CN1405657A - 与串行总线相连的设备的电源控制装置 - Google Patents

与串行总线相连的设备的电源控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通用串行总线(USB)的装置和方法，它能控制通过USB与主机相耦合的USB设备的功率，以及根据USB设备是否在工作的情况来控制相耦合的USB设备的功率。如果与主机耦合的对应数据线上的信号状态表明主机或个别USB处于不工作状态，则电源供给控制装置和方法能够中断对USB内部电路和其它相耦合的USB设备的功率供给，以便减少或避免总的功率消耗。

Description

与串行总线相连的设备的电源控制装置
技术领域
本发明涉及一种通用串行总线(USB)设备的装置，该装置用于控制USB设备的功率，特别是，涉及对多个相耦合USB设备的功率控制。
背景技术
存在许多用于将外部设备与个人计算机(PC)相连接的总线标准。USB(这些总线标准之一)确保了高速串行数据的通信并简化了与端口的物理连接。现在，有可能通过USB Hub等将127个USB设备与单个的USB端口相连接。由于具有这些特性，所以，诸如鼠标、键盘、打印机、调制解调器、游戏手柄等等外围设备都越来越多地采用USB接口。
USB由四根信号线组成，两根线是承载数据信号的D+/D-，另两个线是电源线+5V/GND。图1显示了PC(主机)，以及根据相关技术，通过USB Hub 100连接至PC的数个USB设备100。USB Hub 100是由PC通过USB提供必要功率，或者通过将AC(交流)电源变换成DC(直流)的AC适配器来提供必要功率。
然而，相关技术的USB Hub也存在着各种缺点。相关技术的USB Hub 100一直为所连接的USB设备110以及内部电路101连续提供所需的功率，直至命令Hub关闭这些设备。然而，所连接的USB设备可以关闭，但所提供的功率因而浪费。而且，虽然，当所连接的主机USB发生故障时，相关技术的USB Hub100还是连续为所连接的USB设备110以及内部电路101供电，直到其关闭。然而，当与主机的数据通信异常或失败时，所连接的USB设备就不能执行有效的操作。因此，当所连接的主机不能通信时，提供给USB设备的功率就浪费了。
以上所述的参考文献被本文所引用，它适用于作为附加的，或另外细节、特征和/或技术背景的合适示教。
发明内容
本发明的一个目的是至少解决上述问题和/或缺点，并至少能提供下面所述的优点。
本发明的另一个目的是提供USB设备的电源控制装置，它可根据每个USB设备是否工作来控制所耦合的多个USB设备的功率。
本发明的另一个目的是提供USB设备的电源控制装置，它可根据相对应的USB设备的数据信号或数据线的操作来关闭单独USB设备的功率。
本发明的另一个目的是提供USB设备的电源控制装置，它可根据对应的主机的数据信号或数据线的操作来关闭所有相连接的USB设备的功率。
本发明的另一个目的是提供USB设备的电源控制装置，它可以确定是否需要功率，随后，如果确定为不需要功率，则可以关闭提供给内部电路和/或其它相耦合设备的功率以减小功率的功耗。
为了至少能实现本发明上述讨论的全部或部分目的且根据所包含的和广泛在此描述的本发明的目标，提供了包含在设备内的电源控制装置，它具有能与所连接的主机通信数据的能力，该主机包括了数据检测器和控制器，数据检测器能响应耦合至主机的数据线所承载的信号状态来输出功率控制信号，而控制器则根据所输出的功率控制信号来控制至少一个内部电路和其它相耦合设备的功率。
为了至少能进一步实现本发明上述讨论的全部或部分目的，提供了包含在设备内的电源控制装置，它具有能与主机通信数据的能力，该主机包括了数据检测器和控制器，数据检测器检测与主机相耦合的数据线所承载的信号，编译所检测到的信号，并根据编译的信号来输出功率控制信号，控制器则根据所输出的功率控制信号来控制至少一个内部电路和其它相连接设备的功率。
为了至少能进一步实现本发明上述讨论的全部或部分目的，提供了包含在设备内的电源控制装置，它具有能与主机通信数据的能力，该主机包括了数据检测器和控制器，数据检测器检测指示功率消耗的信号，该信号通过与主机相连接的通用串行总线(USB)数据线传输，其中，数据检测器根据是否检测到信号来输出功率控制信号，控制器则根据输出的功率控制信号来控制相耦合的USB的功率。
为了至少能进一步实现本发明上述讨论的全部或部分目的，提供了一种包括主计算机、多个与主计算机相耦合的通用串行总线(USB)设备以及控制器的计算机系统，每个设备都可选择性地具有有效和无效的至少一种状态，其中数据信号可在主计算机和USB设备之间通信，而控制器分析数据信号，且根据分析的结果来控制至少一个USB设备的功率。
为了至少能进一步实现本发明上述讨论的全部或部分目的，提供了一种控制与主计算机相连接设备的功率的方法，该方法可包括对通过通用串行总线(USB)接口的数据线所传输的信号进行分析，根据分析确定功率控制信号，以及根据功率控制信号有选择性地减小至少一个设备的供给功率。
在以下的说明中，将进一步指出本发明的其它优点，目的，和特征，同时在该部分的讨论中也会使业内专业人士能通过以下验证和本发明的实践对本发明更加理解和知晓。本发明的目的和优点可通过所附的权利要求的具体指出来实现和得到。
附图说明
以下将参照下列附图来详细讨论本发明，在附图中相同的标号指示相类似的部件。
图1是显示PC和根据相关技术通过USB Hub与之相连接的多个USB设备的示意图。
图2是显示包括根据本发明电源控制装置较佳实施例的USB Hub的方框图。
图3是显示图2所示信号检测单元的较佳实施例的方框图。
图4是显示包括根据本发明电源控制装置的另一较佳实施例的USB Hub的方框图。
图5是显示包括根据本发明电源控制装置的另一较佳实施例的PC的方框图。
具体实施方式
为了能全面地了解本发明，这里将参照附图来讨论较佳的实施例。图2是USB Hub的方框图，在该USB Hub中包含了根据本发明的电源控制装置的第一较佳实施例。如图2所示，USB Hub 200包括了通过各根USB线缆(如，0，1，2，和3)与主机10和其它USB设备110相耦合的多个USB接口单元210、250、251和252，信号检测单元220、控制信号发生器230、电源供给单元240和内部电路201。USB包括传输信号的两根线D+/D-和传输功率的两根线+5V/GND。信号检测单元220检测USB接口单元210、250、251和252的每根数据线D+/D-上是否传输着有效的信号。控制信号发生器230响应最好从信号检测单元220接收到的检测结果信号S1来产生是否单独或全部对内部电路201和/或外部USB设备110提供功率的功率控制信号。电源提供单元240可以响应功率控制信号S2向内部电路201和/或其它USB设备110提供功率，该功率可以由主机10通过相耦合的USB或通过AC适配器(未显示)提供，或有选择地关闭所提供的功率。
图3是显示图2的信号检测单元220的较佳实施例的方框图。如图3所示的信号检测单元220最好能具有一个适用于每个USB接口单元(例如USB接口单元210、250、251或252)的检测单元220n。然而，本发明并不是要仅仅局限于此。
每个检测单元220n最好能包括NOR门电路220n1，它能将对应USB接口单元的两根数据线D+/D-的信号进行或操作，随后再对或的结果信号进行非操作；以及驱动级220n2，它用电流驱动相耦合的电路的输入端，用于将对应的NOR(或非)门220n1的输出取反。由于NOR(或非)门220n1的输出是在驱动级220n2再次进行了反相操作，所以检测单元220n最好对D+/D-线上的两个信号进行OR(或)操作。
每个检测单元220n所使用的功率最好是通过与主机10相耦合的电源线+5V/GND来提供，或由电源供给单元240提供。由于每个检测单元220n都对D+/D-线上的两个信号进行OR(或)操作，如果D+/D-线上两个信号任何一个为高，则输出或对应的检测单元220n的输出就变为高，且将该输出施加到控制信号发生器230。只有当两个信号都为低时，给控制信号发生器230的输入信号(例如S1)变为低。
根据USB的标准，当通过USB所耦合的设备是处于工作状态时，这时数据信号线D+/D-不能同时处于低电平状态超过2msec。因此，控制信号发生器230一直在检查来自信号检测单元220的信号S1中是否存在维持低电平的状态超过2msec的输入。
如果控制信号发生器230的一个输入信号S1是低电平或是超过规定周期(例如，2msec)的规定条件，那么，主机10或通过数据信号线D+/D-相耦合且产生一个信号S1低电平超过规定周期的这个USB设备就会不工作或关闭，或对应的USB线缆断开或不工作。因此，控制信号发生器230最好能通过产生从高到低的转变来指示对应于超过2msec低电平的输入的一个输出或所有的输出。
于是，如果输入k(k为大于1整数(即，不为0))处于低电平超过2msec，则使得所对应的输出k也为低。然而，如果输入0是处于低电平超过2msec，则最好将所有的输出0至输出3都置于低电平。因为输入0反映了主机10的工作状态，所以当输入0处于低电平超过2msec时，则所有的输出都为低电平状态。如果主机10没有处于正常的工作状态、或处于关闭状态，或其USB线缆断开或故障时，最好是所有外设不需要工作。然而，本发明并不是要局限于此。
电源供给单元240最好能关闭在控制信号发生器230输出信号S2中对应于低状态控制信号的电源功率。如果输入0是低，则最好是由电源供给单元240将提供给内部电路201的功率关闭，如果输入1是低的话，则可将用于调制解调器1101的功率关闭，如果输入2是低的话，则可将用于扫描仪1102的功率关闭，而如果输入3是低的话，则可将用于打印机1103的功率关闭。
因此，当主机10不能处于正常的工作状态或正常的数据通信工作状态时，USB Hub 200可以对其内部电路和所有相耦合的USB设备停止全部供电，而当与USB端口相耦合的个别USB设备不能处于正常工作或正常数据通信工作状态时，就仅仅关闭该个别USB设备的功率。于是，就可以明显地减少不必要的功率消耗。
在电源控制装置的第一实施例中，对与USB Hub 200相耦合的每个USB设备100，都要检测数据线D+/D-是否都保持超过2msec的低电平。然而，任一数据信号线对D+/D-上的不变状态的持续时间可交替检测到。在该实施例中，如果检测到的持续时间超过预定的时间，即，如果有一个设备110不能在一个相对正常工作时间中通信数据，就将用于该设备的功率控制信号变为低LOW，以命令电源供给单元240关闭向该设备所提供的功率。
图4是显示根据本发明的电源控制装置的第二较佳实施例的方框图。将电源控制装置的第二较佳实施例再次包含在USB Hub中。然而，本发明并不局限于此。
如图4所示的，包含在USB Hub中的电源控制装置最好可根据所接收到的主机10命令来进行电源供给控制的操作。对于这类控制操作，该装置包括命令分析单元221，它取代了图3中的信号检测单元220和控制信号发生器230。正如图4所示，命令分析单元221编译从主机10接收的信号或通过数据信号线D+/D-所传输的信号。
命令分析单元221最好能对通过与主机10相耦合的数据信号线D+/D-传输的信号进行检测，将检测到的信号转换成串行数据，串行数据与USB的信号格式相匹配，且在预先指定的位单元处提取在数据窗口中的数据位。如果需要的话，命令分析单元221还可以创建数据位并能通过数据信号线D+/D-向主机10传输所创建的数据位。
如果被提取的数据位表示着一预先定义的命令控制代码(例如，功率命令代码)，则命令编译单元221就执行由命令控制代码所指定的相应功率控制操作。否则，命令分析单元221就放弃该数据位，因为这些数据是在主机10和一个USB设备110之间所通信的普通数据。
如果被提取的命令控制代码表明了主机10处于非正常工作状态，命令编译单元221就使所有的输出S2变低，以关闭所有提供给内部电路201和相耦合的USB设备110的功率。在USB Hub 200中，只有内部电路201是关闭的，使得命令分析单元仍旧能够接收和编译主机10的信号。
当USB设备110和USB Hub 200不能与主机10在预定的时间周期(最好进行周期性判定)中通信时，主机10最好能发出命令控制代码，来关闭相应提供的功率。然而，即使在功率关闭的期间，也应该对USB设备110的通信逻辑电路提供最低限度或足够检测来自主机10的通信重新起始信号的功率。在功率关闭的状态中，当接收到来自主机10的功率开启的命令控制代码时，命令分析单元221使得所对应的输出S2为高，以便于可以有选择性地再次向内部电路201和USB设备110提供功率。
在电源控制装置的第二较佳实施例中，USB设备可以产生表示“功率正在使用或没有使用”的数据(例如，命令控制代码)，且可以周期性地向主机10发送这些信号。当内部电路201和USB设备110在执行这种功能时，命令分析单元221一直检测着通过数据信号线D+/D-所传输的信号，以确定哪一个USB设备没有向主机10周期性地发出指示“功率正在使用或没有使用”的数据。当确定了一个USB设备时，命令该USB设备关闭功率的功率控制信号就施加到电源供给单元240，以关闭所识别出的USB设备的功率。
图5是显示根据本发明的电源控制装置的第三较佳实施例的方框图。电源控制装置的第三较佳实施例是包含在主计算机(例如，主机10)中。
正如图5所示，包含在主计算机中的电源控制装置310以及它的操作能够减小或避免直接或通过Hub 200与主机10相耦合的一个或多个USB设备110的不必要功率消耗。Hub 200，内部电路201及其USB i/F 210在较佳实施例中可任选。
USB设备110和/或内部电路201通过电源供给单元340接收功率，该电源供给单元340最好由主机10使用电源控制装置310进行控制。电源控制单元340最好能类似于上述讨论的电源供给单元240。然而，本发明并不局限于此，可以使用其他依据指示提供功率的电源控制方案。而且，图5仅仅显示了流过电源供给设备340的功率信号。然而，流向USB设备的数据信号D+/D-也可以通过电源供给设备340来发送。
电源控制装置310可以采用第一或第二较佳实施例的系统来实现。于是，电源控制装置310能够实现信号检测器210和控制信号发生器230的功能，或者能够实现命令分析单元221的功能，这些装置如以上参照图2-4所讨论。因此，电源控制装置310最好能检测USB线缆(例如，0、1、2、3)的状态和/或编译USB线缆(例如，0，1，2，3)的数据信号。电源控制装置310的工作结果最好能发送给控制USB设备110和/或内部电路221功率的电源供给单元340或类似单元。可以从电源控制装置310通过USB的线缆0或类似物将结果发送给下游的单元。例如，当USB设备110(例如，调制解调器)不能有效工作(例如，在指定的时间范围内不能发送数据)时，电源控制装置就可将命令置于预定值，并向电源供给单元340传输相同的命令。于是，类似于第一和第二实施例，电源控制装置310能够有选择性地部分或全部减少或停止向一个或多个USB设备110提供功率。如果包括USB Hub 200，则可以分析通过数据线(例如，0)传输的数据信号D+/D-来确定内部电路201的有效工作状态或无效工作状态。
正如以上所讨论的，根据本发明的电源控制装置和方法的较佳实施例具有许多优点。适用于USB设备的电源控制装置和方法的较佳实施例能够减少或避免与主机相耦合的一个或多个USB设备的不必要的功率消耗。较佳实施例能够监视通过数据线传输信号的条件，检测通过数据线传输的信号状态或编译通过数据线传输所检测到信号。另外，这样的操作也可以在主机PC、数据Hub中或直接对所耦合的数据线来完成。
上述实施例以及优点仅仅是用于举例说明的目的，并不构成对本发明的限制。本讲义也可容易地应用到其它类型的装置中。本发明的上述讨论只是要解释，而不是限制权利要求的范畴。对本领域的专业人士而言，很显然可以产生许多更改，改进和变动。在权利要求中，方法-加-功能的条款试图覆盖上述讨论的结构，以实现所叙述功能，且不仅可以实现结构等效，也可以实现等效结构。

Claims (28)

1.包含在能与相连接的主机通信数据的设备中的一种电源控制装置，其特征在于，包括：
数据检测器，它能响应与主机相耦合的数据线所传输的信号状态来输出功率控制信号；以及，
控制器，可根据所输出的功率控制信号来控制至少一个内部电路和其它相耦合设备的供电。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：如果状态表明主机处于不工作的状态，则所述数据检测器能输出命令停止向内部电路和相耦合的设备供电的功率控制信号。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：当数据线上的信号超过规定时间间隔维持在一个电平上时，所述信号的第一状态就是主机处于不工作的状态。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电平是低电平，且规定的时间间隔为2msec。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据检测器检测通过每根与所述的其它相耦合设备中相对应的一个设备相耦合的数据线所传输的信号状态，并根据检测到的信号状态输出关闭其它耦合设备中所对应的一个设备供电的功率控制信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述数据线是采用通用串行总线(USB)标准中的D+和D-设计的信号线，并且所述设备是USB设备。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据检测器对数据线上的信号进行或(OR)操作，检测或操作结果的一个规定电平的持续时间，以及根据检测到的持续时间输出功率控制信号。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据检测器对数据线上的信号进行逻辑操作，并监视逻辑操作结果维持在多个电平中的一个规定电平的时间间隔，以及根据监视到的时间间隔来输出功率控制信号。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据线是采用通用串行总线(USB)标准中的D+和D-设计的信号线，并且所述设备是USB设备。
10.包含在能与主机通信数据的设备中的一种电源控制装置，其特征在于，包括：
数据检测器，它能检测通过与主机相耦合的数据线所传输的信号，编译检测到的信号，以及根据所编译的信息输出功率控制信号；以及，
控制器，可根据所输出的功率控制信号来控制至少一个内部电路和其它相连接设备的功率。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于：如果所编译的信息表明对应的耦合设备处于不工作的状态，则所述数据检测器就输出功率控制信号，以减少相对应耦合的设备的功率。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于：如果所编译的信息表明主机已关机，则所述数据检测器就输出命令减少提供给内部电路和相耦合设备功率的功率控制信号。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：如果所编译的信息表明主机已开机，则所述数据检测器就输出命令恢复提供给内部电路和相耦合设备功率的功率控制信号。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于；所述数据线是采用通用串行总线(USB)标准中的D+和D-设计的信号线。
15.包含在能与主机通信数据的设备中的电源控制装置，其特征在于，包括：
数据检测器，它能检测表示功率消耗的信号，所述信号通过与主机相连接的通用串行总线(USB)数据线来传输，其中，所述数据检测器根据是否能检测到所述信号来输出功率控制信号；以及，
控制器，可根据所输出的功率控制信号来控制相耦合的USB设备的供电。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于：指示功率消耗的信号可以周期性地传输。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于：在传输的周期中，如果未能检测到来自相对应的USB设备的信号，则所述数据检测器就输出命令停止向所述的USB设备之一提供功率的功率控制信号。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于：所述数据检测器检测每一个其它设备的信号并对所述的每一个其它设备输出功率控制信号，且其中所述数据线是采用通用串行总线标准中的D+和D-设计的信号线。
19.一种计算机系统，其特征在于，包括：
主计算机；
多个与所述主计算机相耦合的通用串行总线(USB)设备，每个设备都可选择性地具有有效和无效的至少一种状态，其中，数据信号在所述主计算机和USB设备之间通信；以及，
分析所述数据信号的控制器，其中，可根据所述分析来控制提供给至少一个USB设备的供电。
20.如权利要求17所述的计算机系统，包括在主计算机和一组USB设备之间耦合的USB Hub，其中，所述控制器在主计算机和Hub中的一个内。
21.如权利要求20所述的计算机系统，其特征在于，包括与USB设备组相耦合的电源供给设备，它可以根据来自所述控制器的功率控制信号来停止对USB设备组中的一个或多个设备提供功率。
22.如权利要求21所述的计算机系统，其特征在于：所述控制器对在数据线上通过的数据信号进行逻辑操作，并监视逻辑操作结果信号中维持在多个电平中规定电平上的时间间隔，以及根据所监视的时间间隔输出功率控制信号。
23.如权利要求19所述的计算机系统，其特征在于：所述分析执行检测数据信号的状态和编译所检测到的数据信号之一。
24.如权利要求19所述的计算机系统，其特征在于：所述控制器位于主计算机中。
25.如权利要求24所述的计算机系统，其特征在于，包括与一组USB设备相耦合的电源供给设备，它可以根据来自所述控制器的功率控制信号来停止对USB设备组中的一个或多个设备提供功率。
26.如权利要求25所述的计算机系统，其特征在于：所述分析执行检测数据信号的状态和编译所检测到的数据信号之一。
27.一种用于控制与主计算机相连接设备的功率的方法，其特征在于，包括：
分析通过通用串行总线(USB)接口的数据线所传输的信号；
根据所述分析来确定功率控制信号；以及，
根据所述功率控制信号，有选择性地减少提供给至少一个设备的功率。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：所述分析信号至少包含：(1)检测通过在多个设备中每一设备和主计算机之间的USB接口的数据信号的状态，以及(2)编译检测到的主计算机和USB设备所传输的数据信号。
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