CN101021741A - 用于基于通用串行总线的装置的节电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

基于USB装置的节省功率消耗的系统和方法。该系统包括：电源，配置为产生第一电源电压；控制器，配置为接收第一电源电压并产生控制信号；和USB元件，配置为接收控制信号，且作为响应，以第一USB模式或第二USB模式操作。所述控制器还配置为处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第一逻辑状态。如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第二逻辑状态。

Description

用于基于通用串行总线的装置的节电系统和方法
技术领域
本发明针对集成电路。更具体的，本发明提供用于基于通用串行总线(USB)的装置的节电系统和方法。仅通过实例，将本发明施用于便携装置。但应认识到，本发明具有宽广得多的应用范围。
背景技术
集成电路或者说“IC”已经从单个硅芯片上制造的少量互联器件演化到数百万计的器件。当前的IC提供了远远超出最初想象的性能和复杂度。为了实现复杂性和电路密度(即能够填塞到给定芯片面积上的器件数目)上的进展，最小器件特征的尺寸，也公知为器件“几何特征(geometry)”，已经随着每一代IC而变得更小。半导体器件现在正以少于四分之一微米对径的特征来制造。
增长的电路密度不仅提高了IC的复杂度和性能，还向消费者提供了较低成本的零件。IC制造设施可价值数亿或者甚至于数十亿美元。每个制造设施会有一定的晶片生产量，每个晶片在其上会有一定数目的IC。因而，通过使IC的单独的器件更小，可在每个晶片上制造更多器件，这样增加了制造设施的输出。使器件更小是极具挑战性的，作为给定的制程，器件布局和/或系统设计一般仅向下作用到一定的特征尺寸。
此种限制的实例之一便是用于便携装置的通用串行总线(USB)芯片的功率消耗。过多的功率消耗可缩短电池需要再充电之前的使用时间。此外，高功率消耗可产生大量的热量，其会负面地影响装置性能，并且如果未采取适当保护措施甚至会损坏装置的元件。
从以上所述，可见需要改进的技术来管理基于USB的装置的功率消耗。
发明内容
本发明针对集成电路。更具体的，本发明提供用于基于通用串行总线(USB)的装置的节电系统和方法。仅通过实例，将本发明施用于便携装置。但应认识到，本发明具有宽广得多的应用范围。
在一个特定实施例中，本发明提供一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的系统。所述系统包括：电源，配置为产生第一电源电压，控制器，配置为接收所述第一电源电压并产生控制信号，和USB元件，配置为接收所述控制信号，且作为响应，以第一USB模式或第二USB模式操作。所述控制器还配置为处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则控制信号表示第一逻辑状态。如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则控制信号表示第二逻辑状态。所述USB元件还配置为在所述控制信号表示所述第一逻辑状态的情况下以所述第一USB模式操作，在所述控制信号表示所述第二逻辑状态的情况下以所述第二USB模式操作。所述第一USB模式与第一功率消耗水平关联，所述第二USB模式与第二功率消耗水平关联。所述第一功率消耗水平和所述第二功率消耗水平不同。
根据本发明另一个实施例，一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的系统包括：电源，配置为产生第一电源电压，控制器，配置为接收所述第一电源电压并产生控制信号，和USB元件，配置为接收所述控制信号，且作为响应，以第一USB模式或第二USB模式操作。所述电源还配置为在所述第一电源电压是从AC电压转换的情况下产生处于第一电压电平的所述第一电源电压。所述电源还配置为在所述第一电源电压是由电池直接提供的，或是从由所述电池供应的DC电压转换的情况下，产生处于第二电压电平的所述第一电源电压。所述控制器还配置为处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第一逻辑状态。如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第二逻辑状态。所述USB元件还配置为在所述控制信号表示所述第一逻辑状态的情况下以所述第一USB模式操作，在所述控制信号表示所述第二逻辑状态的情况下以所述第二USB模式操作。所述第一USB模式与第一功率消耗水平关联；并且所述第二USB模式与第二功率消耗水平关联。所述第一电压电平高于所述第二电压电平；并且所述第一功率消耗水平高于所述第二功率消耗水平。
根据又一实施例，一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的方法包括：产生第一电源电压，处理与所述第一电源电压关联的信息，基于至少与所述第一电源电压关联的信息而产生控制信号，接收所述控制信号，以及响应于所述控制信号在第一USB模式和第二USB模式之间进行切换。所述产生控制信号包括处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第一逻辑状态；并且如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第二逻辑状态。所述在第一USB模式和第二USB模式之间进行切换包括：如果所述控制信号从表示所述第一逻辑状态变到表示所述第二逻辑状态，则从所述第一USB模式切换到所述第二USB模式；如果所述控制信号从表示所述第二逻辑状态变到表示所述第一逻辑状态，则从所述第二USB模式切换到所述第一USB模式。所述第一USB模式与第一功率消耗水平关联；并且所述第二USB模式与第二功率消耗水平关联。所述第一功率消耗水平和所述第二功率消耗水平不同。
通过本发明可获得传统技术所不具有的很多益处。本发明的一些实施例提供一种系统和方法，用于在基于USB的装置的电源电压源于电池的情况下，从结构层面降低功率消耗。本发明特定实施例提供一种用于基于电压比较调节USB功率消耗的系统和方法。例如，如果用于基于USB的装置的电源电压较低，则该USB装置以支持较低数据速率的USB模式操作以节电。在另一实例中，如果用于基于USB的装置的电源电压较高，则该USB装置以支持较高数据速率的另一USB模式操作以改善性能。本发明的一些实施例利用控制器来提供控制信号，用于调节USB装置的操作模式。依赖于实施例，可获得一个或多个这些益处。贯穿本说明，将更详细地且更具体地在以下说明这些和其他的益处。
参照随后详述和附图，将更全面地理解本发明的多种另外的目的，特征和优势。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的简化的系统；
图2是根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的系统所使用的简化的控制器；
图3是根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的系统所使用的简化的电压比较器；
图4是示出根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的系统所使用的控制器性能的简化的示意图。
具体实施方式
本发明针对集成电路。更具体的，本发明提供一种用于基于通用串行总线(USB)的装置的节电系统和方法。仅通过实例，将本发明施用于便携装置。但应认识到，本发明具有宽广得多的应用范围。
图1是根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的简化系统。该图仅为实例，其不应过度地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员应认识到多种变化，替选和修改。系统100包括以下元件：
1.电源110；
2.控制器120；
3.USB元件130。
尽管以上使用用于系统100的选择的元件组示出，然而可存在多种替选，修改和变化。例如，一些元件可被扩展和/或合并。其他元件可被插入到上述元件中。依赖于实施例，元件的安排可与其它被替换的元件互换。贯穿本说明且在以下更具体地提供这些元件的进一步的细节。
电源110提供电源电压112到控制器120和USB元件130。电源电压112例如是直流(DC)电压。在一个实施例中，电源110从AC功率源接收交流(AC)电压并将AC电压转换成电源电压112。例如，所述AC电压是通过壁上插座接收的。在另一实施例中，电源电压112源自电池。电源电压112例如由电池直接提供。在另一实例中，该电源电压112是从由电池供应的电压转换的。
在一实施例中，如果电源电压源自AC功率源，则该电源电压处于第一电压电平。在另一实施例中，如果该电源电压源自电池，则该电源电压处于第二电压电平。例如，第一电压电平高于第二电压电平。
控制器120接收电源电压112，且作为响应，产生控制信号122。如果该电源电压112处于第一电压电平，则该控制信号122要求第一USB模式，其支持第一数据速率。如果该电源电压112处于第二电压电平，则该控制信号122要求第二USB模式，其支持第二数据速率。例如，第一数据速率高于第二数据速率。
图2是根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的系统所使用的简化控制器。该图仅为实例，其不应过度地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员应认识到多种变化，替选和修改。控制器120包括电阻210和220以及电压比较器230。
电阻210和220用作用于电源电压112的分压器。该分压器将电源电压112转换成输入电压236。该输入电压236由电压比较器230接收。如图2所示，电压比较器230还接收电源电压232、带隙参考电压234和地电压238。电源电压232例如，与电源电压112相同。在另一实例中，电源电压232与电源电压112不同。在一个实施例中，电源电压232使用电源电压112来产生。在另一实施例中，带隙参考电压234由带隙参考电压发生器提供。
电压比较器230将输入电压236与带隙参考电压234比较。响应于该比较，控制信号122处于逻辑高电平或逻辑低电平。例如，如果输入电压236高于带隙参考电压234，则控制信号122处于逻辑高电平。在另一实例中，如果输入电压236低于带隙参考电压234，则控制信号122处于逻辑低电平。在又一实例中，如果输入电压236等于带隙参考电压234，则控制信号122处于预定电压范围内。作为一个实例，控制信号122在逻辑低电平停留非常短的一段时间。
根据一个实施例，电源电压112对输入电压236的比率由S表示。例如，一预定电压等于带隙参考电压234乘以S。如果电源电压112高于预定门限电压，则控制信号122处于逻辑高电平。如果电源电压112低于预定门限电压，则控制信号122处于逻辑低电平。在又一实例中，如果电源电压112等于预定门限电压，则控制信号122处于预定电压范围内。作为一个实例，控制信号122在逻辑低电平停留非常短的一段时间。
图3是根据本发明一实施例的用于调节USB功率消耗的系统所使用的简化电压比较器。该图仅为实例，其不应过度地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员应认识到多种变化，替选和修改。电压比较器230包括多个晶体管，这些晶体管在电源电压232和地电压238之间被偏置。电源电压232例如等于1.8伏。如图3所示，多个晶体管包括晶体管310和320。晶体管310的栅极接收带隙参考电压234，且晶体管320的栅极接收输入电压236。带隙参考电压234例如等于0.4伏。如果输入电压236高于0.4伏，则控制信号122处于逻辑高电平。如果输入电压236低于0.4伏，则控制信号122处于逻辑低电平。在又一实例中，如果输入电压236等于0.4伏，则控制信号122处于预定电压范围内。作为一个实例，控制信号122在逻辑低电平停留非常短的一段时间。
图4是示出根据本发明的一个实施例用于调节USB功率消耗的系统所使用的控制器的性能的简化示意图。该图仅为实例，其不应过度地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员应认识到多种变化，替选和修改。
如图2所示，控制器120包括电阻210和220。例如，电阻210具有4KΩ电阻，且电阻220具有1KΩ电阻。因而，电源电压112对输入电压236的比率等于5，并且如果带隙参考电压234等于0.4伏，则预定门限电压变为2.0伏。
图4中，曲线410将电源电压112描述为时间的函数，而曲线420将控制信号122描述为时间的函数。如果电源电压112高于预定门限电压2.0伏，则控制信号122处于逻辑高电平。如果电源电压112低于预定门限电压2.0伏，则控制信号122处于逻辑低电平。如果电源电压112等于预定门限电压2.0伏，则控制信号122处于预定电压范围内。例如，逻辑高电平由1.8伏的电源电压232表示，并且逻辑低电平由地电压表示。
回到图1，USB元件130接收电源电压112和控制信号122。响应于控制信号122，该USB元件130以第一USB模式或第二USB模式操作。例如，如果控制信号122处于逻辑高电平，则USB元件130以第一USB模式操作。如果控制信号122处于逻辑低电平，则USB元件130以第二USB模式操作。在一个实施例中，第一USB模式是USB2.0，其可支持480兆位每秒(Mbps)的数据速率。在另一实施例中，第二USB模式是USB1.1，其可支持12Mbps的数据速率。USB元件130以第一USB模式或第二USB模式的操作使用电源电压112。
根据另一实施例，一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的系统包括电源，配置为产生第一电源电压，控制器，配置为接收第一电源电压并产生控制信号，和USB元件，配置为接收控制信号，且作为响应，以第一USB模式或第二USB模式操作。控制器还配置为处理与第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果第一电源电压高于预定门限电压，则控制信号表示第一逻辑状态。如果第一电源电压低于预定门限电压，则控制信号表示第二逻辑状态。USB元件还配置为在控制信号表示第一逻辑状态的情况下以第一USB模式操作，在控制信号表示第二逻辑状态的情况下以第二USB模式操作。第一USB模式与第一功率消耗水平关联，第二USB模式与第二功率消耗水平关联。第一功率消耗水平和第二功率消耗水平不同。该系统例如根据系统100来实施。
根据又一实施例，用于调节基于USB的装置的功率消耗的系统包括：电源，配置为产生第一电源电压，控制器，配置为接收第一电源电压并产生控制信号，和USB元件，配置为接收控制信号，且作为响应，以第一USB模式或第二USB模式操作。电源还配置为在第一电源电压是从AC电压转换的情况下产生处于第一电压电平的第一电源电压。电源还配置为在第一电源电压是由电池直接供应的，或是从由电池供应的DC电压转换的情况下，产生处于第二电压电平的第一电源电压。控制器还配置为处理与第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果第一电源电压高于预定门限电压，则控制信号表示第一逻辑状态。如果第一电源电压低于预定门限电压，则控制信号表示第二逻辑状态。所述USB元件还配置为在控制信号表示第一逻辑状态的情况下以第一USB模式操作，在控制信号表示第二逻辑状态的情况下以第二USB模式操作。第一USB模式与第一功率消耗水平关联，并且第二USB模式与第二功率消耗水平关联。第一电压电平高于第二电压电平，并且第一功率消耗水平高于第二功率消耗水平。该系统例如根据系统100来实施。
根据又一实施例，一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的方法包括：产生第一电源电压，处理与第一电源电压关联的信息，基于至少与第一电源电压关联的信息而产生控制信号，接收控制信号，以及响应控制信号在第一USB模式和第二USB模式之间进行切换。产生控制信号包括处理与第一电源电压和一预定门限电压关联的信息。如果第一电源电压高于预定门限电压，则控制信号表示第一逻辑状态，而如果第一电源电压低于预定门限电压，则控制信号表示第二逻辑状态。在第一USB模式和第二USB模式之间进行切换包括：如果控制信号从表示第一逻辑状态变到表示第二逻辑状态，则从第一USB模式切换到第二USB模式，且如果控制信号从表示第二逻辑状态变到表示第一逻辑状态，则从第二USB模式切换到第一USB模式。第一USB模式与第一功率消耗水平关联，并且第二USB模式与第二功率消耗水平关联。第一功率消耗水平和第二功率消耗水平不同。
例如，由系统100执行该方法。在另一实例中，第一功率消耗水平高于第二功率消耗水平。在又一实例中，第一USB模式与USB2.0关联，且第二USB模式与USB1.1关联。在又一实例中，第一电源电压是DC电压。在又一实例中，该方法还包括：如果第一电源电压是从AC电压转换的，则产生处于第一电压电平的第一电源电压，如果第一电源电压是由电池直接提供的，或是从由电池提供的DC电压转换的，则产生处于第二电压电平的第一电源电压。第一电压电平高于第二电压电平。在又一实例中，第一逻辑状态与逻辑高电平关联，且第二逻辑状态与逻辑低电平关联。
本发明具有多个优点。本发明的一些实施例提供了系统和方法，用于在基于USB的装置的电源电压源于电池的情况下，从结构层面降低功率消耗。本发明的特定实施例提供了用于基于电压比较来调节USB功率消耗的系统和方法。例如，如果用于基于USB的装置的电源电压较低，则该USB装置以支持较低数据速率的USB模式操作以节电。在另一实例中，如果用于基于USB的装置的电源电压较高，则该USB装置以支持较高数据速率的另一USB模式操作以改善性能。本发明的一些实施例利用控制器来提供控制信号用于调节USB装置的操作模式。
还应当理解，实例和实施例仅用以说明的目的，并且，对于本领域技术人员受其启发可得出的各种显见的修改和变化包括在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的系统，该系统包括：电源，配置为产生第一电源电压；
控制器，配置为接收所述第一电源电压并产生控制信号；
USB元件，配置为接收所述控制信号，且作为响应，以第一USB模式或第二USB模式操作；
其中：
所述控制器还配置为处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息；
如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第一逻辑状态；
如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第二逻辑状态；
所述USB元件还配置为在所述控制信号表示所述第一逻辑状态的情况下以所述第一USB模式操作，在所述控制信号表示所述第二逻辑状态的情况下以所述第二USB模式操作；
所述第一USB模式与第一功率消耗水平关联；
所述第二USB模式与第二功率消耗水平关联；
所述第一功率消耗水平和所述第二功率消耗水平不同。
2.如权利要求1的系统，其中所述第一功率消耗水平高于所述第二功率消耗水平。
3.如权利要求1的系统，其中：
所述第一USB模式与USB2.0关联；
所述第二USB模式与USB1.1关联。
4.如权利要求1的系统，其中所述第一电源电压是DC电压。
5.如权利要求1的系统，其中：
所述电源配置为在所述第一电源电压是从AC电压转换的情况下，产生处于第一电压电平的所述第一电源电压；
所述电源配置为在所述第一电源电压是由电池直接供应的，或是从由所述电池提供的DC电压转换的情况下，产生处于第二电压电平的所述第一电源电压。
6.如权利要求5的系统，其中所述第一电压电平高于所述第二电压电平。
7.如权利要求1的系统，其中所述USB元件还配置为接收所述第一电源电压。
8.如权利要求1的系统，其中：
所述控制器包括分压器和电压比较器；
所述分压器配置为接收所述第一电源电压和产生输入电压，所述输入电压与所述第一电源电压成比例；
所述电压比较器配置为接收所述输入电压和参考电压，处理与所述输入电压和所述参考电压关联的信息，并产生所述控制信号。
9.如权利要求8的系统，其中所述参考电压是带隙参考电压。
10.如权利要求8的系统，其中：
如果所述输入电压高于所述参考电压，则所述控制信号表示所述第一逻辑状态；
如果所述输入电压低于所述参考电压，则所述控制信号表示所述第二逻辑状态。
11.如权利要求8的系统，其中：
所述电压比较器还配置为接收第二电源电压和地电压；
所述第一电源电压和所述第二电源电压可以相同或不同。
12.如权利要求1的系统，其中：
所述第一逻辑状态与逻辑高电平关联；
所述第二逻辑状态与逻辑低电平关联。
13.一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的系统，该系统包括：
电源，配置为产生第一电源电压；
控制器，配置为接收所述第一电源电压并产生控制信号；
USB元件，配置为接收所述控制信号，且响应地，以第一USB模式或第二USB模式操作；
其中：
所述电源还配置为在所述第一电源电压是从AC电压转换的情况下，产生处于第一电压电平的所述第一电源电压；
所述电源还配置为在所述第一电源电压是由电池直接供应的，或是从由所述电池提供的第一DC电压转换的情况下，产生处于第二电压电平的所述第一电源电压；
所述控制器还配置为处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息；
如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第一逻辑状态；
如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第二逻辑状态；
所述USB元件还配置为在所述控制信号表示所述第一逻辑状态的情况下以所述第一USB模式操作，在所述控制信号表示所述第二逻辑状态的情况下以所述第二USB模式操作；
所述第一USB模式与第一功率消耗水平关联；
所述第二USB模式与第二功率消耗水平关联；
所述第一电压电平高于所述第二电压电平；
所述第一功率消耗水平高于所述第二功率消耗水平。
14.如权利要求13的系统，其中：
所述第一USB模式与USB2.0关联；
所述第二USB模式与USB1.1关联。
15.一种用于调节基于USB的装置的功率消耗的方法，该方法包括：
产生第一电源电压；
处理与所述第一电源电压关联的信息；
基于至少与所述第一电源电压关联的信息而产生控制信号；
接收所述控制信号；
响应所述控制信号，在第一USB模式和第二USB模式之间进行切换；
其中：
所述产生控制信号包括处理与所述第一电源电压和一预定门限电压关联的信息；
如果所述第一电源电压高于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第一逻辑状态；
如果所述第一电源电压低于所述预定门限电压，则所述控制信号表示第二逻辑状态；
其中所述在第一USB模式和第二USB模式之间进行切换包括：
如果所述控制信号从表示所述第一逻辑状态变到表示所述第二逻辑状态，则从所述第一USB模式切换到所述第二USB模式；
如果所述控制信号从表示所述第二逻辑状态变到表示所述第一逻辑状态，则从所述第二USB模式切换到所述第一USB模式；
其中：
所述第一USB模式与第一功率消耗水平关联；
所述第二USB模式与第二功率消耗水平关联；
所述第一功率消耗水平和所述第二功率消耗水平不同。
16.如权利要求15的方法，其中所述第一功率消耗水平高于所述第二功率消耗水平。
17.如权利要求15的方法，其中：
所述第一USB模式与USB2.0关联；
所述第二USB模式与USB1.1关联。
18.如权利要求15的方法，其中所述第一电源电压是DC电压。
19.如权利要求15的方法，其中：
如果所述第一电源电压是从AC电压转换的，则产生处于第一电压电平的所述第一电源电压；
如果所述第一电源电压是从电池直接供应的，或是从由所述电池供应的DC电压转换的，则产生处于第二电压电平的所述第一电源电压。
20.如权利要求19的方法，其中所述第一电压电平高于所述第二电压电平。
21.如权利要求15的方法，其中：
所述第一逻辑状态与逻辑高电平关联；
所述第二逻辑状态与逻辑低电平关联。
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