CN1163813C - 具有多个电源管理状态的计算机系统的电源控制电路 - Google Patents

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Abstract

在一个具有多个电源管理状态的计算机系统中，一个电源管理控制电路包括：一个根据高级配置和电源接口(ACPI)管理电源的电源管理控制器，和一个根据电源管理控制器的控制向系统存储器提供主电能和维持电能的开关电路。当把一种系统状态转换成ACPI软关断状态时，电源管理控制器切断提供给系统存储器的电能。因此，可以防止不必要的电能消耗，和在从/向主板拆除/安装系统存储器时防止系统存储器和外围电路的损坏。

Description

具有多个电源管理状态的计算机系统的电源控制电路
本申请依赖1999年10月25日申请的第1999-46418号韩国专利申请的优先权，该专利申请的全部内容结合于此作为参考。
本发明涉及一种计算机系统的电源控制电路，更具体地讲，涉及一种根据计算机系统的多个电源管理状态有区别地控制对计算机系统的电源供应的电源控制电路。
随着具有各种计算机功能的组件数量的增多，现在的计算机系统倾向于消耗大量的电能。为了减少电能消耗，可以把不同的计算机组件设置成具有不同电能消耗水平的各种不同电源状态。例如，在系统待用期间可以停止来自计算机系统的视频输出，处理器操作和硬盘驱动器的旋转。
已知的高级电源管理技术中的一种是已经通过基本输入-输出系统(BIOS)指令实现的高级电源管理(APM)。在1996年2月通过的高级电源管理BIOS接口规定，1.2修订版中详细地说明了APM。根据该规定，BIOS，通过操作系统透明系统管理中断(SMI)，监控受电源管理的设备，并且在要使系统进入睡眠状态时通知操作系统。操作系统接下来又把即将开始的电源状态改变通知给它的设备驱动程序，从而使它们能够顺序地关闭它们各自的设备。紧接着设备驱动程序操作之后，控制返回到BIOS，BIOS执行使系统进入睡眠状态所需的任何硬件规定操作。在从睡眠状态唤醒过程中，系统BIOS首先接收控制，从而使它能够配置系统硬件，以使系统返回工作状态。只有在BIOS执行了它的配置任务之后，才使控制返回到操作系统。
高级电源管理方案中比较完善的一个是高级配置和电源接口(ACPI)，在1996年12月22日通过的高级配置和电源接口规定的1.0修订版中对其进行了说明，将其结合在此作为参考。例如在授权给Reneris的名称为“利用数据结构以在多个设备中共享多个电源的系统和方法(System and Method For Using Data Structure To Share APlurality Of Power Resources Among A Plurality Of Devices)”的第5,919,264号美国专利中也说明了支持ACPI的计算机系统的实例，该专利结合在此作为参考。
在ACPI下，当发生一个电源管理或配置事件时，经过一个称为“系统控制中断(SCI)”的“操作系统可见中断”通知操作系统。而操作系统本身指导整个系统和设备电源状态过渡。
ACPI规定定义了六个“睡眠”状态S0-S5。在状态S0(也称为工作状态G0)，计算机系统处于完全工作状态并且操作，消耗最大的电能。在S5状态(也称为软关断状态)，计算机系统消耗最少的电能。计算机系统中不执行任何代码，几乎所有设备都不活动，并且计算机系统等待一个唤醒事件，以使它过渡到一个更高的活动状态。从软关断状态唤醒需要计算机系统的完整启动过程，因为在进入S5之前不存储系统前后关系。S0和S5之间的各睡眠状态每个规定了一种不同的组件活动量，因而也规定了一种电能消耗量。根据哪些设备不活动，在进入睡眠状态之前存储多少系统前后关系，和其他因素，状态S1-S4具有不同的唤醒等待时间。
具有这种ACPI方案的计算机系统支持ATX规定，ATX已经制定为一个使PC工业能够更便宜地制造产品，改进易用性和服务性，和易于结合新的令人激动的I/O特征的规定。根据ATX规定，总是为计算机系统的电源管理控制器提供维持电能。具体地讲，ACPI的睡眠状态S3是一个低唤醒等待时间睡眠状态，其中除了系统存储器和电源管理控制器之外的所有系统前后关系被丢失。在这种状态下，CPU(中央处理单元)，高速缓存器和其它芯片组的前后关系被丢失。
系统进入ACPI的S3阶段的过程通常称为“挂起到RAM(suspendto RAM)”，其中将系统前后关系存储到系统存储器。由于在计算机系统从睡眠状态S3返回到工作状态S0的恢复操作中一般跳过启动程序，使用者可以快速地使用系统。
支持ACPI的计算机系统具有具有一个电源开关(所谓的软开关)，电源开关用于使计算机系统过渡到状态S3和S5。如果软开关在预定时间内是接通的，那么系统进入状态S3。如果软开关接通超过预定的时间，那么系统状态切换到状态S5。可以利用BIOS的CMOS设置实用程序将这些软开关功能设定为有效/无效。
在一个ACPI支持计算机系统中，在状态S3和状态S5中都给系统存储器提供维持电能。尽管状态S5实际上与断电状态相同，但是使用者不能在状态S5用一个新存储器替换系统存储器，因为仍然在给系统存储器提供维持电能。
因此，本发明的一个目的是提供一种支持ACPI(高级配置和电源接口)的计算机的电源控制电路，其能够减少电能消耗。
本发明的另一个目的是提供一种支持ACPI的计算机的电源控制电路，其允许在ACPI的软关断状态下通过切断对系统存储器的不必要的电能供给用一个新的存储器替换系统存储器。
根据本发明的一个方面，将一种电源控制电路用于具有多个电源管理状态的计算机系统，所述电源管理状态包括一个正常状态，一个睡眠状态和一个断电状态。电源控制电路包括一个电源，一个电源管理控制器，和一个开关电路。电源提供主电能和维持电能。通过接收维持电能操作的电源管理控制器控制电源，以在正常状态下输出主电能，并根据多个电源管理状态输出多个系统状态显示信号。开关电路接收主电能和维持电能，并在系统状态显示信号显示正常状态时向易失性系统存储器提供主电能。相反，在系统状态显示信号显示断电状态时，开关电路切断提供到系统存储器的维持电能。
在睡眠状态，将系统前后关系存储并保存在系统存储器中。
开关电路包括一个第一开关，一个第二开关，和一个开关驱动器。第一开关设置在维持电源和系统存储器之间。第二开关设置在主电源和系统存储器之间。开关驱动器接收系统状态显示信号，在系统状态显示信号显示正常状态时接通第二开关，在系统状态显示信号显示睡眠状态时接通第一开关，并且在系统状态显示信号显示断电状态时关闭第一和第二开关。开关电路进一步包括一个设置在维持电源和第一开关之间的调节器。
图1是显示根据本发明的电源控制电路的方框图；和
图2是图1中所示开关电路的详细电路图。
电源管理控制电路包括：一个根据ACPI管理电源的电源管理控制器，和一个根据电源管理控制器的控制将主电能和维持电能提供给系统存储器的开关电路。当一个ACPI计算机过渡到ACPI的状态S5(软关断状态)时，电源管理控制器切断提供到系统存储器的电能，以抑制不必要的电能消耗。当将系统存储器从/向主板上取下/安装时，电源管理控制器防止系统存储器和外围电路的损坏。
图1图示了电源控制电路的配置。参见图1，一个计算机系统的电源10支持ATX规定。电源10接收外部商业交流电，并输出主电能(例如，5V，-5V，12V，-12V，和3.3V)和维持电能(5V)。当3.3V和5V的输出高于下电压阈值时，电源10输出一个高电平的电源正常信号PW_OK。如熟悉本领域的人员所知，如果电源10应用于便携式计算机，那么它接收来自AC适配器或电池的电能，然后输出主电能和维持电能。
电源管理控制器30通过接收从电源10提供的维持电能P5V_SB操作。因此，在电源10接收外部商业电能的同时，控制器30总是通过接收维持电能P5V_SB操作。控制器30可以由一个内置于支持ACPI的Intel PIIX4芯片组中的系统电源管理逻辑电路构成。如熟悉本领域的人员所知，支持ACPI的电源管理控制器30是根据电源按钮开关40，各种恢复事件和系统状态信息的输入控制计算机系统的电源的。
当通过电源按钮开关40输入使系统状态转换到正常状态，或恢复事件发生时，电源管理控制器30向电源10输入高电平的加电信号PW_ON。电源10响应高电平的加电信号PW_ON的输入而输出主电能，并且在3.3V和5V的输出高于下电压阈值时输出一个高电平的电源正常信号PW_OK。如果输入了使计算机系统过渡到ACPI的状态S3或S5的电源按钮开关40，或输入了一个使计算机系统切换到状态S3或S5的系统状态信息，控制器30向电源10输出低电平的加电信号PW_ON，并且输出系统状态显示信号S3#和S5#。
开关电路50设置在电源10和系统存储器20之间。开关电路50接收来自电源10的3.3V的主电能P3.3V和5V的维持电能P5V_SB，然后将适当的3.3V的双电能P3.3V_DUAL提供给系统存储器20。尽管将在后面要更充分地说明，当系统在状态S3时，开关电路50通过调节器(未示出)将5V的维持电能P5V_SB转换到3.3V，然后把它提供到系统存储器20。当系统是正常状态时，开关电路50把3.3V主电能P3.3V提供到系统存储器20。并且在系统在状态S5(软关断状态)时，开关电路50切断提供到系统存储器20的3.3V的双电能P3.3V_DUAL。从电源管理控制器30输出的系统状态显示信号S3#和SS5#控制开关电路50。
图2是图1所示开关电路50的详细电路图。参见图2，开关电路50包括一个调节器51，一个第一开关53，一个第一开关驱动器55，一个第二开关57，和一个第二开关驱动器59。
电容器C51和C52连接在调节器51的输入端与接地电压GND之间。电容器C53和C54连接在调节器51的输出端与接地电压GND之间。调节器51接收从电源10提供的5V维持电压P5V_SB，然后输出3.3V的维持电压P3.3V_SB。第一开关53连接在调节器51与系统存储器20之间。第一开关驱动器55控制第一开关53的接通/断开。如图2中所示，开关53和57最好由场效应晶体管FET51和FET54实现。
当第一接关53接通时，将调节器51供给的3.3V维持电能P3.3V_SB提供到系统存储器20。第二开关57连接在电源10与系统存储器20之间。第二开关驱动器59控制第二开关57的接通/断开。当第二开关57接通时，将电源10供给的3.3V主电能P3.3V提供到系统存储器20。
第一开关驱动器55包括第一和第二场效应晶体管FET52和FET53，和第一和第二电阻R51和R52。第一场效应晶体管FET52的漏极连接到第一开关53的场效应晶体管FET51的栅极，并且经过第一电阻R51连接到5V维持电能P5V_SB。第一场效应晶体管FET52的源极连接到接地电压GND，并且场效应晶体管FET52的栅极连接到电源管理控制器30的系统状态显示信号S3#。第二场效应晶体管FET53的漏极连接到第一场效应晶体管FET52的栅极，并且场效应晶体管FET53的源极连接到接地电压GND。此外，场效应晶体管FET53的栅极连接到电源管理控制器30的系统状态显示信号S5#。
第二开关驱动器59是由一个逻辑电路58，第三至第五电阻R53，R54，和R55，以及一个NPN晶体管Q51构成的。晶体管Q51的集电极连接到第二开关57的场效应晶体管FET54的栅极，并且经过第四电阻R54连接到12V主电能P12V。晶体管Q1的发射极连接到接地电压GND，并且晶体管Q1的基极经过第五电阻R55连接到逻辑电路58的输出端。逻辑电路58是由一个NAND(与非)电路构成的。逻辑电路58接收电源管理控制器30的系统状态显示信号S3#和电源10的电源正常信号PW_OK，并且随后输出NAND操作结果。逻辑电路58的输出端经过第五电阻R55连接到晶体管Q51的基极，并且经过第三电阻R53连接到5V维持电压P5V_SB。
下面的表1示出了当计算机系统在正常操作状态(或工作状态)，睡眠状态S3和S5时从电源管理控制器30输出的系统状态显示信号S3#和S5#之间的相互关系。
                      表1
    系统状态     正常状态     S3状态     S5状态
    S3#     1     0     0
    S5#     1     1     0
如表1中所示，当计算机系统在正常状态，系统状态显示信号S3#和S5#分别具有高电平。因此，第一开关驱动器55关断第一开关53。如果电源正常信号PW_OK具有高电平，那么第二开关驱动器59接通第二开关57。因此，当系统在正常状态时，系统存储器20接收3.3V主电能P3.3V。当系统在状态S3时，信号S3#具有低电平，并且信号S5#具有高电平。因此，第一开关驱动器55接通第一开关53，第二开关驱动器59关断第二开关57。因此，系统存储器20在系统处于状态S3时，接收3.3V维持电能P3.3V_SB。当系统在状态S5时，信号S3#和S5#分别具有低电平。因此，第一开关驱动器55关断第一开关53，第二开关驱动器59关断第二开关57。因而，当系统在状态S5时，提供给系统存储器20的双电能P3.3V_DUAL被切断。
如上所述，当支持ACPI的计算机系统在状态S5时，提供给系统存储器的维持电能被切断。因此，在从/向主板拆除/安装系统存储器时，可以防止系统存储器和外围电路的损坏。此外，在状态S5切断了提供给系统存储器的电能，抑制了不必要的电能消耗。
尽管本发明是参考其优选实施例特别示出和说明的，但熟悉本领域的人员应当知道，可以在形式和细节上进各种改变，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种用于具有包括一个正常状态，一个睡眠状态和一个软关断状态的多个电源管理状态的计算机系统的电源电路，电源电路包括：
一个用于提供主电能和维持电能的电源；
一个电源管理控制器，用于控制电源在正常状态输出主电能，并根据多个电源管理状态输出多个系统状态显示信号，电源管理控制器通过接收维持电能操作；和
一个用于接收主电能和维持电能的开关电路，
其中在系统状态显示信号显示正常状态时，开关电路向易失性系统存储器提供主电能，
其中在信号显示睡眠状态时，开关电路向系统存储器提供维持电能，和
其中在信号显示软关断状态时，开关电路切断提供给系统存储器的维持电能。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中在睡眠状态时，系统的前后关系存储和保持在系统存储器中。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其中开关电路包括：
一个设置在维持电源和系统存储器之间的第一开关；
一个设置在主电源和系统存储器之间的第二开关；和
一个用于接收系统状态显示信号的开关驱动器，
其中当系统状态显示正常状态时，开关驱动器接通第二开关，
其中当信号显示睡眠状态时，开关驱动器接通第一开关，和
其中当信号显示软关断状态时，开关驱动器断开第一和第二开关。
4.根据权利要求1所述的电源电路，进一步包括一个设置在输出维持电能的端子和第一开关之间的调节器。
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