據。
如果被提取的命令控制代碼表明了主機10處於非正常工作狀態，命令編譯單元221就使所有的輸出S2變低，以關閉所有提供給內部電路201和相耦合的USB設備110的功率。在USB Hub 200中，只有內部電路201是關閉的，使得命令分析單元仍舊能夠接收和編譯主機10的信號。
當USB設備110和USB Hub 200不能與主機10在預定的時間周期(最好進行周期性判定)中通信時，主機10最好能發出命令控制代碼，來關閉相應提供的功率。然而，即使在功率關閉的期間，也應該對USB設備110的通信邏輯電路提供最低限度或足夠檢測來自主機10的通信重新起始信號的功率。在功率關閉的狀態中，當接收到來自主機10的功率開啟的命令控制代碼時，命令分析單元221使得所對應的輸出S2為高，以便於可以有選擇性地再次向內部電路201和USB設備110提供功率。
在電源控制裝置的第二較佳實施例中，USB設備可以產生表示「功率正在使用或沒有使用」的數據(例如，命令控制代碼)，且可以周期性地向主機10發送這些信號。當內部電路201和USB設備110在執行這種功能時，命令分析單元221一直檢測著通過數據信號線D+/D-所傳輸的信號，以確定哪一個USB設備沒有向主機10周期性地發出指示「功率正在使用或沒有使用」的數據。當確定了一個USB設備時，命令該USB設備關閉功率的功率控制信號就施加到電源供給單元240，以關閉所識別出的USB設備的功率。
圖5是顯示根據本發明的電源控制裝置的第三較佳實施例的方框圖。電源控制裝置的第三較佳實施例是包含在主計算機(例如，主機10)中。
正如圖5所示，包含在主計算機中的電源控制裝置310以及它的操作能夠減小或避免直接或通過Hub 200與主機10相耦合的一個或多個USB設備110的不必要功率消耗。Hub 200，內部電路201及其USB i/F 210在較佳實施例中可任選。
USB設備110和/或內部電路201通過電源供給單元340接收功率，該電源供給單元340最好由主機10使用電源控制裝置310進行控制。電源控制單元340最好能類似於上述討論的電源供給單元240。然而，本發明並不局限於此，可以使用其他依據指示提供功率的電源控制方案。而且，圖5僅僅顯示了流過電源供給設備340的功率信號。然而，流向USB設備的數據信號D+/D-也可以通過電源供給設備340來發送。
電源控制裝置310可以採用第一或第二較佳實施例的系統來實現。於是，電源控制裝置310能夠實現信號檢測器210和控制信號發生器230的功能，或者能夠實現命令分析單元221的功能，這些裝置如以上參照圖2-4所討論。因此，電源控制裝置310最好能檢測USB線纜(例如，0、1、2、3)的狀態和/或編譯USB線纜(例如，0，1，2，3)的數據信號。電源控制裝置310的工作結果最好能發送給控制USB設備110和/或內部電路221功率的電源供給單元340或類似單元。可以從電源控制裝置310通過USB的線纜0或類似物將結果發送給下遊的單元。例如，當USB設備110(例如，數據機)不能有效工作(例如，在指定的時間範圍內不能發送數據)時，電源控制裝置就可將命令置於預定值，並向電源供給單元340傳輸相同的命令。於是，類似於第一和第二實施例，電源控制裝置310能夠有選擇性地部分或全部減少或停止向一個或多個USB設備110提供功率。如果包括USB Hub 200，則可以分析通過數據線(例如，0)傳輸的數據信號D+/D-來確定內部電路201的有效工作狀態或無效工作狀態。
正如以上所討論的，根據本發明的電源控制裝置和方法的較佳實施例具有許多優點。適用於USB設備的電源控制裝置和方法的較佳實施例能夠減少或避免與主機相耦合的一個或多個USB設備的不必要的功率消耗。較佳實施例能夠監視通過數據線傳輸信號的條件，檢測通過數據線傳輸的信號狀態或編譯通過數據線傳輸所檢測到信號。另外，這樣的操作也可以在主機PC、數據Hub中或直接對所耦合的數據線來完成。
上述實施例以及優點僅僅是用於舉例說明的目的，並不構成對本發明的限制。本講義也可容易地應用到其它類型的裝置中。本發明的上述討論只是要解釋，而不是限制權利要求的範疇。對本領域的專業人士而言，很顯然可以產生許多更改，改進和變動。在權利要求中，方法-加-功能的條款試圖覆蓋上述討論的結構，以實現所敘述功能，且不僅可以實現結構等效，也可以實現等效結構。
權利要求
1.包含在能與相連接的主機通信數據的設備中的一種電源控制裝置，其特徵在於，包括數據檢測器，它能響應與主機相耦合的數據線所傳輸的信號狀態來輸出功率控制信號；以及，控制器，可根據所輸出的功率控制信號來控制至少一個內部電路和其它相耦合設備的供電。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於如果狀態表明主機處於不工作的狀態，則所述數據檢測器能輸出命令停止向內部電路和相耦合的設備供電的功率控制信號。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於當數據線上的信號超過規定時間間隔維持在一個電平上時，所述信號的第一狀態就是主機處於不工作的狀態。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於所述電平是低電平，且規定的時間間隔為2msec。
5.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述數據檢測器檢測通過每根與所述的其它相耦合設備中相對應的一個設備相耦合的數據線所傳輸的信號狀態，並根據檢測到的信號狀態輸出關閉其它耦合設備中所對應的一個設備供電的功率控制信號。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述數據線是採用通用串行總線(USB)標準中的D+和D-設計的信號線，並且所述設備是USB設備。
7.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述數據檢測器對數據線上的信號進行或(OR)操作，檢測或操作結果的一個規定電平的持續時間，以及根據檢測到的持續時間輸出功率控制信號。
8.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述數據檢測器對數據線上的信號進行邏輯操作，並監視邏輯操作結果維持在多個電平中的一個規定電平的時間間隔，以及根據監視到的時間間隔來輸出功率控制信號。
9.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述數據線是採用通用串行總線(USB)標準中的D+和D-設計的信號線，並且所述設備是USB設備。
10.包含在能與主機通信數據的設備中的一種電源控制裝置，其特徵在於，包括數據檢測器，它能檢測通過與主機相耦合的數據線所傳輸的信號，編譯檢測到的信號，以及根據所編譯的信息輸出功率控制信號；以及，控制器，可根據所輸出的功率控制信號來控制至少一個內部電路和其它相連接設備的功率。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於如果所編譯的信息表明對應的耦合設備處於不工作的狀態，則所述數據檢測器就輸出功率控制信號，以減少相對應耦合的設備的功率。
12.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於如果所編譯的信息表明主機已關機，則所述數據檢測器就輸出命令減少提供給內部電路和相耦合設備功率的功率控制信號。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於如果所編譯的信息表明主機已開機，則所述數據檢測器就輸出命令恢復提供給內部電路和相耦合設備功率的功率控制信號。
14.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於；所述數據線是採用通用串行總線(USB)標準中的D+和D-設計的信號線。
15.包含在能與主機通信數據的設備中的電源控制裝置，其特徵在於，包括數據檢測器，它能檢測表示功率消耗的信號，所述信號通過與主機相連接的通用串行總線(USB)數據線來傳輸，其中，所述數據檢測器根據是否能檢測到所述信號來輸出功率控制信號；以及，控制器，可根據所輸出的功率控制信號來控制相耦合的USB設備的供電。
16.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於指示功率消耗的信號可以周期性地傳輸。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於在傳輸的周期中，如果未能檢測到來自相對應的USB設備的信號，則所述數據檢測器就輸出命令停止向所述的USB設備之一提供功率的功率控制信號。
18.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於所述數據檢測器檢測每一個其它設備的信號並對所述的每一個其它設備輸出功率控制信號，且其中所述數據線是採用通用串行總線標準中的D+和D-設計的信號線。
19.一種計算機系統，其特徵在於，包括主計算機；多個與所述主計算機相耦合的通用串行總線(USB)設備，每個設備都可選擇性地具有有效和無效的至少一種狀態，其中，數據信號在所述主計算機和USB設備之間通信；以及，分析所述數據信號的控制器，其中，可根據所述分析來控制提供給至少一個USB設備的供電。
20.如權利要求17所述的計算機系統，包括在主計算機和一組USB設備之間耦合的USB Hub，其中，所述控制器在主計算機和Hub中的一個內。
21.如權利要求20所述的計算機系統，其特徵在於，包括與USB設備組相耦合的電源供給設備，它可以根據來自所述控制器的功率控制信號來停止對USB設備組中的一個或多個設備提供功率。
22.如權利要求21所述的計算機系統，其特徵在於所述控制器對在數據線上通過的數據信號進行邏輯操作，並監視邏輯操作結果信號中維持在多個電平中規定電平上的時間間隔，以及根據所監視的時間間隔輸出功率控制信號。
23.如權利要求19所述的計算機系統，其特徵在於所述分析執行檢測數據信號的狀態和編譯所檢測到的數據信號之一。
24.如權利要求19所述的計算機系統，其特徵在於所述控制器位於主計算機中。
25.如權利要求24所述的計算機系統，其特徵在於，包括與一組USB設備相耦合的電源供給設備，它可以根據來自所述控制器的功率控制信號來停止對USB設備組中的一個或多個設備提供功率。
26.如權利要求25所述的計算機系統，其特徵在於所述分析執行檢測數據信號的狀態和編譯所檢測到的數據信號之一。
27.一種用於控制與主計算機相連接設備的功率的方法，其特徵在於，包括分析通過通用串行總線(USB)接口的數據線所傳輸的信號；根據所述分析來確定功率控制信號；以及，根據所述功率控制信號，有選擇性地減少提供給至少一個設備的功率。
28.如權利要求27所述的方法，其特徵在於所述分析信號至少包含(1)檢測通過在多個設備中每一設備和主計算機之間的USB接口的數據信號的狀態，以及(2)編譯檢測到的主計算機和USB設備所傳輸的數據信號。
全文摘要
本發明涉及一種通用串行總線(USB)的裝置和方法，它能控制通過USB與主機相耦合的USB設備的功率，以及根據USB設備是否在工作的情況來控制相耦合的USB設備的功率。如果與主機耦合的對應數據線上的信號狀態表明主機或個別USB處於不工作狀態，則電源供給控制裝置和方法能夠中斷對USB內部電路和其它相耦合的USB設備的功率供給，以便減少或避免總的功率消耗。
文檔編號G06F1/32GK1405657SQ02142728
公開日2003年3月26日 申請日期2002年9月13日 優先權日2001年9月15日
發明者金瀅錫 申請人:Lg電子株式會社