CN1383072A - 通过串行总线进行电能控制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过用通用串行总线(USB)相连的两个设备间的自调节过程来请求/供应必需的电能的方法,无需为重新请求电能而断开和重新连接缆线。供电设备首先判断需电设备需要多少电能,如果请求不能得到满足,则向该设备发送拒绝供应信号或类似信号。如果需电设备再次请求,则供电设备判断能否提供新的电能请求。如果请求得到满足,供电设备就向需电设备提供所需电能。需电设备通过USB向供电设备提出电能请求。如果接收到从供电设备发来的电能供应拒绝信号或类似信号,相连的需电设备就首先降低所请求的电能,然后向供电设备请求已降低的电能。

Description

通过串行总线进行电能控制的方法
发明领域
本发明涉及电能控制的方法和设备，特别是涉及通过用通用串行总线(USB)之类的串行总线相互连接的两个设备间的自调节操作而请求/供应必要电能的方法。
背景技术
图1显示的是一台相关技术的个人计算机和通过USB相互连接的多个外设。图1中，个人计算机100作为USB的主机，输入设备如电子笔205、鼠标204等通过实现键盘功能的插口102和实现监视器功能的插口101与主机100相连。音频输入/输出设备如扬声器203、麦克风202等也通过实现监视器功能的插口101与主机100相连。其它的外设比如电话201和插口中继器200直接与主机100相连。
通过Intel、Microsoft和其它主要公司间的多边协议，USB与各种设备的相互连接已经被标准化了，这样就可以避免通信错误，而这些错误可能是由于多样的复杂连接端口产生的。因此，目前大多数个人计算机都支持USB标准。
支持USB标准的主机100将交流电转化为直流电，而直流电可以提供给插口中继器200和它自己的部件。如果通过USB连接，插口中继器200将从主机100得到的直流电供给可分离设备300，比如说个人数字助理(PDA)。当进行直流电供电时，可分离设备300就可以利用直流电对其电池(图中未显示)充电或驱动该设备。
在通过插口中继器200向可分离设备300提供必要的电能之前，主机100通过USB的两条信号线与可分离设备300相通信，以确认可分离设备300需要多少的电能。
然后，主机100测量有多少电能正在供给其它相连设备，并且判断主机100能否向可分离设备300提供其所需的电能。如果可以，主机100将向其提供所需电能；否则，比如说剩下的电能将不足以提供所需电能，主机100将拒绝供电请求以防止供电中断，即防止向其它相连设备等供电的不稳定性。
然而，如果供电请求被拒绝，可分离设备300就立即复位当前的连接状态。因此，在与插口中继器200间的物理分离后，如果可分离设备300想重发供电请求，它就必须对插口中继器200进行重新连接。
当可分离设备300与主机100重新连接时，上述操作将重新进行。然而，物理分离和重新连接是费时和低效的。更有甚者，由于USB端口通常安装在设备背面，物理分离和重新连接将会有些繁琐。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供以下优点。
本发明的一个目的是提供一种电能控制方法和设备，当主机要向外设供电时，通过与外设的协商来判断某一电能是否适于某一连接的外设。
本发明的另一个目的是提供一种电能控制方法，该方法是通过USB执行的，当主机通过USB向外设供电时，通过与外设的协商来判断某一电能是否适于某一连接的外设。
为了全部或部分地实现至少上述的目的，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细说明的，提供了一种通过串行总线请求和供应电能的方法。该方法包括：通过串行总线连接设备时检测该设备发出的电能请求；如果不能提供所请求的电能，则向该设备发送供电请求拒绝信号；如果从该连接设备发出的请求被接收，则判断请求的第二电能请求是否可以提供；以及根据这个判断向该设备提供所请求的第二电能。
为了进一步全部或部分地实现至少上述的目的，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细说明的，提供了一种通过串行总线请求和供应电能的方法。该方法包括：请求由通过串行总线与需电设备连接的供电设备提供电能；如果接收到从供电设备发来的供电请求拒绝信号，则减少其请求电量；以及请求供电设备向需电设备提供已降低的电能。
为了进一步全部或部分地实现至少上述的目的，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细说明的，为供电设备提供了一种建立在计算机可读介质上的计算机程序，用于监视和控制电能供应。该程序包括以下指令：通过串行总线连接设备时检测该设备发出的电能请求；如果不能提供所请求的电能，向该设备发送第一供电请求拒绝信号；如果该设备重发供电请求，判断能否提供该设备所请求的电能；以及根据判断结果向该设备提供新请求的电能。
为了进一步全部或部分地实现至少上述的目的，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细说明的，为需电设备提供了一种建立在计算机可读介质上的计算机程序，用于监视和控制电能供应。该程序包括以下指令：请求从通过串行总线与需电设备连接的供电设备供电；如果接收到从供电设备发来的第一供电请求拒绝信号，则减少请求的电能；以及重新请求供电设备提供减小了的电能。
本发明的其它优点、目的和特征其一部分将在以下的说明书中进行阐述，其余部分则对于本领域的技术人员经过对以下内容的检验后会变得明了，或者通过实施本发明而体验到。可以实现和达到如所附的权利要求书具体指出的本发明的目的和优点。
附图说明
以下参照附图对本发明进行详细的说明，其中相同的标号表示相同的元件。附图中：
图1显示的是现有技术的个人计算机和几个通过USB相互连接的外设；
图2显示的是通过USB相互连接的个人计算机和插口中继器，其中包含了根据本发明进行电能控制的方法；
图3显示的是可分离设备的部分方框图，比如包含了根据本发明的电能控制方法的笔记本电脑；
图4显示的是根据本发明的利用USB的电能控制方法的一个优选
实施例的流程图；
图5显示的是根据本发明的利用USB的电能控制方法的另一个优选实施例的流程图；以及
图6显示的是插口中继器的部分方框图，其中包含了根据本发明的利用USB的电能控制方法。优选实施例详述
为了更好地理解本发明，现在将结合附图对优选实施例进行描述。图2显示的是通过USB相互连接的个人计算机10和插口中继器20，其中包含了根据本发明的电能控制方法的优选实施例。优选地，图2中的个人计算机10包含主要部件15、主机主逻辑电路11以及电能供应单元13，其中所述主要部件15包括CPU、视频处理器和硬盘驱动器；主机主逻辑电路11可以根据USB标准与各种设备进行通信并且最好可以控制电能供应；电能供应单元13通过变换交流电能供应直流电，比如说，用于内部元件的5V电能，也可为通过USB 30连接的外部元件供电。主机主逻辑电路11包含USB逻辑电路12，该USB逻辑电路12可以根据USB标准规定的协议和规范进行数据通信。
图2中插口中继器20包含了插口中继/控制单元21，它可以放大或中继要在主机主逻辑电路11与其它附加连接的设备之间通信的信号。如果需要的话，插口中继器也执行控制功能。通过USB逻辑电路12，主机逻辑电路11与外设(如图1中的可分离设备300)间的通信信号可以由USB 30的两条信号线D+和D-来发送，外设是通过插口中继器20或其它设备(如图1中的电话201)来进行连接的，而插口中继器或其它设备则直接与USB逻辑电路12相连接。
所有通过插口中继器20或直接与USB逻辑电路12相连接的设备都安装着它们各自的端口，每个这样的端口都有两条信号线D+和D-、一条+5V电能线和一条地线，以达到支持USB 30的物理连接标准的目的。
诸如笔记本电脑或个人数字助理之类的可分离设备301是通过插口中继器20或者直接与个人计算机相连接的。如图3所示，它们包括多个用以满足USB标准的插口端口(31、32、33)和可充电电池37。通过与USB相连接的插口端口，USB控制器34可以用于与主机主逻辑电路11进行数据通信，电能选择电路最好通过插口端口31、32、33，36选择直流电能供应。电能控制逻辑电路35用于控制电能选择电路36进行电能选择，以及控制与USB控制器34相连的可充电电池37进行充电操作。
个人计算机10的主机主逻辑电路11和可分离设备301的电能控制逻辑电路35可以直接地或通过插口中继器间接地进行电能请求/供应的自调节操作。现在将对这些操作进行叙述。
图4显示的是根据本发明利用USB进行的电能控制方法的一个优选实施例的流程图。该优选实施例显示了个人计算机执行自调节或协商操作的过程，其中的个人计算机是电能供应设备。
启动后，个人计算机10的主机主逻辑电路11检测是否有新的设备直接地或者通过插口中继器20间接地与它相连接(步骤S10)。如果有诸如笔记本电脑或个人数字助理之类的可分离设备301与其相连接(步骤S11)，主机主逻辑电路11就直接地或者通过插口中继器20间接地向可分离设备301提供预定的基本电能供应，比如100mA、+5V；如果没有检测到新的设备(步骤S11)，那么将重新进行检测新设备的操作(步骤S10)。
然后，主机主逻辑电路11请求更详细的信息，即设备301的设备描述符，并通过基本数据通信过程获取设备描述符(步骤S13)。通过分析所得到的设备描述符，主机主逻辑电路11可得知连接设备301需要多少电能。同时，主机主逻辑电路11可以计算出正在为通过USB 30连接的其它设备提供多少电能。从主机主逻辑电路11的最大供电电能减去计算得到的电能，从而得到可向连接设备301提供的剩余电能。计算出当前剩余电能后，主机主逻辑电路11将它与可分离设备301的所需电能(比如请求量)进行比较(步骤S14)。如果当前剩余电能大于请求量，主机主逻辑电路11断定可以提供所需电能。从而主机主逻辑电路11根据设备描述符中所需电能对设备301执行后续的供电操作(步骤S16)。
如果判断出当前剩余电能低于请求量(步骤S15)，那么主机主逻辑电路11断定不希望或者不可能提供所需电能，并且主机主逻辑电路11设定一个指出最大电能不足以提供所需电能的拒绝信号或者过量标志，向设备301通告过量的电能请求(步骤S17)。在通告过程中，设备描述符的特定比特被主机主逻辑电路11设定，然后设备描述符被传回发送设备301。在上述通告过量电能请求的过程后，主机主逻辑电路11监视是否又从被拒绝请求的设备301接收到了新的电能请求设备描述符(步骤S18)。
如果通过设备301重新计算产生了请求电能供应的重新请求，例如新的设备描述符，并且新的设备描述符的接收被确认(步骤S18)，主机主逻辑电路11就会执行上述操作(步骤S14-S18)。也就是，主机主逻辑电路11可以检测写入被接收到的新的(比如第二)设备描述符中的重新请求的电能，重新计算当前剩余电能，并且对两电能即重新请求的电能和重新计算出的当前剩余电能进行比较(步骤S14)。因此，如果重新计算出的当前剩余电能足够(步骤S15)，主机主逻辑电路11就将重新请求的电能提供给设备301(步骤S16)。反之，它将向设备301发送过量电能请求的信息(步骤S17)。
如果经过预定的时间后(步骤S19)，从被拒绝设备301传来的电能请求信号没有到达而导致重新请求没能被接收到(步骤S18)，而且设备301被标识为被拒绝，那么主机主逻辑电路11就终止对设备301的监视操作并切断对其进行的基本电能供应，以避免电能浪费。从步骤S16到步骤S20操作结束。
根据上述方法，如果可分离设备301计算出缩小的或最小的工作电能，通常该电能小于第一次请求的电能，并且在第一次电能请求被拒绝后进行重新请求，那么个人计算机10就可能在没有任何缆线的物理分离和重新连接的情况下对可分离设备301提供其所需的电能。还有，即使重新计算出的操作电能与先前请求的电能一样，但不论因为其它设备的电能供应发生改变还是发生类似的情况而导致当前剩余电能增加，可分离设备301的请求电能都可能会在重复的请求和拒绝过程中得以满足。
图5显示的是根据本发明利用USB进行的电能控制方法的另一个优选实施例的流程图。该实施例显示的是可分离设备301执行自调节的过程，其中可分离设备301是需电设备。
如图5所示，启动后电能控制逻辑电路35或者类似的可分离设备301通过插口中继器20与诸如个人计算机的主机相连接。通过由个人计算机10的主机主逻辑电路11执行的控制操作下的插口中继器20，向可分离设备301提供基本电能供应，即100mA、+5V，这个基本电能供应是由USB标准判断的。基本供应电能可用于保持对可分离设备301的基本元件的电能供应(步骤S31)。
电能控制逻辑电路35形成设备描述符；将电能请求写入设备描述符并将设备描述符发送给个人计算机10(步骤S32)，其中设备描述符是主机主逻辑电路11进行自调节过程所必须的。通常，第一次请求的电能可供设备301实现全部功能。发送设备描述符后，电能控制逻辑电路35监视是否通过插口中继器20提供了所请求的电能，比如说100mA、+5V。如果提供了，这些电能就用于可分离设备301的系统元件并同时为可充电电池进行充电。
如果使用了非USB的非标连接总线，电压将可能不是+5V，即可能是+9V、+12V等中的一种。在此情形下，向个人计算机10请求的电能范围将可能扩大。在图5所示的优选实施例中，假定电压为+5V。但是本发明不限于此。
如果接收到指出所需电能不能被提供的拒绝信号(步骤S35)，比如说设备描述符中设置了过量标志，电能控制逻辑电路35将按预先设定的强度(如100mA，+5V)降低第一次请求的电能，而不提供所需电能。这样被调整的电能请求变为了400mA而不是第一次请求的500mA。
然后，电能控制逻辑电路35判断经过降低后的电能是否仍然大于可分离设备301所需的预定的的或最小的操作电能(步骤S37)。如果判断为大于，电能控制逻辑电路35将通过向设备描述符中写入降低的或调整后的电能请求来更新设备描述符并将其发送给主机主逻辑电路11(步骤S38)。如果判断为小于，电能控制逻辑电路35的操作结束(步骤S37)。
当主机主逻辑电路11接收到需要降低电能的设备描述符时，它将向可分离设备301提供电能或者向其发送表示不能向其提供所需电能的信号。主机主逻辑电路11的操作可根据图4中所示的优选实施例重复执行。
与USB相连接的可分离设备301的电能控制逻辑电路35可重复执行电能监视操作(步骤S33、S35-S38)，来检测个人计算机10是否提供了所需电能。如果个人计算机10提供了大于预定的的或最小的操作电能的请求电能，这些电能将用于对可充电电池37进行充电或者运行全部或部分系统元件。
如图6所示，如果插口中继器20装备有可直接接收交流电的内部供电电路单元22，它就可以将交流电转化为+5V直流电并向插口中继器20的内部元件以及其它的或附加的连接设备提供直流电。使用了可分离设备301的电能自调节过程的优选实施例可以利用插口中继/控制单元21代替个人计算机10执行。在此情况下，插口中继器20向可分离设备301提供电能，这些电能是通过插口中继/控制单元21和可分离设备301的电能控制逻辑电路35之间的电能自调节过程判断的。
在USB标准中，通常用8比特表示设备描述符中的电能。因此，如果改变的阶量为2mA、5V，则用8比特可请求的最大电能为512mA。如果在2mA变化阶量条件下，要求增加最大请求电压，则需要用更多的比特来表示电能，比如16比特。如果表示电能的比特长度不扩展，也可以使用大于2mA的改变阶量。比如说，如果变化梯度重新定义为4mA时，最大电能可扩展为1024mA。
在非+5V的USB标准的非标连接总线中，除8比特外，还有多种的比特长度来表示设备描述符中所需电能。
综上所述，本电能控制方法和设备的优选实施例有多种优点。通过根据本优选实施例的由USB执行的电能控制方法，可以消除为USB设备物理断开和重新连接电缆来重新请求电能而产生的不便利的工作。
上述的实施例和优点仅仅是示例性的，并不构成对本发明的限定。本技术可以适用于其它类型的设备。本发明的描述仅是说明性的，它并不限制权利要求的范围。对于本领域技术人员显然可以有各种替换、改进和变化。在权利要求书中，装置加功能的语句旨在涵盖实现所述功能的结构，它不仅是结构等同的，也包括同等的结构。

Claims (20)

1.一种通过串行总线请求和供应电能的方法，包括：
当通过串行总线连接设备时，从该设备检测电能请求；
如果请求的电能不能被供应，向该设备发送电能供应拒绝信号；
如果从该连接设备接收到请求的第二电能，判断是否可以供应该请求的电能；以及
根据判断的结果向设备提供请求的第二电能。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在向所述设备提供预定的基本电能后，检测从所述设备接收到的设备描述符，以判定所需电能的量值。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：如果发出所述拒绝信号之后经过预定的时间还没有收到请求的第二电能，则切断向所述设备的基本电能供应。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果请求的电能大于当前剩余电能，则发送表示供电拒绝供应信号的设置标志。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当供应给通过串行总线连接的其它设备的电能变化时，所述当前剩余电能也发生变化；并且所述设备保持连续地连接在串行总线上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，只要从连接的设备接收到另外的电能请求，就重新计算当前剩余电能，并且根据最新的当前剩余电能计算来确定所请求的电能是否可以被提供。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当请求的第二电能大于当前剩余电能时，向设备发送电能供应拒绝信号；以及当请求的第二电能小于当前剩余电能时，向设备供应所请求的第二电能。
8.一种通过串行总线请求和供应电能的方法，包括：
向通过串行总线连接到需电设备的供电设备请求电能；
如果从供电设备接收到电能供应拒绝信号，则降低所请求的电能；以及
向供电设备请求已降低的电能。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在接收到供电设备提供的预定的基本电能后，构建包含关于向供电设备请求的电能的信息的设备描述符。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述请求的电能是用于需电设备的全部系统功能，所述串行总线是通用串行总线。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所请求的电能的减小幅度为等于或大于2mA。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果已降低的电能请求大于剩余电能，就会接收到电能供应拒绝信号，并且再度降低所述已降低的电能请求，并再次进行请求。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述供电拒绝信号包括表示不可能的电能供应的设置标志。
14.建立在计算机可读介质上、用于供电设备来监视和控制电能供应的计算机程序，包括如下指令：
当通过串行总线连接设备时检测所述设备需要多少电能；
若不能供应所需电能，则向所述设备发送拒绝供电的第一信号；
若设备重新请求电能，判断是否可以提供新请求的电能；以及
根据判断结果向所述设备提供新请求的电能。
15.根据权利要求14所述的程序，还包括如下指令：在向所述设备提供预定的基本电能后，检查从所述设备接收到的设备描述符，以确认所需电能的量值。
16.根据权利要求15所述的程序，还包括如下指令：发出所述第一信号后，如果经过预定的时间后还没有收到所述新请求的电能，则切断向所述设备的基本电能供应。
17.根据权利要求14所述的程序，其特征在于，在所述拒绝供电的第一信号后，当从所述设备接收到电能请求时，重新计算所述的当前剩余电能，并且根据最新的当前剩余电能计算来确定是否可以提供所请求的电能。
18.建立在计算机可读介质上、用于需电设备来监视和控制电能供应的计算机程序，包括如下指令：
向通过串行总线与需电设备相连的供电设备请求电能；
如果从供电设备接收到第一供电信号，则降低所请求的电能；以及
从供电设备请求所述降低了的电能。
19.根据权利要求18所述的程序，还包括如下指令：在接收到供电设备提供的预定的基本电能后，构建包含关于向供电设备请求的电能的信息的设备描述符。
20.根据权利要求18所述的程序，其特征在于，如果所述降低了的电能请求大于剩余电能，则需电设备会再次收到所述第一供电信号，再次降低所请求的已降低的电能，并再次进行请求，不对需电设备和作为串行总线的通用串行总线进行物理分离。
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