CN114115450A - 用于电源管理的扩充基座 - Google Patents

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CN114115450A CN202110081651.8A CN202110081651A CN114115450A CN 114115450 A CN114115450 A CN 114115450A CN 202110081651 A CN202110081651 A CN 202110081651A CN 114115450 A CN114115450 A CN 114115450A
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    • G06F9/4401—Bootstrapping
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Abstract

本案提供一种用于电源管理的扩充基座，包含一集成电路、一第一信号输入输出端口、一网络接口控制器及一第一控制器，第一信号输入输出端口连接主机的主控制器。在主机进入休眠模式或待机模式、网络接口控制器断线或没有网络数据包传输时，集成电路切断集成电路与第一信号输入输出端口之间的信号连接，使主控制器进入最深的休眠状态；以及在网络接口控制器接收到一网络唤醒信号时，网络接口控制器通过功能引脚通知第一控制器，第一控制器产生一边带信号经第一信号输入输出端口传送至主控制器，以唤醒主控制器，且网络接口控制器响应网络唤醒信号而使集成电路重新建立与第一信号输入输出端口之间的信号连接。

Description

用于电源管理的扩充基座
技术领域
本案涉及一种扩充基座(docking station)，特别是涉及一种用于电源管理的扩充基座。
背景技术
标准的扩充基座可为一主机端计算机(例如笔记本电脑)提供多个可扩充的端口，以提供安装屏幕、鼠标、键盘、网络卡等扩充设备，且扩充基座也具有电源适配器电连接市电，以供电给主机端计算机以及扩充设备。其中，为了维持更低的耗电，就要让主机端计算机的主控制器(host controller)在不使用时能够进入最深的休眠状态，以下称之为D3冷(D3 cold)状态。要使得主机端计算机的主控制器能够进入D3冷状态的前提是，所有下行端口连接的扩充设备都要能够进入D3冷状态，只要有其中一个设备无法进入D3冷状态，那么整个主控制器就无法进入D3冷状态，进而增加耗电。一般来说，扩充基座上无法进入D3冷状态的扩充设备通常为提供有线网络的USB网络卡(NIC)，为保持接收网络唤醒(wake onLAN，WOL)的状况下，USB网络卡只能进入D2的低电源状态而无法进入D3冷状态。
发明内容
有鉴于此，本案提出一种用于电源管理的扩充基座，适于电连接一主机，主机包括一主控制器，扩充基座包括一集成电路、一第一信号输入输出端口、一网络接口控制器以及一第一控制器。第一信号输入输出端口电连接集成电路并提供主控制器的连接，使主控制器通过第一信号输入输出端口与集成电路进行信号传输。网络接口控制器电连接集成电路，用以提供连接至一外部网络，网络接口控制器具有至少一功能引脚。第一控制器电连接功能引脚及第一信号输入输出端口，第一控制器通过第一信号输入输出端口与主机建立一传输通道。其中，在主机启动休眠模式或待机模式时、所述网络接口控制器断线或没有网络数据包传输时，集成电路切断集成电路与第一信号输入输出端口之间的信号连接，使主控制器进入最深的休眠状态；以及在网络接口控制器接收到来自外部网络的一网络唤醒信号时，网络接口控制器通过功能引脚通知第一控制器，第一控制器产生一边带信号经传输通道传送至主控制器，以唤醒主控制器，且网络接口控制器响应网络唤醒信号而使集成电路重新建立与第一信号输入输出端口之间的信号连接。
依据一些实施例，在主机插接在第一信号输入输出端口时，集成电路会配置并储存相关的一唤醒组态(wake configuration)，以供主机使用；以及在网络接口控制器侦测到主机解除连接时，集成电路会移除唤醒组态。
依据一些实施例，在主控制器先被唤醒时，主控制器通过传输通道传送一恢复信号给第一控制器，第一控制器通过功能引脚通知网络接口控制器，使网络接口控制器响应恢复信号而使该集成电路重新建立与第一信号输入输出端口之间的信号连接。
依据一些实施例，功能引脚进一步包括一唤醒引脚以及一恢复引脚，使网络接口控制器通过唤醒引脚通知第一控制器，以及第一控制器通过恢复引脚通知网络接口控制器。
依据一些实施例，第一信号输入输出端口为一USB连接器或一雷雳(thunderbolt)连接器。
依据一些实施例，主机进一步包括一第二控制器，电连接主控制器，以利用第二控制器、第一信号输入输出端口及第一控制器建立传输通道。
依据一些实施例，第一信号输入输出端口为该USB连接器时，第一控制器及第二控制器分别为一电源传送控制器。
依据一些实施例，前述集成电路被整合在网络接口控制器中。
综上所述，为了因应平板、笔记本电脑对于功耗与效能的要求愈来愈高，对应的扩充基座也必须朝着更低功耗的目标前进，而本案提出的扩充基座让主机的主控制器能够进入最深的休眠状态(D3冷状态)，且同时支持网络唤醒的功能，以达到最大化的省电目的。
附图说明
图1为根据本案一实施例的扩充基座的方块示意图。
图2为根据本案一实施例切断信号连接的扩充基座的方块示意图。
图3为根据本案一实施例的集成电路中逻辑电路的简要方块示意图。
图4为根据本案另一实施例的扩充基座的方块示意图。
图5为根据本案另一实施例的扩充基座的方块示意图。
图6为根据本案另一实施例切断信号连接的扩充基座的方块示意图。
图7为根据本案再一实施例的扩充基座的方块示意图。
具体实施方式
本案所提供的扩充基座，适用于电连接一主机的主控制器，且通过扩充基座提供主控制器连接有多个扩充设备，使所有连接扩充基座的扩充设备都能够支持进入D3冷状态，而让主控制器得以进入最省电的D3冷状态。
图1为根据本案一实施例的扩充基座的方块示意图，请参阅图1所示，一用于电源管理的扩充基座10，适于电连接一主机30，扩充基座10包含一集成电路12、一第一信号输入输出端口14、多个第二信号输入输出端口16、一网络接口控制器18以及一第一控制器20。在此实施例是以三个第二信号输入输出端口16为例，但本案不限于此。在一实施例中，扩充基座10进一步包括一电源适配器22，电连接集成电路12并连接至外部的市电，以提供电源给集成电路12及所有内部组件之外，也提供电源给主机30或是第二信号输入输出端口16的供电。
如图1所示，主机30进一步包括一主控制器32及一第二控制器34，且主控制器32电连接第二控制器34，第一信号输入输出端口14电连接集成电路12并提供主机30的主控制器32连接，使主控制器32通过第一信号输入输出端口14与集成电路12进行信号传输。第二信号输入输出端口16电连接集成电路12，以提供连接给多个扩充设备。网络接口控制器18电连接集成电路12，用以提供连接至一外部网络36，此网络接口控制器18具有至少一功能引脚24。第一控制器20电连接功能引脚24及第一信号输入输出端口14，第一控制器20通过第一信号输入输出端口14与主机30的第二控制器34信号连接，以利用第一控制器20、第一信号输入输出端口14、第二控制器34建立一传输通道26。若要使主控制器32能够进入最深的休眠状态，且维持扩充基座10的网络唤醒支持功能，就需要一边带信号(sideband signal)的支持，此边带信号负责网络接口控制器18接收到一网络唤醒信号时传递的角色，而第一控制器20则负责唤醒主机30的主控制器32。
请同参阅图1及图2所示，在主机30启动休眠模式或待机模式、网络接口控制器18断线或是没有网络数据包传输时，集成电路12会切断集成电路12与第一信号输入输出端口14之间的信号连接，使主机30的主控制器32进入最深的休眠状态，亦即D3冷状态。在网络接口控制器18接收到来自外部网络36的一网络唤醒信号时，网络接口控制器18通过功能引脚24通知第一控制器20，第一控制器20产生一边带信号经传输通道26传送至主控制器32，以唤醒主控制器32，同时，网络接口控制器18响应此网络唤醒信号而使集成电路12重新建立与第一信号输入输出端口14之间的信号连接。
在一实施例中，主机30可为笔记本电脑、平板计算机、个人计算机等，但不以此为限。
在一实施例中，第一信号输入输出端口14为一USB连接器或一雷雳(thunderbolt)连接器。
在一实施例中，当第一信号输入输出端口14为USB连接器时，主控制器32为USB主控制器(USB host controller)，第一控制器20及第二控制器34分别为一电源传送控制器(PD controller)，所以第一控制器20、第一信号输入输出端口14及第二控制器34建立的传输通道26有别于一般信号传输通道，即使在休眠模式(包含D3冷状态)或待机模式，仍可以维持低耗电的信号传输功能。另外，重新建立集成电路12与第一信号输入输出端口14之间的信号连接即为一般所称的USB枚举(enumeration)。请参阅图3所示，在集成电路12中的逻辑电路40基本包括一微控制单元(MCU)42、一媒体访问控制(mac)层44、一网络物理层46、以及一USB物理层48，且媒体访问控制层44包含一网络控制层441以及USB协议层442，网络物理层46内设有一前端不断电单元(afe-ups)461，以侦测有无插入网络连接器。请同时参阅图1至图3所示，微控制单元42会判断主机30(主控制器32)是否启动休眠模式或待机模式、网络接口控制器18是否有断线或是否有数据包传输，当主机30进入休眠模式或待机模式、网络接口控制器18断线或没有数据包传输等其中一状况发生时，微控制单元42会切断供电给USB物理层48，以切断集成电路12与第一信号输入输出端口14之间的信号连接，让主机30无法识别到网络接口控制器18而认为第一信号输入输出端口14没有连接扩充设备，进而使整个主控制器32连同扩充基座10及其所连接的扩充设备都进入D3冷状态，以达到最大化的省电目的。当网络接口控制器18接收到来自外部网络36的网络唤醒信号时，网络接口控制器18通过功能引脚24通知第一控制器20，第一控制器20产生边带信号经传输通道26传送至主控制器32，以唤醒主控制器32，此时，网络接口控制器18响应此网络唤醒信号驱动集成电路12，使微控制单元42据此恢复供电给USB物理层48，并完成一标准的USB新装置插入的过程(USB枚举)，以重新建立集成电路12与第一信号输入输出端口14之间的信号连接。
在一实施例中，第二信号输入输出端口16可为一标准视频端口连接器、一高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)连接器、一视频图形阵列(Video Graphics Array，VGA)连接器、一音频输出连接器或至少一USB连接器的任意组合。其中，标准视频端口连接器为标准化的DisplayPort(DP)数字视频端口，用于与显示器等扩充设备的连接，同时也支持传输音频和其他形式的数据；HDMI连接器可进行全数字化影像和声音传送接口，并可传送未压缩的音频及视频信号；VGA连接器则是传统的模拟信号的计算机显示标准，由此VGA连接器可以有效地连接使用VGA连接器的显示器；音频输出连接器则可以输出声音音频；USB连接器则提供扩充基座10可以连接更多的外接的扩充设备，以扩充连接于扩充基座10的主机30的功能，USB连接器可以提供USB 2.0或以上的信号连接，其可以是A型(type A)USB连接器、B型(type B)USB连接器或C型(type C)USB连接器。
在一实施例中，外部网络36为一有线网络或一无线网络。当网络接口控制器18为一有线网络接口控制器时，网络接口控制器18可通过一RJ45连接器连接至作为外部网络36的有线网络，以提供稳定且高带宽的有线网络。另一方面，当网络接口控制器18为一无线网络接口控制器时，网络接口控制器18连接至作为外部网络36的无线网络，以提供便捷的无线网络。
请参阅图1所示，由于扩充基座10存在插入和拔除的行为，也就是当主机30插接在第一信号输入输出端口14时，集成电路12会配置并储存相关的唤醒组态。但当此主机30拔除之后，另一主机(图中未示)插入扩充基座10时，可能发生后续的网络唤醒信号误唤醒了另一主机。为避免此误唤醒的行为，本案可搭配网络接口控制器18(例如USB网络接口控制器)既有的插入侦测支持的交互协同来实现。具体而言，在一主机30插接在第一信号输入输出端口14时，集成电路12会配置并储存相关的一唤醒组态，以供主控制器32使用；而在网络接口控制器18侦测到主机30解除连接时，集成电路12移除原有的唤醒组态，以供后续重新设定，进而避免误唤醒的行为发生。
请参阅图1所示，若在接收到网络唤醒信号之前，反而是主机30的主控制器32先主动被唤醒时，主控制器32会通过传输通道26(依序经过第二控制器34、第一信号输入输出端口14及第一控制器20)传送一恢复信号给第一控制器20，第一控制器20再通过功能引脚24通知网络接口控制器18，使网络接口控制器18响应此恢复信号而使集成电路12重新建立与第一信号输入输出端口14之间的信号连接。其中，不管是第一控制器20通知网络接口控制器18或是网络接口控制器18通知第一控制器20，都是通过同一个通道的功能引脚24来进行传输。
在另一实施例中，第一控制器20通知网络接口控制器18以及网络接口控制器18通知第一控制器20也可以通过不同通道的功能引脚24来进行传输，请参阅图4所示，此功能引脚24进一步包括一唤醒引脚241以及一恢复引脚242，网络接口控制器18利用唤醒引脚241电连接第一控制器20，在网络接口控制器18接收到来自外部网络36的网络唤醒信号时，网络接口控制器18可通过唤醒引脚241通知第一控制器20。第一控制器20利用恢复引脚242电连接网络接口控制器18，在主控制器32被唤醒而通过传输通道26传送恢复信号给第一控制器20时，第一控制器20可通过恢复引脚242通知网络接口控制器18，以各自使用自己的通道进行信号传输。
在一实施例中，集成电路12进一步可直接整合在网络接口控制器18中，请参阅图5所示，扩充基座10包含网络接口控制器18、第一信号输入输出端口14以及第一控制器20，网络接口控制器18内整合有一集成电路12，且此网络接口控制器18具有至少一功能引脚24。由于集成电路12内建于网络接口控制器18中，网络接口控制器18内原有的电子电路也电连接至集成电路12。第一信号输入输出端口14电连接网络接口控制器18内的集成电路12，第一控制器20电连接功能引脚24及第一信号输入输出端口14，以通过第一信号输入输出端口14与主机30的第二控制器34信号连接，并利用第一控制器20、第一信号输入输出端口14、第二控制器34建立传输通道26。
请同时参阅图5及图6所示，在主机30启动休眠模式或待机模式、网络接口控制器18断线或是没有网络数据包传输时，网络接口控制器18中的集成电路12会切断网络接口控制器18(集成电路12)与第一信号输入输出端口14之间的信号连接，使主控制器32进入最深的休眠状态，即D3冷状态。在网络接口控制器18接收到来自外部网络36的一网络唤醒信号时，网络接口控制器18通过功能引脚24通知第一控制器20，第一控制器20产生一边带信号经传输通道26传送至主控制器32，以唤醒主控制器32，同时，网络接口控制器18响应此网络唤醒信号而使集成电路12重新建立网络接口控制器18(集成电路12)与第一信号输入输出端口14之间的信号连接。
请参阅图5所示，若是主机30的主控制器32先主动被唤醒时，主控制器32会通过传输通道26(依序经过第二控制器34、第一信号输入输出端口14及第一控制器20)传送恢复信号给第一控制器20，以通过功能引脚24通知网络接口控制器18，使网络接口控制器18响应此恢复信号而使集成电路12重新建立与第一信号输入输出端口14之间的信号连接。
除了通过同一个通道的功能引脚24来进行传输之外，第一控制器20通知网络接口控制器18以及网络接口控制器18通知第一控制器20也可以通过不同通道的功能引脚24来进行传输，请参阅图7所示，此功能引脚24包含唤醒引脚241以及恢复引脚242，网络接口控制器18利用唤醒引脚241电连接第一控制器20，在网络接口控制器18接收到来自外部网络36的网络唤醒信号时，网络接口控制器18可通过唤醒引脚241通知第一控制器20。第一控制器20利用恢复引脚242电连接网络接口控制器18，在主控制器32被唤醒而通过传输通道26传送恢复信号给第一控制器20时，第一控制器20可通过恢复引脚242通知网络接口控制器18，以各自使用自己的通道进行信号传输。
因此，本案提出的扩充基座能够有效管理电源，让主机的主控制器能够进入最深的休眠状态(D3冷状态)，且又同时支持网络唤醒的功能，以达到最大化的省电目的。
以上所述实施例仅是用于说明本案的技术思想及特征，其目的在于使得本领域技术人员能够了解本案的内容并据以实施，而不能以其限定本案的专利范围，即，依本案所揭示的精神所作的同等变化或更改，仍应涵盖在本案的专利范围内。
【符号说明】
10:扩充基座
12:集成电路
14:第一信号输入输出端口
16:第二信号输入输出端口
18:网络接口控制器
20:第一控制器
22:电源适配器
24:功能引脚
241:唤醒引脚
242:恢复引脚
26:传输通道
30:主机
32:主控制器
34:第二控制器
36:外部网络
40:逻辑电路
42:微控制单元
44:媒体访问控制层
441:网络控制层
442:USB协议层
46:网络物理层
461:前端不断电单元
48:USB物理层

Claims (10)

1.一种用于电源管理的扩充基座，适于电连接一主机，所述主机包括一主控制器，所述扩充基座包括：
一集成电路；
一第一信号输入输出端口，电连接所述集成电路并提供所述主控制器的连接，使所述主控制器通过所述第一信号输入输出端口与所述集成电路进行信号传输；
一网络接口控制器，电连接所述集成电路，用以提供连接至一外部网络，所述网络接口控制器具有至少一功能引脚；以及
一第一控制器，电连接所述功能引脚及所述第一信号输入输出端口，所述第一控制器通过所述第一信号输入输出端口与所述主机建立一传输通道；
其中，在所述主机启动休眠模式或待机模式、所述网络接口控制器断线或没有网络数据包传输时，所述集成电路切断所述集成电路与所述第一信号输入输出端口之间的信号连接，使所述主控制器进入最深的休眠状态；以及在所述网络接口控制器接收到来自所述外部网络的一网络唤醒信号时，所述网络接口控制器通过所述功能引脚通知所述第一控制器，所述第一控制器产生一边带信号经所述传输通道传送至所述主控制器，以唤醒所述主控制器，且所述网络接口控制器响应所述网络唤醒信号而使所述集成电路重新建立与所述第一信号输入输出端口之间的所述信号连接。
2.根据权利要求1所述的用于电源管理的扩充基座，其中在所述主机插接在所述第一信号输入输出端口时，所述集成电路会配置并储存相关的一唤醒组态，以供所述主控制器使用；以及在所述网络接口控制器侦测到所述主机解除连接时，所述集成电路移除所述唤醒组态。
3.根据权利要求1所述的用于电源管理的扩充基座，其中在所述主控制器先被唤醒时，所述主控制器通过所述传输通道传送一恢复信号给所述第一控制器，所述第一控制器通过所述功能引脚通知所述网络接口控制器，使所述网络接口控制器响应所述恢复信号而使所述集成电路重新建立与所述第一信号输入输出端口之间的所述信号连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于电源管理的扩充基座，进一步包括：多个第二信号输入输出端口，电连接所述集成电路。
5.根据权利要求3所述的用于电源管理的扩充基座，其中所述功能引脚进一步包括一唤醒引脚以及一恢复引脚，使所述网络接口控制器通过所述唤醒引脚通知所述第一控制器，以及所述第一控制器通过所述恢复引脚通知所述网络接口控制器。
6.根据权利要求3所述的用于电源管理的扩充基座，其中所述第一信号输入输出端口为一USB连接器或一雷雳连接器。
7.根据权利要求1、2或3所述的用于电源管理的扩充基座，其中所述集成电路被整合在所述网络接口控制器中。
8.根据权利要求1所述的用于电源管理的扩充基座，其中所述最深的休眠状态为一D3冷状态。
9.根据权利要求1所述的用于电源管理的扩充基座，其中所述外部网络为一有线网络或一无线网络。
10.根据权利要求1所述的用于电源管理的扩充基座，进一步包括：一电源适配器，电连接所述集成电路，以提供电源。
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