本申请要求于2010年10月4日提交的美国临时申请No.61/389,616和于2011年5月20日提交的美国临时申请No.61/488,665的权益。上述申请的公开内容通过引用合并到本文中。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的,而并非意在限制本公开内容、本申请或用途。应该理解的是,在整个附图中对应的附图标记表示相似或者对应的部件和特征。
参照图1A至图1C,其示出了根据本公开内容的一个实施方式的远程访问器件10。为方便起见,远程访问器件10在贯穿后续论述中被简称为“器件10”。器件10具有被示为RJ-45端口(即插座)12的端口,该端口可以以至少三个不同的方式连接至服务器14。但是,要理解的是,当后续论述提及到服务器的连接时,器件10可能连接至许多其他类型的装置。例如,许多RS232串行的Avocent生产的器件的连接是到其他设备的连接而不是到服务器的连接。非常普遍的是到由Avocent公司和其他厂商生产的“智能”配电盘的连接,路由器非常普遍地连接(要么在RJ-45RS232控制台或者配置端口中直接连接、要么经由RJ连接至DB9适配器)。并且,器件10通常也支持在远程用户处的串行控制台应用,以与任何其他串行装置工作。但是重申一次,对于后续的论述,器件10和服务器14之间的连接是用于解释性的目的。
图1A示出了通常是Cat5线缆的线缆17a被用于将器件10的RJ-45端口12连接至服务器14的RS-232端口的第一方式。还可以通过使用在CAT5线缆的RJ线缆端上的RJ-45至DB-9适配器来进行从器件10到服务器14的连接,以使得服务器不必具有RJ-45对接的串行端口。
图1B示出了通常是Cat5线缆的线缆16b被用于将RJ-45端口12连接至服务器14的以太网端口16的第二方式。通常,这种连接使服务器的业务处理器(SP)能够使用以太网通信协议将关于服务器性能的各种类型的相关信息(例如,处理器利用率、温度等)传送到器件10。在此配置中,在器件10的端口与和服务器14的业务处理器关联的以太网端口16之间只有Cat5线缆。还应该理解的是,“以太网(业务处理器)16”接口仅是作为协议的以太网,而不是服务器14的主要以太网接口。也就是说,此接口仅是用于服务器14上的子系统(即,业务处理器)的下述用途:监控与服务器14相关的“健康”性能、整体利用率(CPU带宽、RAM等)、温度等。
图1C示出了涉及到数字机架接口插槽(DRIP)20的使用的第三种连接。DRIP20可以经由线缆20a耦接至器件10的RJ-45端口12。DRIP20也可以经由合适的线缆26耦接至服务器14的通用串行总线(USB)端口18,并且经由合适的线缆22耦接至VGA端口24。USB端口18使与键盘和鼠标相关的信息能够以串行形式传送到服务器14,或者从服务器14传送过来。从亚拉巴马(Alabama,AL)州亨茨维尔(Huntsville)市的Avocent公司可以获得DRIP20。DRIP20用于将来自服务器14的VGA端口24的视频信号进行数字化,并且将其置于以太网形式中以传送到器件10。DRIP20还可以用于将来自USB端口18的串行格式信号转换成以太网格式。器件10还可以包括自动感测子系统28、逻辑控制子系统30、主处理器32和电流调节的DRIP后备电源100,将结合图4在后续段落中描述。
将要理解的是,取决于与器件通信的装置是哪种类型,器件10可能需要经由其RJ-45端口12使用以太网协议信号或者串行协议信号来通信。器件10提供了下述显著优点:在没有来自数据中心个体的任何干预下,能够自动地感测出在其RJ-45端口处接收的是以太网协议信号还是串行协议信号。通过自动感测子系统28和控制逻辑子系统30与主处理器32的共同协作来实现这一点。自动感测子系统28有效地监测在RJ-45端口12上接收的信号,并且结合控制逻辑子系统30和主处理器32一起,自动地内在地配置各个电子元件以使得通信能够在器件10中被适当地路由和处理。
上述自动感测特征的一个显著益处是潜在地减少了在器件10上需要包括的端口的数量。如这里所述的“自动感测”端口的另一个显著优点是:器件10能够在没有被告知对方设备是否是串行、单独的KVM(即,没有被替代的业务处理器)、单独的业务处理器、或者KVM与业务处理器的组合的情况下确定要配置什么。具有可切换端口(不管由端口自动感测来完成还是由手工配置来完成)的优点是:通过器件上的数量x个端口(例如,40),用户可以增加要连接的下一个事物,并且只要该事物是被支持的(即,单独的业务处理器、串行、KVM、或KVM与业务处理器)之一,则该用户拥有可用于耦接下一个装置的端口。因此,该端口自动感测特征能够潜在地减少支持所有事物所需的端口,同时扩展器件10上的连接。
现在参照图2,图2示出了器件10的一部分的示意图,该示意图更加详细地示出了自动感测子系统28和控制逻辑子系统30。由虚线28表示自动感测子系统。第一半导体继电器34耦接至形成RJ-45端口12的插座的引脚1和引脚2。第二半导体继电器36耦接至同一插座的引脚3和引脚6。可以合并多个晶体管开关路径38和40以将直流电力耦接至DRIP20,并且可以设置晶体管开关路径42用于给DRIP提供附加的地线(相对于在RJ-45端口12引脚4上一直存在的地线的附加地线)。第一半导体继电器34被耦接至以太网变压器44和第一RS-232收发器46。本示例中的第一RS-232收发器46适于在RJ-45插座12处与具有ACS引出线配置的配套RJ-45插头进行串行连接时使用。ACS引出线配置是在行业中公认的引出线配置,并且由Avocent公司使用于从Avocent公司可获得的各种形式的数据中心设备的串行端口上。第二RS-232收发器48被并入且标以标识“Alt”,用于需要不同的预定引出线配置的串行装置。在图3的表格中给出的具体Alt引出线配置用于由Cisco公司和其他公司制造的各种串行装置。应该理解的是,可以潜在地合并其他对引出线,并且本公开内容不限于以任何两个特定的引出线配置使用。
如在后续段落中将详细解释的那样,以下也是显著的益处:自动感测子系统28能够自动地检测是ACS引出线还是Alt引出线正在用于连接至RJ-45端口12的RJ-45插头(因此用于外部串行装置)。在后续段落中也会详细描述该特征。在图3的表格中示出了ACS引出线和Alt引出线,以及用于以太网连接的引出线和由Avocent公司制造的DRIP20所使用的引出线。
进一步参照图2,RS-232收发器46和48两者都耦接至通用异步接收机/发射机(UART)50,并且以太网变压器44被耦接至10/100以太网/MAC/PHY接口子系统52。在上述元件的各个元件处的数字1至8表示来自控制逻辑子系统30的控制信号在哪里可被施加,以及哪个元件可以将信号传送到控制逻辑子系统30。RS-232收发器46和48的重要特性是感测何时在其引脚的任何引脚处存在有效RS-232输入电压的能力。因此,非常好地适于本申请的RS-232收发器的一个具体型号是3驱动器/5接收器SP3243E“智能”RS-232收发器,可以从若干销售商获得该收发器作为彼此替代品。销售商和型号包括Maxim公司的MAX3243、德州仪器(TexasInstruments)公司的MAX3243、Sipex公司的SP3243、Intersil公司的ICL3243和Exar公司的SP3243E。被称为“型号3243”类型的收发器的RS-232收发器的该具体型号具有“状态”输出(SP3243ERS-232收发器上的引脚21),该“状态”输出指示在其输入引脚的任何引脚处是否存在有效RS-232电压。该检测特征主要是针对低功率应用,在低功率应用中,当没有串行线缆插入到与RS-232收发器通信的串行端口中时,期望给RS-232收发器断电。然而本器件10的工作利用了普通10/100以太网电压超出(即,低于)有效RS-232信号电平的范围这一事实。因此,SP3243ERS-232收发器的“状态”输出引脚不会错误地将以太网信号检测为有效RS-232信号,因为与以太网信号关联的电压将低于有效RS-232信号的电压。该特性使得能够使用RJ-45端口12与器件10进行双向的以太网信号通信,无需两个RS-232收发器46和48识别以太网信号的存在并错误地将以太网信号解释为RS-232信号。
还是参照图2,两个半导体继电器34和36被示为处于其缺省位置(即,在以太网“模式”)。作为晶体管开关路径38至42处于如图2所示的位置中的结果,不能对DRIP20供电。来自形成RJ45端口12的插座的引脚1、2、3和6被连接至以太网变压器44。RS-232收发器46和48两者将被关闭。在引脚5、7和8上不存在信号,并且引脚4被接地。如果DRIP20是与RJ-45端口12耦接的部件,则DRIP20将从装置的USB端口接收电压,在一个示例中,上述装置的USB端口可以是如图1所示的服务器14的USB端口18。当RJ-45端口12开始与DRIP20通信时,主处理器32将几乎立即识别出以太网装置(即,DRIP20)已经连接至RJ-45端口12。在很短的时间段中(通常在数秒内),主处理器32将识别出该以太网装置是DRIP20,然后将给控制逻辑子系统30提供闭合晶体管开关路径38和40以及晶体管开关路径42的控制信号。这使得如果需要则直流电力(通常是+10.8伏特)被施加到要由DRIP20使用的RJ-45端口12的引脚7和引脚8上,并且在RJ-45端口12的引脚5上提供增加的接地返回路径(除了硬接的RJ-45引脚4接地返回路径之外的)。如果与DRIP20之间的会话因任何原因结束(例如,DRIP20被从RJ-45端口12拔出),则主处理器32将自动地且几乎立即地给控制逻辑子系统30发送信号以通过去激活晶体管开关路径38、40和42来断开对DRIP20的供电。这就中断了对RJ-45端口12的引脚7和引脚8施加直流电力,并且中断了到引脚5的地线。然后,关于器件10的DRIP供电线路,RJ-45端口12的那些引脚7、8和5将会看到高阻抗的断开电路。
如果DRIP20被物理地连接至形成RJ-45端口20的插座,但是在RJ-45端口12上没有检测到正在发生的以太网活动(来自DRIP20或者来自任何其他以太网设备),则主处理器32将给控制逻辑子系统30发送“自动感测”命令。这使得控制逻辑子系统30通过去激活晶体管开关路径38、40和42来断开DRIP20的电力,并且使RS-232收发器46和48断电。如图2所示,将使第一半导体继电器34将RJ-45端口12的引脚1和2连接至以太网变压器44。但是,控制逻辑子系统30将使第二半导体继电器36切换到“串行模式”。这使得RJ-45端口12的引脚3耦接至RS-232收发器46的TXD引脚并且耦接至RS-232收发器48的RXD引脚。这还使引脚6耦接至RS-232收发器46的RXD引脚并且耦接至RS-232收发器48的TXD引脚。然后,主处理器32将检查来自RS-232收发器46和48的状态信号,以寻找在RS-232收发器46或48的RXD引脚或者TXD引脚上存在的有效RS-232电压电平信号。
如果主处理器32检测到在RS-232收发器46上存在有效RS-232电压电平信号,其意味着存在RJ-45端口12的引脚6上的有效RS-232电平信号,这指示出刚刚发生了与具有ACS引出线的串行装置的连接。然后,主处理器32使能(加电)RS-232(ACS)收发器46并且生成到控制逻辑子系统30的控制信号以将半导体继电器34切换到串行模式,如图2中的虚线所表示的那样。这使RJ-45端口12的引脚1和引脚2与RS-232(ACS)收发器46的RTS引脚和DTR引脚连接。然后,将使用RS-232(ACS)收发器46完全地使能串行通信。
如果来自RS-232(Alt)收发器48的状态信号表示已经通过RJ-45端口12的引脚3在其RXD输入上接收到有效RS-232电平电压信号,则主处理器32给RS-232(Alt)收发器48加电,并且生成到控制逻辑子系统30的控制信号,该控制信号用于将半导体继电器34切换到串行模式,如图2中的虚线所示。在串行模式中,RJ-45端口12的引脚1和引脚2与RS-232(Alt)收发器48的CTS引脚和DCD/DSR引脚连接。形成RJ-45端口12的插座的引脚3和引脚6将通过半导体继电器36分别与RS-232(Alt)收发器48的RXD引脚和TXD引脚连接。然后,将使用RS-232(Alt)收发器48完全地使能串行通信。
如果RS-232收发器46和48生成到主处理器32的、指示在其输入上接收到有效RS-232电平电压信号的状态信号输出,则应理解无效串行引出线正被使用于已经耦接至RJ-45端口12的RJ-45插头上。在这种情况下,RS-232收发器46和48两者都会被主处理器断电。
如果RS-232收发器46或者48中的一个或者另一个正在工作,但是然后失去了RS-233电平信号,例如如果RJ-45插头被从RJ-45端口12移除,则主处理器32给控制逻辑子系统30发送控制信号,该控制信号使得控制逻辑子系统30将半导体继电器36切换回以太网模式(在图2中以实线示出)。然后,主处理器32等待短暂时间,例如等待5秒,然后关闭RS-232收发器46和48两者。此后,半导体继电器36将被切换回串行模式(在图2中以虚线示出)并且将继续对RS-232收发器46和48两者的状态输出进行自动感测,直到如上所述检测出以太网信号和有效RS-232电压信号。
重要的是要注意到:器件10能够区分ACS和Alt串行引出线,因为不存在如下RJ-45引脚,该RJ-45引脚是ACS引出线配置和Alt引出线配置二者中的输入。所以,当ACS引出线或者Alt引出线中一个或者另一个被使用时,两个RS-232收发器46或48中只有一个RS-232收发器将检测出RS-232信号输入电平。
如果以太网装置被连接至RJ-45端口12,则该以太网装置不会被检测成串行装置,并且上述操作序列将实现5秒延迟时间。该延迟时间使得以太网MAC/PHY52能够有时间建立链接。当主处理器32看到以太网链接时,主处理器32将告诉控制逻辑子系统30停止自动感测并且保持在以太网模式。在上述操作的任何时间点上,主处理器32可以询问控制逻辑子系统30,以确定RJ-45端口12的状态或者强制使RJ-45端口12进入特定模式。
这样,器件10的自动感测特征提供了显著的并且非常有利的方式,该方式用于监测并且立即检测到已经连接至其RJ-45端口的以太网装置或者串行装置的存在。更进一步的优点是:本公开内容的器件10能够自动地感测已经连接至其RJ-45端口的串行装置的具体引出线(即,ACS引出线或Alt引出线),并且能够在不需要数据中心个体在器件10上设置任何配置开关或者以其他方式做出任何动作的情况下,容纳所感测的引出线。在单个端口上既能够传送以太网协议信号又能够传送串行协议信号的能力也可以使在机架中能够使用单个的1-U高度的器件,并且具有下述能力:仅仅使用Cat5线缆(无加密锁(dongle)装置、RIP或者DRIP)就能够灵活地构造到以太网对接的业务处理器端口、或者Alt引出线或ACS引出线的RS232端口的任意组合的连接系统。串行端口可以与具有RJ-45到DB适配器的其他DB-连接器对接的串行端口一起使用。并且,当需要KVM时,DRIP可以用在器件10的任何端口(都支持以太网)上,并且可以被初始地安装,或者可以在使用业务处理器端口的情况下在以后添加。
现在参照图4,示出了器件10的后备电力子系统100。后备电力子系统100被设置用于生成到DRIP20的后备电源,并且因此为以下论述的目的,假设实施图1C所示的连接方案。换言之,DRIP20将器件10对接到服务器14的VGA端口24和USB端口18。
在图1C的连接方案中,在正常运行期间,从服务器14的USB端口18引出电力以给DRIP20供电。在服务器14关闭并且来自USB端口18的电力丢失的情况下,后备电力子系统100将提供充足的电力以保持DRIP20被通电,且从而保持以DRIP20进行的现有会话。为了实现这一点,后备电力子系统100可以合并第一分路电流调节器子系统102(后文中简称为“调节器子系统102”)以及第二分路电流调节器子系统104(后文中称为“调节器子系统104”),其中,第一分路电流调节器子系统102生成在与RJ-45端口12(即,形成该端口的插座)的引脚7连接的点106处的输出,而第二分路电流调节器子系统104生成在通过晶体管开关路径与RJ-45端口12的引脚8连接的点108处的输出。RJ-45端口12的引脚4通过整流二极管被接到器件10数字地(digitalground)用于从DRIP20的返回电流路径。针对从DRIP20的返回电流路径,RJ-45端口12的引脚5通过晶体管开关路径被接到器件10数字地。在此示例中,两个调节器子系统102和104的构造是相同的,但是不需要它们相同。
调节器子系统102包括精密分路电流调节器110(下文中称为“电流调节器”)、第一(通过)晶体管112和电流感测电阻器114。调节器子系统102给第二(开关)晶体管116提供电流。第三(关闭)晶体管118(被示为NPN晶体管)用于使第一晶体管112的正常调整操作无效,以完全地断开调节器的电流输出,在后续段落中将会详细描述这一点。
偏压网络120响应于来自控制电路122的信号,对开关晶体管路径进行操作,通过要么允许要么切断电流经由两个发送路径流向RJ-45端口12的引脚7和引脚8,以及通过要么允许要么切断电流从RJ-45端口12的引脚5流经一个回路,来在RJ-45端口12处开启或者关闭从器件10到DRIP20的电压。RJ-45端口12的引脚4一直允许电流返回路径,因为其既用做RJ-45端口12的RS232操作中的地,也用做现在描述的DRIP20供电操作中的地。在一个实施方式中,控制电路122可以包括现场可编程门阵列(FPGA)。被施加到电路点123的来自控制电路122的信号也控制第二晶体管116的开操作和关操作。在一个具体的形式中,可以使用控制到电路点123的控制输入的FPGA的3.3VTTL/IO引脚。RJ-45端口12的引脚4被连接至电路点124,电路点124又通过一对肖特基二极管126和128被接地。另一个肖特基二极管129在输出130处,输出130被接至RJ-45端口12的引脚7。这防止了电流流回到输出130中。
调节器子系统104在结构上基本与调节器子系统102相同,并且包括精密分路电流调节器132(下文中称为“电流调节器132”)、第一(通过)晶体管134和电流感测电阻器136。调节器子系统104给第二(开关)晶体管138提供电流。第三(关闭)晶体管140(被示为NPN晶体管)响应于被施加在其基底的来自控制电流122的信号,可以使第一晶体管134的正常调整操作无效,以完全地切断调节器的电流输出。第二晶体管138形成开关以控制流到输出142的输出电流,输出142被耦接至RJ-45端口12的引脚8。第二晶体管138的偏压也被偏压电路120通过电路线144所控制。肖特基二极管145被置为与输出142串联,以防止电流流到输出中。
要理解的是,在调节器子系统104和输出142处发生的操作将与针对调节器子系统102和输出130以上描述的操作一样。在一个实现方式中,调节器子系统102的电流调节器110可以包括从亚利桑那州Phoenix市的ON半导体股份有限公司可获得的CAT102TDI-G精密调节器。该CAT102TDI-G精密电流调节器包括内置比较器,并且生成精密的0.6V的内部精密基准电压,其内部的比较器使用该基准电压控制在其引脚3上的输出。
需要一开始理解的是,因为后备电力子系统100意在仅对DRIP20提供“后备”电力,所以在由后备电力子系统100给输出130和输出142施加任何电力之前,优选地存在若干条件。在使用DRIP20的正常运行期间,DRIP20将从服务器14的USB端口18得到电力。这也在某种程度上减轻了在使用DRIP20时的正常运行期间器件10的电源(未示出)上的负担。需要的第一条件可以是在电力被施加到输出130和输出142之前,在以太网装置的以太网MAC/PHY中存在以太网同步指示。器件10的CPU通过询问以太网装置可以获得该同步指示。除非并且直到存在这样的以太网同步信号,否则后备电力子系统100将优选地不将电力施加到输出130和输出142,并且不接通RJ-45的引脚5上的接地回线(通过晶体管146)。优选地在后备电力子系统100开始将电力施加到DRIP20之前存在的第二条件是:器件10已确认DRIP20实际上是耦接至器件10的RJ-45端口12的部件。该确认可以是下述形式:从DRIP20中的处理器或者其他元件接收到被器件10的主处理器32接收且识别的嵌入代码。这样的代码将对器件10确认其的确是实际耦接至其RJ-45端口12的DRIP20,而不是一些其他类型的以太网装置。最后,优选地存在的第三条件是:存在正在进行的KVM远程会话,该KVM远程会话涉及到远程用户使用器件10和DRIP20来访问与DRIP20附接的服务器。这在器件10处的用户使用本地接入的情况下会发生,但是当在以太网和/或因特网连接上的远程用户使用伴随器件10的远程访问软件的情况下最通常地发生。优选地,远程用户将登录到器件10并且将使用DRIP20来在DRIP20的KVM/USB接口与服务器14之间通信信息。优选地,只有当这三个条件都存在时,器件10的后备电力子系统100才开始将电力施加到引脚7和引脚8,并且接通在器件10上的RJ-45端口12的引脚5上的接地返回路径。
优选地,将要输出到RJ-45端口12的引脚7和引脚8的电压应该是足够得大以克服线损耗,该线损耗预计可能会发生在用于将DRIP20耦接至器件10的RJ-45端口12的线缆的长度上(在此示例中,是在Cat5线缆的“发送”线和“返回”线上)。这样的线缆的长度可以延长直至330英尺(大约100.5米)的工业标准。优选地,在RJ-45端口12的引脚7和引脚8处的相对于地的输出电压优选地比+12伏特低一些,在此示例中,该电压优选地为大约+10.8伏特。通过跨第一晶体管112、电流感测电阻器114、第二晶体管116和二极管129的四个压降来实现这一点,因为它们与输出130相关,并且也通过跨元件134、136、138和145的四个压降来实现这一点。即使当线缆延长至330英尺的长度,所产生的+10.8伏特输出预计足以补偿在Cat5线缆中的预期线损耗,同时仍低于由一组保护装置(ESD/钳位二极管)所确定的钳位电压,该钳位电压参考由器件10的电源(未示出)所提供的+12伏特底盘电压。非常期望该钳位电压既针对静电放电(ESD)也针对下述一些RS232电平来保护前述的型号3243RS232收发器,所述一些RS232电平能够被从可以与RJ-45端口12连接的串行装置合法地传送到RJ-45端口12(但是,在遵循RS232规格的较高电压时,RS232电压可能具有足够大的幅值以潜在地损坏型号3243RS232收发器)。将来自器件10的用于对DRIP20加回电的电压输出降低到低于通过钳位二极管和要被钳位的+12V电势所获得的正向钳位电压,防止了DRIP20加回电的电压的恒定钳位在RJ-45端口12的引脚7和引脚8上被关闭(putout)。该+10.8伏特的后备电源电压也在DRIP20处的后备电源电压中留下足够的“活动空间(headroom)”,以使得后备电源电压能够被DRIP20中的内部电压调整电路调整到更低的适当的电源电压。
现在转到后备电力子系统100的操作上,假设满足上述三个条件,并且假设后备电力子系统100正在生成到RJ-45端口12的引脚7和引脚8的后备电力信号(即,在输出130和142处)。第一晶体管112和134均在饱和状态,第二晶体管116和138两者都因由控制电路122施加到点123的信号而被接通。第三(即,关闭)晶体管118和140在此时都不导通。晶体管146经由从控制电路122施加到电路点123的信号而也处于导通状态,从而将RJ-45端口12的引脚5耦接至地。RJ-45端口12的引脚4经由连接至电路点124的肖特基二极管126和128接地。不论器件10是严格地以到一些外部串行装置的串行连接来工作还是以DRIP20来工作,引脚4都接地。实际上,通过使用如图所配置的两个肖特基二极管126和128将引脚4整流到地面用于串行操作。当DRIP20实际上从后备电力子系统100获得电力时,RJ-45端口12的引脚4和在RJ-45端口12的引脚5的路径中切换的晶体管形成用于给DRIP20供电的电流的返回路径。肖特基二极管126和128形成用于RJ-45端口12的引脚4上的RS232电流的全波整流器,以使得返回电流在流动方向上可以是正或负。这满足了在引脚4和路径上针对RS232电流和DRIP20电力返回电流两者所需的流动方向。无论RJ-45端口12的工作是什么,此配置对于RJ-45端口12的引脚4总是准备就绪。上述工作包括RJ-45端口12处于业务处理器以太网模式的工作、KVM模式的工作(加回电被启动或不被启动)、或者当RJ-45端口12处于串行模式的工作中。RJ-45端口12的引脚5的返回路径只需要处理其以引脚5与晶体管146之间的一个二极管满足的一个方向的电流流动,并且该晶体管146如同引脚5一样只针对KVM和DRIP加回电的一个模式被接地。
当DRIP20失去其来自USB端口18的主要电力时,则DRIR20开始从RJ-45端口12的引脚7和引脚8(即,从输出130和输出142)获得电流。后备电力子系统100提供了下述优点:其允许从引脚7和引脚8的每个引脚输出超出针对100ma设计的电流的轻微“电涌”。这是因为调节器102和调节器104是提供流经其设定分流点的恒定电流(在此情况下是100mA)的分路调节器,并且期望更大电流的任何附加负载将会降低调节器的输出电压(并且最终降低了分别到RJ-45端口12的引脚7和引脚8的130和142的输出)。当DRIP20开始获得电流时,电流调节器110和132、第一晶体管112和134以及电流感测电阻器114和136使DRIP20获得的电流能够瞬时升高到高于预定最大电流,该预定最大电流是通过感测电阻器114和136以及每个调整电路的+0.6V精密基准电压的值来设定的,这些基准电压通过内部的比较器与+0.6V精密基准电压进行比较。然后,被汲取的电流稳定在低于在正常操作的DRIP20供电场景中的预定最大电流以下的某个值上。在此示例中,感测电阻器均被示为6欧姆电阻器,其在RJ-45端口12的引脚7和引脚8的每个引脚处(即,在Cat5线缆的每个“发送”线上)提供了达100ma的输出电流。如果在引脚7和引脚8的每个引脚处期望200ma的输出电流,则感测电阻器114和136可以被改变成3欧姆。Cat5线缆的每个发送线的100ma的电流给DRIP20提供了达约1瓦特的功率,该1瓦特的功率是在电流调节器110和132开始分路电压的分路操作之前,DRIP20以最大线缆长度(具有沿每个方向的最大线损耗)可以汲取的功率,同时保持最大电流被汲取。但是,可以预见到大部分被设计成以该系统工作的DRIP需要1瓦特或更少的功率来以低功率模式运行(当被恢复供电时)。所以,即使器件10与DRIP20之间的Cat5线缆为330英尺的最大规定操作长度,1瓦特也足以使DRIP20在失去USB电力之后保持以低功率模式被供电。为了在DRIP20负载处提供1瓦特,选择能够从电流调节器110和132获得的到DRIP20的最大功率,以使得DRIP20只能够实施期望的“低功率模式”操作,其中只给DRIP20提供一些有限的功能。如果稍后期望这样做,通过在114和146处改变感测电阻器值,能够改变调节器以能够给DRIP20提供更大的容许电流值。所以,当DRIP20被从器件20恢复供电时,DRIP20的有限功能性可能放弃一些性能能力(例如,KVM视频采样),但是无论如何,DRIP20保持被加电。DRIP20能够非常快地启动KVM视频采样,以使得当来自服务器14的USB电力不能恢复时能够抓取BIOS屏幕的视频。
当通过DRIP20汲取的电流升高到比商定的电流(以及电阻器114和146设定在没有分路调整发生的情况下所允许的电流)更大的最大级——在本示例中,足以大于分路开始发生的、来自两个电流调节器110和132的总和200ma的分路设定,每个电流调节器中的内部晶体管将开始退出饱和。如果由DRIP20施加的负载逐渐地增加,则每个电流调节器中的内部晶体管将逐渐地退出饱和,或者如果由DRIP20施加的负载突然地增加,则将突然地退出饱和。当负载增加超过每个调节器100ma的限制时,在每个第一(即,通过)晶体管112和134的发射极处的电压将开始下降。如果负载的增加是逐渐的则该电压下降是逐渐的,如果负载的增加是突然的则该电压下降是突然的。电流调节器110和132看到的负载越大、直至达到短路状态,在第一晶体管112和134上的发射极电压将降低得越多,直到每个第一晶体管112和134的发射极电压降到近乎为零。并且在来自晶体管112和134的最低输出电压处,仍然有被提供给DRIP20的最大分路电流。也就是说,在该短路状态中,如果有仅1V或者更少的输出112和输出113,则在RJ-45端口12的引脚7和引脚8的输出中,仍有引脚7和8中每个100mA提供给这些引脚上的短路状态。但是,该方式的结果是:如果在DRIP20中发生短路状态,则将对RJ-45端口12的引脚7和引脚8基本上断开任何可用的电力。当调节器在器件10中已经完全分路其电压输出时,不管在DRIP20处可用的电流如何,DRIP20不能使用在RJ-45端口12处或者在Cat5线缆的DRIP20端存在的少量电压(在电势上甚至更小),来生成其用于工作的电压轨。如果短路状态逐渐地消失,则给DRIP20的电力将逐渐地返回(并且逐渐地变成对DRIP20的可用电力),而如果该状态从短路突然地消失,则对DRIP20可用的电力将同样突然地恢复到完全可用的电力。
现在考虑以下情况:DRIP20被连接至RJ-45端口12并且正常操作(即,由服务器14的USB端口18供电),或是否DRIP20由来自后备电力子系统100的电力供电。在任一情况下,如果DRIP20之后被从RJ-45端口12拔出,则主处理器32(图1)通过与DRIP20之间失去的以太网会话而几乎立即感测到该情况(通过看到在器件10中针对RJ-45端口12的以太网操作使用的MAC/PHY中失去了同步)。主处理器32将该条件通信给控制电路122。控制电路122将信号施加到电路点123,以使得到RJ-45端口12的引脚7和引脚8的电流几乎立即被中断。通过施加到电路点123的信号经由偏压网络120将开关晶体管116、138和146断开来实现这一点。而且,调节器的“关闭”晶体管118和140被驱至饱和(即,接通),其使电流调节器的通过晶体管112和134完全退出饱和。刚提到的这些晶体管中要改变状态以断开DRIP供电的最少晶体管是开关晶体管116、138和146。在没有可估的附加成本的情况下作为附加预防措施包括调节器的附加关闭。断开晶体管116和138的动作快速地中断了到电路点130和142的电流,并且因此几乎立即移除了来自RJ-45端口12的引脚7和引脚8的电力。同样地,不存在通过将DRIP20从Cat5线缆拔出且然后将Cat5线缆插入到不同的元件,或者通过将Cat5线缆从器件10的RJ-45端口12拔出且插入连接到其他装置的线缆中个体意外地损坏某些外部装置的合理可能性。
最后,如上所述,直到出现以上所解释的三个预定条件(即,DRIP20插入到RJ-45端口12,并且其身份被主处理器识别,以及正在进行会话),电力才会被施加到RJ-45端口12的引脚7和引脚8。在该状态期间,两个关闭NPN晶体管118和140将被接通,其完全断开了通过晶体管112和134。并且开关晶体管116、138和146都被断开。只有当DRIP20相关的三个预定操作条件都满足时,才会:(1)关闭晶体管118和140被断开;以及(2)开关晶体管116、138和146被接通,因此使得在输出130和142处能够产生电压。
通过上述内容,应理解后备电力子系统100形成了在DRIP20失去来自服务器14的USB端口18的电力而以太网会话正在进行的情况例如当服务器停机的情况下,给DRIP20提供后备电力的高效方式。这是一个显著的优点,因为其使用户能够仍然使用DRIP20来保持用户的以太网会话,并且因此当服务器14重启时,用户能够经由器件10与服务器14保持远程通信。特别重要的是,该特征使用户能够在服务器重启时看到服务器14生成的BIOS屏幕。后备电力子系统100也是非常有利的,这是因为在因任何原因(例如如果DRIP20被从器件10拔出)失去与DRIP20的会话的情况下,后备电力子系统100几乎立即移除施加到RJ-45端口12的引脚7和引脚8处的后备电力。再进一步地,除非主处理器32已经验证其正在与DRIP20通信并且以太网会话正在进行,否则后备电力子系统100不会给RJ-45端口12的引脚施加任何后备电力。这些附加的保护措施确保了由器件10提供的后备电力几乎不可能不小心地被施加到除了DRIP20之外的一些其他元件。
给DRIP20提供后备电力的能力也可以增加将代码升级加载到DRIP20中的便利性。例如,可以对DRIP20进行编程,以使得当DRIP20仅是与器件10耦接时,DRIP20能够由器件10以有限功能性模式(即,低功率)加电。换言之,在DRIP20和服务器之间不会进行任何连接;DRIP20将仅与Cat5线缆或者从器件10的输出端口而来的其他线缆耦接。然后,可以从器件10将代码加载到DRIP20中。还可以将DRIP20配置成使得通过该技术允许一个或更多个内部可编程存储器元件的初始闪存(flashing)。
应该理解的是,如果DRIP20被构造成具有向器件10报告其已经开始从器件10汲取电力这一事实的特性,则器件10可以容易地包括电力预算特性,通过该特性,器件10将只给最多预定数量的DRIP20供电。这将防止如果同时开始从器件10汲取后备电力的DRIP20的总和加起来大于器件的底盘电源能够支持的附加负载(没有降低底盘电源的使用寿命),则过度提取器件10的底盘电源的可能性。该方式确保了不可能使器件10的底盘电源被不小心超载。如果与器件10连接的所有DRIP20设备汲取了足够低的电流以被维持(所有DRIP20同时),则预算最大数量就不那么重要了。但是,如果后续期望将分路调节器102和104处的电流限制从每线100mA增大到更大的量,以使得允许DRIP20装置处的全功率模式,则本文档中对系统的整体描述仍可适应这一点。通过改变电流感测电阻器114和136的值以允许在分路操作之前的更大电流,每输出130和输出142的电流可以达到200mA用于输送电流(提供了从DRIP20处的两个Cat5线所接收的总共400mA电流)。通过该一个变化,在本文档中已经描述的何时开启电源何时断开电源的所有逻辑都保持不变。但是,对多少个DRIP20装置处于启动状态进行预算使得能够在器件10的多个端口上以该新示例的全功率模式(抽取(pull)低功率模式的1W功耗的两倍或者更多)运行若干DRIP20装置。对有多少个DRIP20装置、以及这些DRIP20装置应该从主底盘电源消耗多少功率进行预算的这种能力,使得器件10能够确定在对底盘电源过载之前其能够允许多少DRIP20具有功率。通过器件10开启或者关闭与这些端口中的每个端口关联的后备电力系统100(如前所述),来在逐端口的基础上对DRIP20装置允许或者不允许全功率。并且,在每(用于确定总的系统电流的)器件中的系统的端口12端口(在RJ-45端口12的引脚7和引脚8上)没有增加电流汲取监测装置的情况下完成这一点。该方式使得在对DRIP20供电系统进行电力预算的处理中能够显著地节省了成本。
现在参照图5,图5示出了根据本公开内容的一个实施方式的智能后备电力开关控制系统200。为了方便起见,在贯穿后续描述中,该智能后备电力开关控制系统被简称为“控制系统200”。
控制系统200可以包括处理器202和与处理器202通信的开关调节器电路204(在下文中简称为“调节器”204)。在一个实施方式中,调节器可以包括ADP2301开关调节器,ADP2301开关调节器可以从马萨诸塞州诺伍德市(Norwood)的AnalogDevice股份有限公司获得。USB电力输入端口206可以从服务器14接收USB电力,并且将该电力施加到第一电路线208,直流电力输入端口210可以从常规的外部降压变压器(未示出)接收+12V至+6V的电源信号,并且将该电源信号施加到第二电路线212。一旦满足上述三个所讨论的条件,输入端口214就可以从器件10接收后备电力,并且将该电力施加到第三电路线216。在本示例中,优选地,电力控制系统200的输出可以是在大约+4.6V至大约3.6V之间,其足以给DRIP20供电。
电路线218给处理器202提供“USB检测”信号,以使处理器知道何时检测到USB电力。“DC输入检测”电路线220给处理器202提供输入,以使处理器知道何时接收到来自外部变压器的直流输入信号。“器件后备电力检测”电路线222给处理器202提供信号,以使处理器知道器件10何时生成了到DRIP20的电力信号。
二极管224被串联置于第一电路线208中。第二二极管226被串联置于第二电路线212中,并且第三二极管228被串联置于第三电路线216中。二极管226和228的阴极在点(即,节点)230处被接在一起并且共同形成了二极管-或(diode-OR)布置。二极管224、226和228防止了从有源电路线(208、212或216)到无源电路线的任何电流泄露。输出电路线232在点(即,节点)234处被接到第一电路线208,并且接到调节器204的输出236。二极管224还位于输入端口和电路点234之间。输出电路线232从调节器204接收输出,该输出在本示例中可以是大约+3.6V。
在操作中,当从服务器14的USB端口18可以获得电力时,则在二极管224进行的电压下降之后在第一电路线208上存在大约+4.6V。即使可在输入端口210处从外部变压器获得直流电力,调节器204也会保持处于空闲状态,因为在电路线208上的电压(+4.6V)将高于调节器204的+3.6V输出。因此,只有从服务器14的USB端口18提供的电力会被用于给DRIP20供电。
处理器202监测检测线218、220和222,且在还没有从器件10接收到电力的情况下,只要处理器202没有检测到在输入端口210上存在直流电力(经由来自直流检测电路线220的信号),则处理器202将与器件10的主处理器32在电路线238上通信,以通知器件10的主处理器32来自器件10的后备电力可以被提供给DRIP20。一旦器件10开始生成到DRIP20的后备电力,该情况将会由处理器202经由器件后备电力检测线222检测到。
第二电路线212(外部直流电力)和第三电路线216(器件后备电力)被视为互相排斥。从第二电路线212获得电力不在软件控制之下。但是,在第三电路线216上获得电力(器件后备电力)是在软件控制下。“软件控制”意指:与处理器202的操作相关联地运行的软件控制处理器202何时在电路线238上生成消息,该消息通知器件10电力何时可被施加到输入端口214。要理解的是,输入端口214将经由合适的线缆例如Cat5线缆接到器件10的RJ-45端口12的引脚7和引脚8。只有当在输入端口210上不存在电力时,DRIP20才会在电路线238上生成通知器件10可以给输入端口214施加电力的信号。并且如前文所述,在验证了与之通信的以太网装置是DRIP20之后,器件10优选地只在RJ-45端口12的引脚7和引脚8上生成输出电力。
如果处理器202经由直流检测线220检测到在第二电路线212上已经可获得直流电力,而经由检测线222检测到在第三电路线216上可获得电力,则与处理器202一起工作的软件将经由电路线238给器件10发送信号。在此情况下,器件10可以通过断开施加到DRIP20的输入端口214的电力来作出响应。如果在一些特殊情况下,输入端口210和输入端口214两者要同时接收到电力,这也不会引起任何问题。电路线212和电路线216中哪个具有两个电压中较高的电压将是给调节器204提供电力的一个电路线。调节器204的输出将仍然处于其大约+3.6V的设定值。
实际上,当在输入端口206上失去或者不存在来自服务器14的USB端口18的电力时,并且在输入端口210或者输入端口214两者之一上存在电力时,调节器204只提供直流电力。但是如以上所解释的那样,电力通常不会存在于输入端口210和输入端口214两者之上,而是在一个上或者在另一个上。
在电力存在于输入端口206上并且给DRIP20供电、然后失去该电力的情况下,在节点234处的电压开始从+4.6V下降。该电压将会继续下降直到其达到针对调节器204所设定的+3.6V电平,调节器204在该点处将开始工作并且生成其+3.6V输出。只要在输入端口210和输入端口214中的一个或者另一个处接收到直流信号,则调节器204将保持+3.6V的输出存在。如果电力将会再次变得从输入端口206可以获得(由检测线218检测到),则在点234处的电压(以及因此调节器204的输出232)将开始从+3.6V升高到+4.6V。当电压升高到+3.6V以上时,调节器将自动地进入空闲状态,并且将使用来自服务器14的USB端口18的+4.6V直流信号给DRIP20的各个元件供电。
调节器204和处理器202的工作的具体优点是:从一个电源到不同电源的变化对系统功能性没有造成破坏。“没有造成破坏”的意思是:当电源转换发生时处理器202没有失去电力,因此永远不会进入到复位状态。从一个电源到不同电源的电力转换对DRIP20的工作呈现出“无缝”。因此,如果电源转换发生,则不会中断DRIP20可能已在处理的以太网会话。
DRIP20可以实现的附加特性是电力预算特性,借由电力预算特性,DRIP20的处理器202断开一个或更多个内部元件以有效地将DRIP20置于“低功耗”工作模式。当DRIP20由服务器的USB端口18供电且从输入端口210不能获得电力、然后失去在输入端口206处的USB电力时,可以实现该特性。在此情况下,调节器204可以开始使用来自输入端口214的电力来施加其+3.6V输出,并且处理器202可以同时采取附加的行动以实现下述项的一个或更多个:减小系统时钟速度;使存储器接口无效;使USB接口无效;以及使视频管线无效。这些动作的一个或更多个动作可以确保可能的多个DRIP20可以同时保持被供电以维持其与相应服务器之间的以太网会话,而DRIP不会共同地过度消耗器件10的底盘电源。
简要地参照图6,流程图300示出了智能电力控制系统200可以进行的操作序列的一个示例。该示出的示例性操作序列初始地假设DRIP20在输入端口206上接收USB电力启动并且运行。处理器202初始地读取检测线218、220和222,如操作302处所指示的那样。处理器202使用来自检测线218的信息确定是否存在USB电力,如操作304处所指示的那样。在此示例中,因为USB电力是初始地存在的,所以该电力将继续用于给DRIP20供电,如操作306处所指示的那样,并且调节器204将保持处于其空闲模式,如操作307处所指示的那样。操作307也可以包括:如果从检测线222上的信号还没有检测到存在后备电力,则对来自器件10的后备电力进行授权。但是,假设在操作304处的下一个检查期间,处理器202检测到不再存在USB电力。在此情况下,处理器202将通过之前在操作302处读取的信息来确定从输入端口210处的外部变压器是否可以获得直流电力,如操作308处所指示的那样。如果在操作308处指示出存在这样的电力,则处理器202将允许该电力用于给DRIP20供电,如操作310处所指示的那样。然后,如果来自器件10的后备电力被检测到存在于输入端口214上,则处理器202将禁用来自器件10的后备电力,如操作312处所指示的那样。然后将重复进行操作302。
从上述内容进一步地,现在考虑在操作304处的检查指示出已经失去USB电力,并且进一步地,根据操作308处的检查,不能从外部变压器获得直流电力。则处理器202将确定是否存在来自器件10的后备电力,如操作314处所指示的那样。如果存在来自器件10的后备电力,则将使用来自器件10的后备电力,如操作316处所指示的那样。
这样,系统200智能地对从与DRIP20耦接的各个电源可以获得的电力进行优先排序,以使得来自服务器的USB端口的电力具有最高优先级。来自器件10的后备电力被排列优先顺序、以使得只有当不能获得来自外部变压器的后备电力并且失去了来自服务器的USB端口的电力时才使用来自器件10的后备电力对DRIP20供电。而且,处理器202防止了如果可以获得来自外部变压器的直流电力,来自器件10的后备电力对DRIP20变得可用。而且,进行从一个电源到不同电源的切换,而对DRIP20的操作没有中断。
还要理解的是,当给出具体的电压电平以帮助示出上述的各个实施方式时,可以容易地修改这些电压电平以满足具体应用的需求。
已经描述了各个实施方式,然而本领域的技术人员将会认识到在不背离本公开内容的情况下做出的修改和变型。这些示例示出了各种实施方式而并非意在限制本公开内容。因此,本说明书和权利要求书应当被不受限制地解释,而仅具有鉴于相关的现有技术所必需的限制。