CN104951413B - 低功率通信装置及其关联的方法 - Google Patents

低功率通信装置及其关联的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104951413B
CN104951413B CN201410853970.6A CN201410853970A CN104951413B CN 104951413 B CN104951413 B CN 104951413B CN 201410853970 A CN201410853970 A CN 201410853970A CN 104951413 B CN104951413 B CN 104951413B
Authority
CN
China
Prior art keywords
communication link
oscillator
idle state
receiver
usb
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410853970.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104951413A (zh
Inventor
K·W·弗纳尔德
P·马特瓦斯
T·S·戴维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Silicon Laboratories Inc
Original Assignee
Silicon Laboratories Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Silicon Laboratories Inc filed Critical Silicon Laboratories Inc
Publication of CN104951413A publication Critical patent/CN104951413A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104951413B publication Critical patent/CN104951413B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0225—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
    • H04W52/0241—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal where no transmission is received, e.g. out of range of the transmitter
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0222—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave in packet switched networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0251—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of local events, e.g. events related to user activity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Information Transfer Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及低功率通信装置及其关联的方法。一种装置包括检测器，其用于检测传送信息的脉冲串或信息包的通信链路的空闲状态。该装置还包括具有低功率和正常操作模式的振荡器。该振荡器在通信链路的空闲状态期间转换为低功率模式。当通信链路处于非空闲状态时，振荡器退出低功率操作模式并进入正常操作模式。

Description

低功率通信装置及其关联的方法
相关申请的交叉引用
本专利申请涉及共同提交的代理人案卷号为SILA356、名称为“CommunicationApparatus with Improved Performance and Associated Methods(具有改善性能的通信装置及其关联的方法)”的美国专利申请。
技术领域
本公开总体涉及通信装置和方法，并且更具体地涉及改善性能的通信装置(例如通用串行总线(USB)通信装置)的装置及其关联的方法。
背景技术
典型的信息或数据处理系统或电子系统包括各种子系统或模块。子系统或模块可以提供各种功能。(例如，使用子系统的)系统的模块化特性给予系统设计者在设计和生产系统时更大的灵活性。
通过它们的特性，系统通常包括用于将两个或两个以上子系统或模块一起通信的装置。通信可以通过总线发生。这类总线的一个示例构成普遍存在的串行总线USB，USB在电子系统(例如数据处理系统、计算机等)的各个模块、子系统或电路系统之间提供通信。
自引入USB以来，已对其进行各种改进和改良。一个示例构成美国专利No.6917658，该专利公开了允许USB设备使用内部振荡器而不是晶体振荡器(或被锁定到晶体时钟的内部振荡器频率)来运行的时钟恢复方法。
发明内容
在示例性实施例中，设想各种低功率通信装置及其关联的方法。根据一个示例性实施例，一种装置包括检测器，其检测传送信息的脉冲串(burst)或信息包的通信链路的空闲状态。该装置还包括具有低功率和正常操作模式的振荡器。该振荡器在通信链路的空闲状态期间转换为低功率模式。当通信链路处于非空闲状态时，振荡器退出低功率操作模式并进入正常操作模式。
根据另一个示例性实施例，通信装置包括检测器和接收器，检测器检测传送信息的脉冲串或信息包的通信链路的空闲和非空闲状态，接收器经耦合以接收来自通信链路的信息。该接收器具有低功率和正常操作模式。该通信装置进一步包括控制器，其响应于检测器检测到通信链路的空闲状态而导致接收器转换为低功率操作模式。该控制器进一步响应于检测器检测到通信链路的非空闲状态而导致接收器退出低功率操作模式并进入正常操作模式。
根据另一个示例性实施例，一种操作被耦合到传送信息的脉冲串或信息包的通信链路的通信装置的方法包括在该通信链路的空闲状态期间以低功率操作模式操作振荡器。该方法进一步包括检测通信链路何时处于非空闲状态以便传送信息，以及当该通信链路处于非空闲状态时以正常操作模式操作振荡器。
附图说明
附图仅示出示例性实施例，因此不应被视为限制本申请或其权利要求的范围。本领域的普通技术人员应当明白，所公开的原理同样适用于其他等效的实施例。在附图中，用于不止一个绘图中的相同数字标志符表示相同、相似或等效功能、组件或块。
图1示出根据示例性实施例的其功耗可以被降低的系统的框图。
图2示出根据示例性实施例的使用USB协议传送信息的系统的框图。
图3示出根据示例性实施例的其功耗可以被降低的系统的更详细框图。
图4示出在示例性实施例中用于USB通信的示意图。
图5示出根据示例性实施例的用于USB通信的电路布置的框图。
图6示出用于实现振荡器74的示例性常规电路布置。
图7示出用于禁用振荡器74的常规电路布置。
图8示出用于实现用在示例性实施例中的比较器的电路布置。
图9示出根据示例性实施例的用于检测信息包结束(EOP)或复位条件的电路布置。
具体实施方式
所公开的原理总体涉及通信装置和方法，该装置和方法包括用于改善性能的通信装置(例如USB通信装置)的装置及其关联的方法。更具体地，本公开涉及用于降低通信电路系统(例如USB设备)的功耗的装置和方法。
降低通信电路系统的功耗可以通过使用下列技术中的一种或两种来实现：(a)当通信总线(例如，USB总线)处于空闲状态时降低功率；或(b)在经由总线传送的信息(例如，USB总线传入(incoming)业务量)将不被该设备接受或将被该设备拒绝的周期/时间段期间。对于上述情形(空闲总线和拒绝的业务量)中的每种情形，功率节约包括如下面详细讨论的两个部分。
所公开的用于降低功耗的技术可以被用在各种装置或系统中。图1示出根据示例性实施例的其功耗可以被降低的系统。在图1中的系统包括主机16(或通常是信息源)，其经由通信链路或总线14与外围设备10(或通常是信息的目的地)通信。
外围设备10包括通信电路12，其经由链路14耦合到主机16。因此，通信电路12为主机16和外围设备10提供传送信息的机制。在一些实施例中，通信电路12可以包括收发器，其允许经由链路14既接收又传送信息。
在示例性实施例中，经由通信链路14的信息通信可以周期性地发生。例如，在一些实施例中，信息以脉冲串传送。作为另一个示例，在一些实施例中，信息经由信息包传送。
需要注意，经由链路14通信的主机16和外围设备10可以驻留在相同的物理封装或外壳中，或它们可以驻留在不同的封装或外壳中。而且，需要注意，外围设备10和主机16中的任一个或两者都可以包括各种子系统或电路，其中一些所述各种子系统或电路经由链路14有利于信息通信。具体地，在图1中的实施例中，通信电路12包括用于降低通信电路12的功耗并因此降低外围设备10的功耗的电路系统(未示出)。
在一些实施例中，通信电路12可以是USB设备或包括提供与主机16通信的USB的电路系统。图2示出根据示例性实施例的这类系统。
在图2中示出的实施例中，链路14构成或包括USB总线。主机16包括USB主机22，其向/从USB总线14传送信息。正如本领域的普通技术人员所理解的，USB总线14包括用于电源的一根导线以及用于接地或基准电压的一根导线。USB总线14还包括用于差分信号的两根导线，该两根导线在图2中被分别标记为“D+”和“D-”。所述差分信号根据USB协议提供在主机16与外围设备10之间通信的手段。
在外围设备10中，通信电路12能够根据USB协议发送和/或接收信息。在所示的实施例中，通信电路12经由链路或总线20与数字/混合信号电路18通信。通过链路或总线20，通信电路12可以从数字/混合信号电路18接收信息或向数字/混合信号电路18提供信息。
在一些实施例中，数字/混合信号电路18可以包括与通信电路12相连接的数字电路系统，例如处理器、存储器等。在一些实施例中，数字/混合信号电路18可以包括微控制器单元(MCU)。数字/混合信号电路18(或MCU)可以包括数字电路系统(例如，存储器、处理电路系统、算法电路系统、逻辑电路系统等)。
数字/混合信号电路18(或MCU)可以进一步包括模拟或混合信号电路系统，例如模拟-数字转换器(ADC)、放大器、比较器等。需要注意，在一些实施例中，根据需要通信电路12可以是MCU的一部分，例如，集成在相同半导体管芯上成为MCU和/或包括在相同封装中成为MCU(例如，在多芯片模块中)。
如下面所详细描述的，本公开的一个方面涉及在设备处于空闲或等待传入信息(例如USB业务量、信息包等)时的周期期间禁用用于通信电路12的振荡器，以及当检测到传入业务量或信息时重新启用振荡器。换句话说，振荡器在设备是空闲时处于低功率状态或被禁用。当检测到传入业务量、信息或信息包时，例如通信链路处于非空闲状态时，振荡器处于正常或使能操作模式或状态。
在示例性实施例中，使用(到通信电路12或到外围设备10的)内部振荡器，例如基于电阻器-电容器(基于RC)的振荡器(其未在图1-2中示出；如下面详细描述的)。该振荡器可以相对快地被禁用和启用(例如，与晶体型振荡器相比)。换句话说，振荡器能够相对快地在正常与低功率操作模式或状态之间转换。
如下面所详细描述的，本公开的另一方面涉及当等待经由链路14的通信(例如传入USB信息包或业务量)发生时(例如，当总线是空闲时)，禁用通信电路12的部件或将其置于低功率状态。能够被禁用或置于低功率模式或状态的一个示例性电路系统是从链路14接收通信(例如信息包或信息的脉冲串)的接收器。当链路14处于非空闲状态或当发生其他事件时，接收器可以被启用或被置于正常操作模式或状态，如下面详细描述的。
图3示出根据示例性实施例的其功耗可以被降低的另一个系统的框图。类似于图1-2，图3中的系统包括主机16，其经由链路14与外围设备10通信。
还类似于图1-2，通信电路12耦合到链路14以从链路14接收信息和/或向链路14传输信息。参考图3，在所示的示例性实施例中，通信电路12包括振荡器74。振荡器74向通信电路12中的电路系统提供一个或更多个计时信号，例如时钟信号(一个或更多个)。
当外围设备10或通信电路12是空闲或等待传入信息时，振荡器74或振荡器74的部件可以被禁用或被置于低功率操作模式或状态(即，振荡器74可以部分或完全被禁用)。当检测到传入业务量或信息时，振荡器74被启用或被置于正常操作模式或状态。当振荡器74以正常操作模式或状态操作时(即，被启用)，如上所述，该振荡器向通信电路12中的电路系统提供一个或更多个计时信号。
同样，在特定时间段期间(例如当外围设备10或通信电路12是空闲或等待传入信息时)、在信息包将被拒绝期间或在特定其他条件(例如复位条件(在使用USB信令通信的实施例中))期间，(例如，通过禁止接收器56的偏置电流的一个或更多个)接收器56或接收器56的部件可以被禁用或被置于低功率操作模式或状态。
在其他时间期间，例如当上述条件不存在或接收器56应当接收(例如，在USB信令实施例中的有效信息包)的信息存在时，(例如，通过启用接收器56的偏置电流(一个或更多个))接收器56可以被启用或被置于正常操作模式或状态。接收器56此后可以从链路14接收信息。
参考图1-3，在一些实施例中，系统的全部或一部分可以是电池供电的、可移动或便携式的。在一些实施例中，所述系统的全部或一部分可以由替代或可再生能源(例如太阳能)或混合动力源(例如太阳能电池与电池的组合)供电。鉴于在这类应用中存在可用的相对少量的能量，具有降低功耗的用于通信电路的装置和技术通过延长电池寿命、增加“工作时间”(例如，推迟系统进入睡眠、休眠或关机模式或状态的时间点)或系统的活跃/有效时间等提供优点或好处。
如所指出的，在一些实施例中，通信电路12与USB总线通信(例如，参见图2-3)。由于USB信息包以同步模式开始，所以只要振荡器是稳定的并且在这个同步模式结束之前USB逻辑电路系统与传入数据位对齐，就没有数据丢失。图4示出以全速模式(USB支持各种速度等级的设备)操作的USB信息包的开始的示意图。
如图4所示，USB信号占用被标记为“J”和“K”的两个状态。当空闲时，USB信号占用“J”状态，例如当在全速模式时，信号D+具有逻辑高值而信号D-具有逻辑低值。在信息包开始时，所述同步模式开始，导致USB信号退出所述空闲状态。在图4中示出的“KJKJKJKK”序列是全速操作的同步模式。USB操作的另一些细节对于本领域的普通技术人员来说是已知的，因此不在这里描述。
同步模式随附信息包有效载荷，在此情况下，包括指示信息包是“NAK”信息包的信息包标识(ID)。通过接收USB控制器(被包括在外围设备10中并在下面详细描述)来使用同步模式，以使传入D+和D-信号的采样与所接收位的中心对齐。
在图4中，理想或优选采样时间近似是被标记为“40”在垂直线之间的中点。由于同步模式没有其他目的，所以接收USB控制器不需要正确采样所述同步模式的开始，只要在该模式结束时，所述控制器已经将其采样时间成功对齐就能够避免位误差。
为此，由接收USB控制器使用的本地时钟应当在传入同步模式的近似中途点或中点是稳定的，从而允许所述控制器使用所述同步模式的第二半与其采样时间对齐。
用于将采样时间与所述同步模式对齐的若干已知方法可以被使用。本领域的普通技术人员应当理解，根据所使用的对齐方法，可以期望所述本地时钟在某些情况下比所述同步模式的近似中点更早或更晚稳定。
利用上述关于同步模式和采样时间的事件的特性和序列，生成本地时钟的振荡器在总线是空闲时可以(全部或部分地)被禁用一段时间。当检测到所述同步模式的第一“K”状态时，所述振荡器可以接着被启用或重新启用。一般来说，振荡器可以保持启用直到数据或信息包已被接收、处理，并且任何适当或期望的响应已被传送返回到传输源，例如主机16。
在一些实施例中，振荡器被完全禁用，例如其功耗被降低到基本为零(忽略泄漏电流)。在一些实施例中，所述振荡器可以被部分禁用。例如，振荡可以被停止，但是振荡器模拟偏置电路可以保持启用以提供更快启动。
在一些实施例中，振荡器可以保持完全被启用，但是振荡器输出信号(例如，时钟)可以被数字选通到逻辑高或逻辑低状态。这样做降低了由使用时钟信号的USB逻辑电路系统所消耗的功率，这是因为典型电路(例如，使用互补金属氧化物半导体的电路，或CMOS器件)中的功耗取决于这类电路的工作频率。
通过选通振荡器输出，这类实施例提供与高品质因数(高Q)振荡器(例如晶体振荡器(具有相对慢的启动时间))或基于锁相环的振荡器的兼容性。在一些实施例中，在振荡器被提供给一个或更多个电路时，振荡器输出可以被数字选通，但是在其被提供给一个或更多个另一些电路时，保留可操作(例如，未被选通)。换句话说，一些电路可以停止接收有效时钟，而另一些电路继续接收有效时钟。这种技术在期望一些电路独立于通信总线的状态接收连续运行时钟信号的实施例中会是有利的。
图5示出根据示例性实施例的用于USB通信的电路布置的框图。差分接收器(被标记为“Diff.Receiver”)56感测D+与D-信号的差分状态并生成对应的逻辑1或0(或分别生成逻辑高或低)，所述逻辑提供给USB控制器59。差分接收器56的输出通常由USB控制器59采样和处理，以确定所接收的信息包有效载荷的位。
不过，当传送设备(例如，诸如图1-图3中的主机16的主机)将D+和D-信号两者都拉至逻辑低电平时，存在USB操作期间的时间。例如，USB主机通过将D+和D-信号两者都拉至逻辑低电平发出复位条件的信号。作为进一步示例，USB发射器通过将D+和D-信号两者都拉至逻辑低电平指示信息包结束，如图4所示。
由于差分接收器56在当两个信号都处于逻辑低电平时不能可靠指示(由于信号将是几乎相等的，差分接收器56的输出可能是不确定的)，图5中的USB收发器也包括一对单端接收器53。如上所述，单端接收器53被用于检测这类总线条件。
在示例性实施例中，单端接收器53能够被用于使用图5中的总线空闲检测器电路62中的逻辑电路系统检测USB信号的状态。例如，下面Verilog语句能够被用于检测总线上的空闲状态：
空闲(IDLE)＝速度(SPEED)？(DP&！DM)：(！DP&DM)；
其中SPEED处于全速操作的逻辑高电平以及低速操作的逻辑低电平，DP和DM分别是D+和D-单端接收器53的输出。
在一些实施例中，单端接收器可以被用于检测总线的空闲状态。例如，由于D+和D-两者在显著时间段内都处于逻辑高电平的状态对于USB接口是无效的，所以检测D+信号的状态的单端接收器53可足以(通过检测D+何时是逻辑高)检测在全速USB接口上的空闲条件。同样，对于低速USB接口，检测D-何时为逻辑高的单端接收器53可足以检测空闲条件。在一些实施例中，根据USB控制器是操作在全速模式还是低速模式，多路复用器可以被用于将单端接收器选择性耦合至D+或D-信号中。
使用单端接收器53而不是使用差分接收器56提供了振荡器74通常应当被USB复位信号重新启用的优点。如上所讨论的，USB复位信号可能不由差分接收器56可靠地检测到。
不过，需要注意，在一些实施例中，替代电路布置可以被用于检测总线状态，所述替代电路布置包括专用于该目的的电路。例如，通过上述Verilog语句生成的逻辑可以被用于直接检测总线状态，只要用于这类检测的数字门电路的逻辑阈值适合USB信令电平。
参考图5，总线空闲检测器电路62使用单端接收器53的输出以确定USB信号D+和D-的状态。当总线状态退出空闲状态(总线处于非空闲状态)时，如图4所示，总线空闲检测器电路62使用输出信号80经由振荡器和收发器控制电路71坚持对振荡器74的使能控制。
振荡器74具有相对快的启动时间(例如，与晶体振荡器相比)。振荡器74生成由USB控制器59中的逻辑电路使用的时钟信号以处理传入USB业务量。当USB控制器59指示传入信息包已被接收并且可选地被处理和/或被响应时，振荡器和收发器控制电路71能够自动撤销对振荡器74的使能。
在一些实施例中，振荡器74可以在一种条件下通过撤销其使能输入而被禁用，该条件可以由USB控制器59外面的电路进行检测。例如，检测USB总线在至少最小时间量内已处于空闲状态的电路可以触发撤销被提供给振荡器74的使能信号。如上面所指出的，USB总线在空闲时通常占用J状态。根据USB协议，除了在空闲时，USB总线不应保持在这个J状态超过约6个位周期。通常称为位填充的方法由USB协议规定以阻止在信息包传输期间J(或K)信令的长周期。这个方法允许电路通过检测总线何时已经处于J状态超过约6个位周期，来检测总线的真实空闲状态。在一些实施例中，这个电路可以使用单端接收器53的输出以检测空闲或J状态。
在示例性实施例中，撤销振荡器的使能能够立即发生或在可编程周期后发生，在可编程周期期间，USB信号D+和D-保持空闲。例如，振荡器74能够在USB信号保持空闲超出编程时间段的任何时间自动被禁用，所述编程时间段通过例如对振荡器循环计数进行测量。
在另一些实施例中，振荡器可以在传输或检测EOP条件(如下所述)后被禁用。在一些实施例中，将振荡器置回其禁用状态的任务能够被留给在处理器或其他设备(例如上述的MCU)上运行的固件。例如，在固件已对所接收的信息包执行任何必要的处理后，该固件可以设定或清除禁用振荡器74的寄存器位(未示出)。
振荡器74也能够由于其他系统事件被迫保持启用。例如，寄存器位(未示出)能够被提供，在当该寄存器位被在处理器或MCU中运行的固件设定或清除时，能够迫使振荡器独立于USB信号的状态保持启用。同样，从USB控制器59到处理器或MCU的任何挂起的中断能够迫使振荡器74保持启用。这可以被完成，以允许USB控制器59保持对处理器或MCU可用，以用于存取寄存器、有效载荷先进先出(FIFO)缓冲器等。
如USB规范所规定的，当总线在其空闲状态保持至少3ms时，USB设备应当进入暂停状态。这种布置允许主机通过停止到该设备的所有业务量(除此以外，希望主机每毫秒向全速USB设备发送至少一个帧开始(start-of-frame)信息包)来暂停该设备。
在常规USB接口中，3毫秒周期通常通过对USB振荡器的循环计数来测量。不过，在示例性实施例中，如上所述，当总线处于空闲时，振荡器74可以被禁用。在这种情况下，振荡器74将无法用于检测3毫秒周期。为了检测3毫秒空闲周期，若干替代方案可以被使用。
在一些实施例中，暂停计时器电路68被使用。暂停计时器电路可以从替代的低频(例如，32kHz)时钟源(未示出)获得时钟。该时钟源被用于对暂停计时器电路68计时，以测量总线上空闲时间的长度(例如，当总线是非空闲时，计时器自动返回到0，并且当总线不处于空闲状态时增加)。当暂停计时器电路68达到指示近似3ms的值时，振荡器74被重新启用以允许USB控制器59处理暂停请求。
USB规范包括当在总线上传输信息包时的规定的计时精度。对于全速USB操作，设备传输位的速率是12兆位/秒(MBPS)，其中误差不超出±0.25％。在典型USB控制器中，这个精度通过具有需要精度的USB振荡器来实现。在一些实施例中，这个振荡器精度可以通过晶体振荡器(或被锁定到晶振衍生时钟信号的内部振荡器频率)来实现。在另一些实施例中，所述精度可以通过并入调节内部RC振荡器的频率的时钟恢复电路77来实现。
如上所述，美国专利No.6917658公开了允许USB设备使用内部振荡器而不是晶体振荡器(或被锁定到晶体时钟的内部振荡器频率)来操作的时钟恢复方法。根据被选择以提供需要精度的方法，在一些实施例中，如上所述，当总线是空闲时，振荡器74可以被保持启用，但是到USB控制器59的振荡器输出时钟可以被数字地选通。例如，在美国专利No.6917658中公开的时钟恢复方法的情况下，振荡器可以保持启用以向时钟恢复电路77提供连续时钟。
振荡器74可以以各种方式实现。仅作为一个示例，在美国专利No.7395447中描述的电路系统可能被用于实现示例性实施例中的振荡器74。图6示出用于实现振荡器74的示例性电路布置。在图6所示的振荡器中，VREF(406)和比较器(402和404)通常消耗静态功率，而锁存器(408)和RC计时块(410)通常不消耗静态功率。在示例性实施例中，禁用消耗静态功率的振荡器组件是有利的。例如，VREF块(406)能够被禁用，如图7所示(在美国专利No.7395447中描述)。
参考图7中的VREF块，振荡器和收发器控制电路71(参见图5)的使能控制信号(ENABLE)激活通过电阻分压器的电流路径，所述电阻分压器用于生成VTRIP电压。当ENABLE信号具有逻辑低值时，VREF块406被禁用，使得其不消耗(或消耗很少)静态功率。不过，在一些实施例中，在空闲周期期间让VREF块406启用以在检测到传入USB信息包时提供振荡器74的更快启动可能是有利的。
图6示出作为振荡器电路的一部分的两个比较器402和404。图8示出用于实现示例性实施例中的比较器的电路布置。比较器经由晶体管96和99接收其输入。晶体管102和105构成电流镜。电流源93提供偏置电流到晶体管96和99。
用于振荡器74(未示出)的使能信号的补码驱动晶体管90的栅极。当使能信号处于逻辑高状态(以及其补码因此处于逻辑低状态)时，晶体管90接通，并启用比较器。相反，当使能信号处于逻辑低状态(以及其补码因此处于逻辑高状态)时，晶体管90关闭。在此情形下，从电源电压VDD到电流源93的路径被中断，这禁用所述比较器。
需要指出，在图6-8中所示的电路仅提供实现振荡器74及其关联的组件/电路的示例。如上面所指出的，存在用于实现振荡器74及其关联的组件/电路的各种替代方案。
本公开的另一方面涉及降低通信电路系统(例如USB设备或收发器)的功耗。当等待通信，例如传入USB信息包或业务量时(例如，当总线是空闲时)，这种技术禁用这类电路系统(例如，消耗相对大量的功率的部件)的功耗部件。
例如，差分接收器56(参见图5)通常消耗静态功率，例如独立于或近乎独立于在总线上存在什么业务量或业务量是否存在于总线上的功耗(静态功耗帮助实现期望的性能)。不过，在示例性实施例中，单端接收器53通常是CMOS缓冲器，当总线是空闲时，该单端接收器的功耗实际为零。
就像振荡器74，差分接收器56在同步模式的第二半期间以及在接收信息包有效载荷和开销业务量(例如循环冗余校验(CRC)字段等)期间被使用(以帮助采样对齐)。
只要差分接收器56在所述同步模式的大约中点是可操作的，传入信息包就能够被成功接收。在一些实施例中，差分接收器56在与振荡器74相同的大致时间实例下被启用和禁用。在另一些实施例中，差分接收器56可以在不同于振荡器74被启用和禁用的时间被启用和禁用。
在一些实施例中，单端接收器53的输出可以被用于实现与所述同步模式的对齐，从而允许差分接收器56保持禁用，直到接近所述同步模式的结束。与图8所示的比较器架构类似的比较器架构能够被用于禁用差分接收器56。如上所述，寄存器配置位也能够被提供以迫使USB接口在空闲周期期间保持收发器组件和/或振荡器组件(参见图5)启用。
在示例性实施例中，在将要被设备拒绝的传入信息包期间，通信电路12(例如，USB)的功耗通过禁止时钟(例如，USB时钟)和/或通信电路12的部件(例如USB差分收发器)来降低。例如，在USB设备的情况下，在一些应用中，传输设备(例如，主机16)能够比接收设备能够处理这些数据更快的向接收设备提供数据。
在一个具体示例中，一个USB应用程序可能从主计算机或设备传输数据，该数据将通过接收设备被传输穿过通用异步接收器发送器(UART)总线。由于USB总线通常能够以比UART高的多的比特率操作，数据的传入信息包可以比能够传输穿过UART更快地被接收。
在这类情况下，接收设备通常将拒绝传入信息包直到通过使用UART移动准备用于传输、来自先前接受的信息包的数据，使设备的信息包先进先出(FIFO)缓冲器的空间可用。所述设备通过用被传输回到主机的NAK信息包回应来拒绝传入信息包。根据USB和UART的相对比特率，总的设备功耗的相对大的部分会在由设备将拒绝的接受数据中被浪费，这是因为USB主机通常在NAK被该设备返回之前传送包括其数据有效载荷的整个信息包。
根据所公开原理的一个方面，接收设备(例如USB设备)的时钟信号(一个或更多个)和/或差分收发器在接收要拒绝的信息包的某一部分期间被禁用。USB的特定情况提供这种技术的示例。
每个USB信息包包括SYNC字段、信息包ID(PID)、带有其CRC字段的可选数据有效载荷以及EOP条件。接收USB设备通常决定在接收到PID后，即在数据有效载荷到达之前，将拒绝信息包。这个决定通常取决于在接收到PID时，接收设备在其缓冲器中是否具有存储传入信息包的足够的空间。
在示例性实施例中，接收设备(例如通信电路12)能够在接收所拒绝的信息包的PID之后不久禁用其时钟信号(一个或更多个)和/或收发器电路系统。由于与大得多的潜在有效载荷相比，SYNC和PID占用16位，所以这个特征允许接收设备在所拒绝的信息包传输的持续时间的大部分时间内保持相对低功率状态。
如上所述，一旦所述设备决定拒绝传入信息包，其禁用USB时钟和/或差分收发器(例如，差分接收器56)。不过，在一些实施例中，不像上述描述的特征，其中振荡器74通过非空闲USB业务量被重新启用，时钟信号(一个或更多个)和/或收发器电路保持禁用直到检测到传入拒绝信息包的结束。
用于检测信息包的结束的一种技术是检测总线上的USB EOP条件。如图4所示，EOP由近似2个位周期组成，在所述近似2个位周期期间，D+和D-信号两者都被拉至逻辑低状态。检测EOP导致USB设备重新启用其时钟信号(一个或更多个)和/或差分收发器(例如，差分接收器56)，以便将NAK信息包传输回到主机。如关于总线上的空闲周期所描述的，一旦NAK信息包被传输，该总线通常将是空闲的并且该设备还可以进入其低功率状态。
当处于传入拒绝的信息包期间的低功率状态时，如果总线上检测到未预期的状态，那么振荡器74和/或差分接收器56还可以留在其低功率状态。例如，如果EOP由于通信错误而导致丢失，该设备不能以其他方式及时退出传输NAK信息包到主机的低功率状态。
为了避免这类问题，例如当在总线上检测到复位条件或空闲总线周期比预定时间段更长时，接收设备也可以退出其低功率状态。例如，如上所述，如果在总线上检测到J状态超出近似6个位周期，这指示真实总线空闲状态，其与在正常信息包传输期间能够出现J状态的较短持续时间相反，那么该接收设备可以退出其低功率状态。
复位条件也由长周期组成，在该长周期期间D+和D-信号两者都被拉至逻辑低状态。因此，在示例性实施例中，检测EOP的相同电路也能够用于检测复位条件。
同样，上述相同的空闲检测方法(例如，总线空闲检测器电路62)能够用于检测大于例如7个位时间的空闲周期。由于USB时钟可能被禁用，这个周期能够使用替代时钟源或用于生成适当时间长度的鉴别脉冲的模拟电路来量化。在一些实施例中，这个7个位空闲周期能够用于退出低功率状态，而不是使用EOP检测来退出低功率状态。
图9示出根据示例性实施例的用于检测信息包结束(EOP)或复位条件的电路布置。当D+和D-信号两者都被驱动到逻辑低电平时，OR门120的输出具有逻辑低值。电阻器123和电容器126用作RC组合或滤波器。在由RC组合定义的时间周期后，到施密特反相器129的输入端变为逻辑低状态而其输出端变为逻辑高状态。
在EOP周期结束时，D+和/或D-变为逻辑高状态，这导致OR门120的输出端返回到逻辑高状态。在OR门120的输出端的转换导致对施密特反相器129的输出到D触发器132计时，指示检测到的EOP的结束。对于复位条件的检测，施密特反相器129的输出能够被直接使用。
RC组合或滤波器允许短周期内拒绝，在该短周期期间，D+和D-出现逻辑低状态，例如在从D+＝逻辑高、D-＝逻辑低的状态转换到D+＝逻辑低以及D-＝逻辑高的状态期间。RC时间常数的值可以根据位时间进行设定或设计。例如，大约是位时间一半的RC时间常数能够拒绝这类故障，该这类故障可能以其他方式被错误解译为EOP事件。
虽然一些公开的实施例涉及低速和全速USB通信，本领域的普通技术人员应当理解，可以设想包括高速USB的其他通信装置和方法都在本公开的范围内。具体地，高速USB使用类似的信令术语和协议在设备之间通信。例如，高速USB使用J和K信令状态(其被定义为电流被传送到终端阻抗而不是电压被传送到终端阻抗的状态)，并以同步模式开始传输信息包。
参考附图，本领域的普通技术人员应当注意，所示出的各个块可能主要描写概念功能和信号流。实际电路实施方式可能或可能不包含用于各个功能块的单独可识别硬件并且可能或可能不使用所示出的特定电路系统。例如，根据需要，本领域的技术人员可以将各个块的功能组合为一个电路块。此外，根据需要，本领域的技术人员可以实现若干电路块中单个块的功能。电路实施方式的选择取决于各个因素，例如对于给定的实施方式的具体设计和性能规范。除了本文描述的那些实施例以外，另一些更改和替代的实施例对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。因此，本描述向本领域的技术人员教导执行本公开的原理的方式，因此应被解释为仅是说明性的。
所示出和描述的形式和实施例应该被视为说明性的实施例。在没有偏离本文献所公开原理的范围的情况下，本领域的技术人员可以对部件的形状、尺寸和布置进行各种改变。例如，本领域的技术人员可以用等效元件替代本文示出和描述的元件。另外，在没有脱离本公开原理的范围的情况下，本领域的技术人员可以独立于另一些特征的使用而使用本公开原理的某些特征。

Claims (20)

1.一种通信装置，其包括：
检测器，其用于检测传送信息的脉冲串或信息包的通信链路的空闲状态，所述检测器包括：
至少一个单端接收器，用以对所述通信链路的信号电平采样；和
总线空闲检测器，其被耦合到所述至少一个单端接收器以检测所述通信链路的所述空闲状态；以及
具有低功率操作模式和正常操作模式的振荡器，所述振荡器在所述通信链路的所述空闲状态期间转换为所述低功率操作模式，在所述通信链路的非空闲状态期间，所述振荡器退出所述低功率操作模式并进入所述正常操作模式，其中在所述装置进入暂停状态之前，所述振荡器在所述通信链路处于空闲状态时被禁用。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述振荡器操作在所述正常操作模式直到从所述通信链路已接收到一些信息。
3.根据权利要求2所述的通信装置，其中当从所述通信链路已接收到所述信息时，所述振荡器退出所述正常操作模式并进入所述低功率操作模式。
4.根据权利要求1所述的通信装置，其中在所述低功率操作模式期间，所述振荡器通过中断所述振荡器中的至少一个偏置电流被禁用。
5.根据权利要求1所述的通信装置，其中在所述低功率操作模式期间，所述振荡器被部分地禁用。
6.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述通信链路传送通用串行总线信息包即USB信息包。
7.根据权利要求1所述的通信装置，其进一步包括暂停计时器，所述暂停计时器由耦合到所述暂停计时器的时钟源计时，以测量所述通信链路上的空闲时间的长度。
8.一种通信装置，其包括：
检测器，其用于检测传送信息的脉冲串或信息包的通信链路的空闲状态和非空闲状态，所述检测器包括：
至少一个单端接收器，用以对所述通信链路的信号电平采样；和
总线空闲检测器，其被耦合到所述至少一个单端接收器以检测所述通信链路的所述空闲状态；以及
经耦合以接收来自所述通信链路的信息的接收器，所述接收器具有低功率操作模式和正常操作模式；以及
控制器，其响应于所述检测器检测到所述通信链路的所述空闲状态导致所述接收器转换为所述低功率操作模式，所述控制器响应于所述检测器检测到所述通信链路的所述非空闲状态进一步导致所述接收器退出所述低功率操作模式并进入所述正常操作模式，其中在所述通信装置进入暂停状态之前，在所述通信链路处于空闲状态时，导致所述接收器转换为低功率操作模式。
9.根据权利要求8所述的通信装置，其中所述接收器在所述低功率操作模式期间被禁用。
10.根据权利要求8所述的通信装置，其中所述通信链路传送通用串行总线信息包即USB信息包。
11.根据权利要求8所述的通信装置，其中所述接收器包括差分接收器电路系统，以从所述通信链路接收USB信号。
12.根据权利要求8所述的通信装置，其进一步包括收发器，所述收发器从所述通信链路接收信息并向所述通信链路传输信息，其中所述接收器是所述收发器电路的一部分。
13.根据权利要求8所述的通信装置，其进一步包括暂停计时器，所述暂停计时器由耦合到所述暂停计时器的时钟源计时，以测量所述通信链路上的空闲时间的长度。
14.一种操作被耦合到通信链路的通信装置的方法，所述通信链路传送信息的脉冲串或信息包，所述方法包括：
通过利用至少一个单端接收器对所述通信链路的信号电平采样来检测所述通信链路的空闲状态；
在所述通信链路的所述空闲状态期间，以低功率操作模式操作振荡器；
检测所述通信链路何时处于非空闲状态，以便传送信息；
当所述通信链路处于所述非空闲状态时，以正常操作模式操作所述振荡器；以及
利用差分接收器从所述通信链路接收USB信息包，其中所述差分接收器在所述通信链路的所述空闲状态期间被禁用，其中在所述通信装置进入暂停状态之前，所述振荡器在所述通信链路处于空闲状态时被禁用。
15.根据权利要求14所述的方法，其中以所述正常操作模式操作所述振荡器包括操作所述振荡器直到从所述通信链路已接收到一些信息。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括当从所述通信链路已接收到所述信息时，以所述低功率操作模式操作所述振荡器。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述通信链路传送通用串行总线信息包即USB信息包。
18.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
使用暂停计时器测量所述通信链路上的空闲时间的长度；以及
通过使用耦合到所述暂停计时器的时钟源对所述暂停计时器计时。
19.根据权利要求14所述的方法，其中在所述通信链路的所述空闲状态期间以所述低功率操作模式操作所述振荡器包括通过中断所述振荡器中的至少一个偏置电流来禁用所述振荡器。
20.根据权利要求14所述的方法，其中在所述通信链路的所述空闲状态期间以所述低功率操作模式操作所述振荡器包括部分禁用所述振荡器。
CN201410853970.6A 2014-03-24 2014-12-31 低功率通信装置及其关联的方法 Active CN104951413B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/224,048 US9713090B2 (en) 2014-03-24 2014-03-24 Low-power communication apparatus and associated methods
US14/224,048 2014-03-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104951413A CN104951413A (zh) 2015-09-30
CN104951413B true CN104951413B (zh) 2020-05-01

Family

ID=54143432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410853970.6A Active CN104951413B (zh) 2014-03-24 2014-12-31 低功率通信装置及其关联的方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9713090B2 (zh)
CN (1) CN104951413B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024010630A1 (en) * 2022-07-06 2024-01-11 Intel Corporation Dynamic spread-spectrum-clocking control

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10289579B2 (en) * 2015-12-10 2019-05-14 Qualcomm Incorporated Digital aggregation of interrupts from peripheral devices
US10331592B2 (en) * 2016-05-28 2019-06-25 Silicon Laboratories Inc. Communication apparatus with direct control and associated methods
US10291755B2 (en) * 2017-07-14 2019-05-14 Silicon Laboratories Inc. Systems and methods for adaptive scanning and/or advertising
CN109445564A (zh) * 2018-10-19 2019-03-08 歌尔科技有限公司 一种usb音频类设备及其控制方法、装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6085325A (en) * 1996-12-16 2000-07-04 Intel Corporation Method and apparatus for supporting power conservation operation modes
CN1653397A (zh) * 2002-05-13 2005-08-10 摩托罗拉公司(在特拉华州注册的公司) 在电子装置中的同步时钟允许
CN1706143A (zh) * 2002-09-16 2005-12-07 希格纳尔集成产品公司 突发通信的时钟恢复方法
CN103141066A (zh) * 2010-10-12 2013-06-05 松下电器产业株式会社 发送电路、接收电路、发送方法、接收方法、通信系统及其通信方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6467042B1 (en) 2000-12-27 2002-10-15 Cypress Semiconductor Corporation Method and/or apparatus for lowering power consumption in a peripheral device
US7197578B1 (en) 2002-06-28 2007-03-27 Cypress Semiconductor Corp. Power management system for bridge circuit
US7395447B2 (en) 2002-09-16 2008-07-01 Silicon Labs Cp, Inc. Precision oscillator for an asynchronous transmission system
KR100579053B1 (ko) 2004-08-26 2006-05-12 삼성전자주식회사 스마트 카드와 메모리 카드간의 멀티 인터페이스 방법 및멀티 인터페이스 카드
KR100741470B1 (ko) 2006-09-26 2007-07-20 삼성전자주식회사 유에스비 장치를 위한 클럭 발생기
WO2008050407A1 (fr) * 2006-10-24 2008-05-02 Mitsubishi Electric Corporation Appareil de traitement de décharge à fil
US8036613B2 (en) 2007-05-07 2011-10-11 Infineon Technologies Ag Communication system and method for operating a communication system
US7616074B2 (en) 2007-06-28 2009-11-10 Synopsys, Inc. Low-power fast-startup oscillator with digital feedback control
TWI332647B (en) * 2007-11-20 2010-11-01 Au Optronics Corp Liquid crystal display device with dynamically switching driving method to reduce power consumption
TWI420802B (zh) 2010-06-30 2013-12-21 Weltrend Semiconductor Inc 自動校正頻率之頻率校正電路及其方法
US8378724B2 (en) * 2010-12-22 2013-02-19 Silicon Laboratories Inc. Controlling a frequency locked loop
US8707068B2 (en) 2011-05-09 2014-04-22 Continental Automotive Systems, Inc. USB host wake up via a USB device when in shut down mode
JP5792645B2 (ja) * 2012-01-13 2015-10-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその制御方法
US20130212408A1 (en) * 2012-02-09 2013-08-15 Kenneth W. Fernald Regulating a clock frequency of a peripheral

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6085325A (en) * 1996-12-16 2000-07-04 Intel Corporation Method and apparatus for supporting power conservation operation modes
CN1653397A (zh) * 2002-05-13 2005-08-10 摩托罗拉公司(在特拉华州注册的公司) 在电子装置中的同步时钟允许
CN1706143A (zh) * 2002-09-16 2005-12-07 希格纳尔集成产品公司 突发通信的时钟恢复方法
CN103141066A (zh) * 2010-10-12 2013-06-05 松下电器产业株式会社 发送电路、接收电路、发送方法、接收方法、通信系统及其通信方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024010630A1 (en) * 2022-07-06 2024-01-11 Intel Corporation Dynamic spread-spectrum-clocking control

Also Published As

Publication number Publication date
US20150271756A1 (en) 2015-09-24
CN104951413A (zh) 2015-09-30
US9713090B2 (en) 2017-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10514747B2 (en) Low-power communication apparatus with wakeup detection and associated methods
CN104951413B (zh) 低功率通信装置及其关联的方法
KR102328014B1 (ko) 싱글 와이어 인터페이스를 포함하는 장치와 이를 포함하는 데이터 처리 시스템
US9122481B2 (en) System and method for standby power reduction in a serial communication system
US7805621B2 (en) Method and apparatus for providing a bus interface with power management features
EP1381930B1 (en) Synchronous receiver with digital locked loop (dll) and clock detection
EP1783951A2 (en) Cable sense mode for intelligent power saving in absence of link pulse
EP3576353B1 (en) Flexible data rate handling in a data bus receiver
EP2867780A1 (en) Device disconnect detection
US11513584B2 (en) Method and apparatus to save power in USB repeaters/re-timers
KR20030075202A (ko) 온 칩 백그라운드 디버그 시스템 및 그 방법을 갖는데이터 처리 시스템
Kuo et al. MBus: A 17.5 pJ/bit/chip portable interconnect bus for millimeter-scale sensor systems with 8 nW standby power
US9747244B2 (en) Clockless virtual GPIO
US8291255B1 (en) CDR control architecture for robust low-latency exit from the power-saving mode of an embedded CDR in a programmable integrated circuit device
KR100898645B1 (ko) 활성 전원 관리 상태로부터의 탈출 대기 시간의 최적화
CN104954163B (zh) 具有改善性能的通信装置及其关联的方法
US20020199026A1 (en) Network interface for decreasing power consumption
US20200285602A1 (en) eUSB2 to USB 2.0 Data Transmission with Surplus Sync Bits
US20240184729A1 (en) Detector circuit for start signaling in an eusb repeater
CN118132484A (zh) 用于eUSB中继器中的启动信令的检测器电路
KR20180020164A (ko) 라인 동작 검출기를 구비한 ｕａｒｔ
CN118132483A (zh) 用于在差分总线和单端总线之间传递中继模式分组的eUSB中继器
SPEED et al. Application notes
DE102014119517A1 (de) Kleinleistungs-Kommunikationsvorrichtung und assoziierte Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant