EP4004678A1 - Mainboard - Google Patents

Mainboard

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Publication number
EP4004678A1
EP4004678A1 EP20749859.3A EP20749859A EP4004678A1 EP 4004678 A1 EP4004678 A1 EP 4004678A1 EP 20749859 A EP20749859 A EP 20749859A EP 4004678 A1 EP4004678 A1 EP 4004678A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
supply
mainboard
input
module
voltage
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.)
Withdrawn
Application number
EP20749859.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Staude
Rudolf Häußermann
Waldemar Felde
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.)
Fujitsu Client Computing Ltd
Original Assignee
Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
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 Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH filed Critical Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Publication of EP4004678A1 publication Critical patent/EP4004678A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/18—Packaging or power distribution
    • G06F1/189—Power distribution
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/18—Packaging or power distribution
    • G06F1/183—Internal mounting support structures, e.g. for supporting printed circuit boards
    • G06F1/185—Mounting of expansion boards
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/263—Arrangements for using multiple switchable power supplies, e.g. battery and AC
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/266—Arrangements to supply power to external peripherals either directly from the computer or under computer control, e.g. supply of power through the communication port, computer controlled power-strips

Definitions

  • the invention relates to a mainboard for receiving an input-output module for providing one or more input-output interfaces for connection to an external device.
  • Mainboards should always be more flexible to configure so that they can be used in as many applications as possible.
  • so-called input-output modules are often included on the mainboard, which have one or more (possibly variable) input-output interfaces
  • An external device can thus be connected to the mainboard at an input-output module.
  • Common interfaces that can be configured using such an input-output module include, for example, Display Port (DP), DVI, HDMI, VGA, LAN or USB.
  • USB now provides a so-called power delivery functionality. This means that a supply voltage or a
  • Corresponding supply power can be provided that exceeds the standard interface voltage (usually 5 volts) or a standard supply power (usually a maximum of 15 watts) and is used to supply an external device with a higher output via the USB interface . In this way, external devices can be operated with higher operating power without needing a separate power supply. A The external devices are then supplied with power
  • a larger connector can be used on the input-output module.
  • the form factor of the input-output modules to provide the power delivery functionality has to be increased considerably, which is possible in small systems with only little space
  • This task is according to a first aspect by a
  • the mainboard is set up to accommodate an exchangeable input-output module for providing one or more input-output interfaces for connection to one external device. Furthermore, the mainboard is set up, an interface voltage on the input-output module
  • the mainboard is set up to accommodate an exchangeable supply module
  • the mainboard has an integrated switching device for switching between the interface voltage provided by the mainboard and that of the supply module
  • the mainboard is set up to provide the supply voltage provided by the supply module via an integrated line (or several integrated lines) by means of the switchover device as an alternative to the interface voltage at the input-output module.
  • the mainboard is set up, for example, to provide the interface voltage as a standard voltage (e.g. 5 volts) for a standard supply of an external device with a standard power (e.g. a maximum of 15 watts).
  • a supply module has a defined
  • the dated Supply module provided supply voltage or a corresponding supply power but also the standard voltage or the standard power (e.g. 9 volts, 15 volts or 20 volts or 27 watts, 45 watts or 60 watts).
  • the dated Supply module provided supply voltage or a corresponding supply power but also the standard voltage or the standard power (e.g. 9 volts, 15 volts or 20 volts or 27 watts, 45 watts or 60 watts).
  • the dated Supply module provided supply voltage or a corresponding supply power but also the
  • An input-output module for providing a corresponding interface for an external device can be added (e.g. plugged in) to the mainboard as an exchangeable module.
  • a supply module can also be added to the mainboard as an exchangeable module (e.g. plugged in), the supply module being the
  • the supply module is
  • the mainboard can be easily and flexibly upgraded with a corresponding functionality.
  • An integrated switching device on the mainboard is used to switch between that of the mainboard
  • Supply module provided supply voltage via an integrated line, i.e. a line that is already prepared on the mainboard to be provided by means of the switching device on the input-output module, there is no additional connection cable between a corresponding supply module and a corresponding input Output module, let alone required on the mainboard.
  • an integrated line i.e. a line that is already prepared on the mainboard to be provided by means of the switching device on the input-output module.
  • Supply power can be supplied.
  • the mainboard offers a very flexible and modular provision of a corresponding functionality, for example a power delivery functionality according to the USB standard.
  • a form factor of an input-output module can nevertheless remain unchanged and be kept as small as possible. This has the effect that only little space is required, especially in small or compact systems. If the mainboard is upgraded with a corresponding supply module, this functionality
  • the mainboard has an expansion slot for expansion cards and is set up to accommodate the supply module in the expansion slot.
  • This has the advantage that no additional connectors or special implementations are required on the mainboard to accommodate the supply module. Rather, the supply module can be accommodated in an expansion slot conventionally set up on the mainboard.
  • the expansion slot on the mainboard configured as a PCI slot, in particular as a PCI Express slot.
  • a corresponding supply module set up in accordance with the PCI or PCI Express standard can then be accommodated in the expansion slot, the supply module being ready for operation without further measures and being easily integrated into signal communication on the mainboard. In this way, configurations of the mainboard that have already been prepared can be used for the purposes mentioned, whereby other
  • the integrated circuit In at least one embodiment, the integrated circuit
  • Switching device configured to be controlled via the input-output module. This has the advantage that no further components are required on the mainboard to switch between those provided by the mainboard
  • the integrated switchover device is configured such that a switchover between the interface voltage provided by the mainboard and the supply voltage provided by the supply module takes place automatically on the switchover device without the switchover device via the input-output module
  • the above task is according to a second aspect by an arrangement with a mainboard, an input-output module recorded on the mainboard and one on the
  • the mainboard is set up according to the first aspect, with a
  • Arrangement recorded on the mainboard input-output module provides one or more input-output interfaces for connection to an external device. That on the
  • Supply module provides a defined supply voltage.
  • the supply voltage is via the integrated line and the integrated switching device of the mainboard as an alternative to the interface voltage
  • Input-output module can be provided.
  • connection with the mainboard according to the first aspect explained effects and advantages.
  • such an arrangement provides a supply of an external device connected to the input-output module in a simple and inexpensive, but nevertheless flexible manner.
  • the input-output module is set up to cause a switchover between the supply voltage and the interface voltage by means of the switchover device. This means that switching can be controlled by the input-output module without it being additional cost-intensive
  • the switchover device integrated on the mainboard is configured in such a way that a switchover between the interface voltage provided by the mainboard and the supply voltage provided by the supply module takes place automatically on the switchover device, without the switchover device via the input Output module must be controlled.
  • this is achieved, for example, in that in the switching device
  • Switching means are provided which switch through the respective greater of the interface voltage or the supply voltage to the input-output module.
  • signal communication takes place between the mainboard, the input-output module and the supply module in accordance with the I2C standard.
  • signal communication between the components involved is easy or can be implemented in a standardized manner without having to provide special protocols or configurations, in particular on the mainboard. Rather, the arrangement uses the ones already configured on the mainboard
  • the supply module is accommodated and set up in an expansion slot on the mainboard, and the supply voltage is applied to one or more connection pins of the supply module
  • the supply module is a PCI expansion card, in particular a PCI Express expansion card that is included in the
  • the supply module advantageously provides the supply voltage at one or more connection pins of the supply module.
  • the connection pin or pins are advantageously one or more connection pins that are not required, e.g. B. unused PRSNT pins according to the PCI Express configuration, which means that further (signal) communication between the supply module and the mainboard is not impaired. That way, the functionality you want is easy on
  • Expansion slot of the mainboard can be implemented. Special signal communication or control components are not required on the mainboard.
  • the switchover device is the one or more connection pins of the supply module and a supply connection of the input-output module to provide the
  • Supply module is provided directly in a corresponding signal communication between the supply module and the input-output module, without having to carry out further processing on the mainboard. This enables a simple implementation of the arrangement.
  • the main board, the input-output module and the supply module are set up, control signals for recognizing the input-output module or the supply module by the
  • mainboard is able to handle the input-output module or the
  • the functionality can be set up easily.
  • the mainboard can be easily upgraded with the corresponding functionality, with the corresponding modules and components being recognized and put into operation. Processing the control signals for
  • Supply module takes place, for example, via a chipset or a BIOS, which are installed or configured on the mainboard.
  • the input-output module and the supply module are set up, control signals to one another for adapting the
  • the input-output module signals to the supply module when a corresponding need for a supply voltage is not present or is changed, for example because an external device is connected to the input-output module that does not enable or request such a supply or a changed supply .
  • Control activate or deactivate or change a corresponding functionality. This is done via the input-output module and the supply module, without the need for additional control components on the mainboard.
  • a potential application of the mainboard according to the first aspect or the arrangement according to the second aspect is found in an operating method of the mainboard
  • an arrangement explained above is used in a computer system with certain operating states or power-saving states.
  • activation and operation of a take place
  • This normal operating state is, for example, a so-called S0 state according to the so-called Advanced Configuration and Power Interface (ACPI).
  • ACPI Advanced Configuration and Power Interface
  • an energy-saving state according to the method, a shutdown or a deactivation of a provision of a corresponding one takes place Supply voltage on the input-output module.
  • This energy-saving state is, for example, one of the states S3 to S5 according to the ACPI standard.
  • the invention is based on a
  • Figure 1 is a schematic representation of a plan view of an embodiment of an arrangement with a mainboard, an input-output module and a supply module,
  • FIG. 2 shows a schematic view of a supply module in the embodiment according to FIG. 1 with an indicated
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the arrangement according to FIG. 1 with illustrated communication between the components involved.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an arrangement with a mainboard 1 (or part of a
  • Mainboards 1 1), a replaceable one incorporated in it
  • Input-output module 2 as well as with a still on the
  • the input-output module 2 is a flexibly exchangeable module for providing one or more input-output interfaces for connecting an external device (not shown).
  • the input-output module 2 provides a display port interface and a USB interface, for example ready.
  • one or more other interfaces such as DVI, HDMI, VGA or LAN are provided.
  • An external device can via
  • the supply module 3 is designed, for example, as a PCI Express expansion card, which is installed in an expansion slot 6 of the
  • Expansion slot 6 is configured as a PCI Express slot. In this way, the mainboard 1 is simple and inexpensive with a separate supply functionality for supplying voltage to an external one connected to the input-output module 2
  • a corresponding supply voltage is provided via the supply module 3.
  • the line 5a represents a supply line between the supply module 3 and the input-output module 2, with one
  • the line 5b is used for signal communication between the input-output module 2 and the supply module 3. Signal communication
  • corresponding control signals between the input-output module 2 and other components of the mainboard 1, in particular one Chipset or a BIOS of the mainboard 1 take place via integrated lines 5c, 5d and 5e, which are integrated as signal lines or bus on the mainboard 1.
  • the line 5c is one
  • Figure 2 shows a schematic representation of a
  • the supply module 3 in the embodiment according to FIG. 2 is designed as a PCI Express expansion card.
  • the supply module 3 has connections 7 on its lower side for electrical and mechanical connection to the expansion slot 6 (see FIG. 1) of the
  • the supply module 3 includes a voltage converter for providing one or more supply voltages from one or more board voltages, which the supply module 3 on the mainboard side via one or more
  • Voltage lines 10 are provided. At the voltage line or lines 10, the mainboard 1 provides the supply module 3 in the embodiment according to FIG. 2, for example
  • Board voltages are converted by the supply module 3 into special supply voltages via which a certain supply power for supplying an external device by means of the input-output module 2 according to FIG. 1 can be generated.
  • the supply module 3 is set up, a supply voltage of 5 volts for a supply power of 15 watts, a supply voltage of 9 volts for a supply power of 27 watts, a
  • the supply module 3 provides the power to one or more unused connection pins 8 (e.g. unused
  • PRSNT pins via an integrated supply line 5a in the direction of the input-output module 2 (see Figure 1).
  • Signal communication between the supply module 3 and the input-output module 2 is set up via a further integrated communication line 5b.
  • the mainboard 1 can be easily upgraded with a supply functionality of the supply module 3 for supplying a connected external device.
  • a so-called power delivery functionality is set up on the USB interface of the input-output module 2 (see the above explanations relating to FIG. 1).
  • the supply module 3 provides a supply power between 15 watts and 60 watts on the line 5a for supplying a connected external
  • the external device is connected to the input-output module 2 and receives one via the supply module 3 provided supply voltage or draws a supply power made available via it.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the arrangement according to FIG. 1 with more detailed signal communication between the components involved.
  • the mainboard 1 comprises the input-output module 2 and the supply module 3.
  • a chipset or a BIOS 15 is set up on the mainboard 1. The latter are used to fundamentally control a functionality of the mainboard 1 or an electrical device or computer system controlled by it that is connected to the
  • Mainboard 1 is equipped.
  • the input-output module 2 has, for example, a so-called USB type C connector for connecting an external device with a corresponding USB type C mating connector.
  • the external device can be supplied with electrical energy with a supply power of up to 60 watts, for example.
  • An external device of this type is, for example, a
  • Computer monitor an electrical accessory for a tablet computer system, such as a camera, printer, and so on.
  • the input-output module 2 has a very small form factor of, for example, 26 mm ⁇ 40 mm.
  • the input-output module 2 has a relatively small connector for this purpose
  • the arrangement according to FIG. 3 is basically set up for two different application scenarios.
  • a standard operation is provided in which a standardized interface voltage via a
  • Voltage line 12 is specified by the mainboard 1.
  • the interface voltage on the voltage line 12 is, for example, 5 volts and is used as a standard
  • Supply of the external device connected to the input-output module 2 of, for example, 5 volts and a maximum of 15 watts.
  • a separate energy supply for example a separate power supply unit, is required.
  • the external device connected to the input-output module 2 should have a higher electrical operating power of
  • the supply module 3 which is on the mainboard 1
  • the mainboard 1 according to the constellation from FIG. 3 has a switching device 4 for switching between the two application scenarios explained above.
  • the switching device 4 is set in such a way that the first application scenario (standard operation).
  • Voltage line 12 applied interface voltage via the switching device 4 and the supply line 5a the supply connection 9 of the input-output module 2 is applied.
  • the interface voltage is provided in this way at the input-output module 2 for an interface operation with the external device.
  • Switching device 4 set such that instead of the interface voltage on the voltage line 12, the
  • Supply module 3 and the supply line 5a is applied to the supply connection 9 of the input-output module 2 by means of the switching device 4. In this way, the supply voltage or the supply power of the supply module 3 is switched through to the input-output module 2 via the supply line 5a and the switching device 4.
  • the input-output module 2 provides the supply voltage or respectively in this way
  • the supply module 3 converts corresponding board voltages, for example 12 volts and 3.3 volts, which are provided to the supply module 3 on the voltage line 10 from the mainboard 1, into one or more corresponding supply voltages (for example 5 volts, 9 volts , 15 volts and / or 20 volts). See also the corresponding supply voltages (for example 5 volts, 9 volts , 15 volts and / or 20 volts). See also the corresponding board voltages, for example 12 volts and 3.3 volts, which are provided to the supply module 3 on the voltage line 10 from the mainboard 1, into one or more corresponding supply voltages (for example 5 volts, 9 volts , 15 volts and / or 20 volts). See also the corresponding supply voltages (for example 5 volts, 9 volts , 15 volts and / or 20 volts). See also the corresponding supply voltages (for example 5 volts, 9 volts , 15 volts and /
  • control lines are set up in the arrangement according to FIG.
  • a control line 13 is set up between the supply module 3 and the chipset or BIOS 15 of the mainboard 1.
  • the supply module 3 When the supply module 3 is installed, it can be recognized by the mainboard 1 in this way and a corresponding configuration can be queried.
  • the mainboard 1 sets up signal communication with the
  • Supply module 3 and can do this by means of the
  • a control line 14 is also set up.
  • the input-output module 2 it can be recognized via the control line 14 by the chipset or the BIOS 15 of the mainboard 1 and also configured accordingly.
  • the configuration and type of the interfaces provided accordingly for the external device, including transmission speeds, transmission rates, voltage supply, bus configuration and so on
  • control line corresponds, for example, to the control line 5c in FIG. 1 or to another integrated line.
  • Control line 5b set up between the input-output module 2 and the supply module 3. These two modules can communicate with one another via the control line 5b in order, for example, to negotiate, determine and assign the need and / or level of a voltage supply through the supply module 3 configure. If, for example, an external device is connected to the input-output module 2, which has a corresponding
  • the supply module 3 If the supply functionality is supported or requested, this is communicated to the supply module 3 via the input-output module 2 and the control line 5b. The supply module 3 then performs a corresponding voltage conversion of the voltage on the voltage lines 10
  • the switching device 4 has, for example, two
  • the switching device 4 is controlled by the input-output module 2 via a separate control line 11.
  • a supply operation is first negotiated between the input-output module 2 and the supply module 3 via the
  • Supply line 5a on the part of supply module 3 is switched over by means of switching device 4. In this way, no further switching or
  • Control components on the mainboard 1 required to switch between the two operating scenarios.
  • the switchover device 4 has two so-called “ideal diodes”. These are implemented, for example, in that, in addition to the two field effect transistors, one or several operational amplifiers, e.g. B. a 2-way LM358
  • Operational amplifier is set up. If only the greater of the interface voltage (on line 12) or the supply voltage (on line 5a) is to be passed on to the input-output module, the switching device 4 can accordingly be designed as these two ideal diodes. This creates the greater tension
  • Signal lines take place, for example, via the I2C communication bus.
  • the input-output module 2 includes, for example, a
  • Control component for controlling or monitoring a supply functionality through the supply module 3 by means of the control line 5b.
  • the control component is, for example, a microcontroller.
  • a supply voltage which is provided by the supply module 3 is, for example, at least one voltage of 5 volts, 9 volts, 15 volts and / or 20 volts.
  • switching takes place by means of the switching device 4 from a standard voltage on the voltage line 12 to a supply voltage of the supply module 3 on the
  • Supply module 3 has been recognized via the chipset or the BIOS 15 and / or the control component on the input-output module 2.
  • the switchover device 4 is switched as shown in FIG.
  • a provision of the supply voltage by the supply Module 3 takes place, for example, in normal operation of the electrical device, for example in SO operation according to ACPI.
  • the electrical device is switched to an energy-saving state, for example one of the states S3 to S5 according to ACPI, there is, for example, another switchover by means of the switchover device 4 to the interface voltage on the voltage line 12.
  • Expansion slot 6 of the mainboard 1 can be installed, one or more unused connection pins can be used for the corresponding voltage and signal communication. In this way, the arrangement according to FIG. 3 is simple and inexpensive
  • Input-output module and a supply module have the advantage that a supply functionality, in particular a USB power delivery functionality or a
  • a form factor of the input-output module can be kept very small, the supply functionality being provided via the separate supply module.
  • Conventional communication standards can be used by simply integrating the supply module on the mainboard. There is no separate connection cable between the input-output module and the supply module
  • the signal communication takes place via
  • Plug connections or configurations of a plug on the input-output module are also not necessary. Furthermore, conventional input-output modules can be used without negatively affecting their functionality.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mainboard (1), das eingerichtet ist, ein austauschbares Input-Output-Modul (2) zum Bereitstellen einer Input-Output-Schnittstelle für ein externes Gerät aufzunehmen, eine Schnittstellenspannung am Input-Output-Modul (2) bereitzustellen, sowie ein austauschbares Versorgungs-Modul (3) aufzunehmen zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für das externe Gerät. Das Mainboard (1) weist eine integrierte Umschalt-Einrichtung (4) auf zum Umschalten zwischen der vom Mainboard (1) bereitgestellten Schnittstellenspannung und der vom Versorgungs-Modul (3) bereitgestellten Versorgungsspannung. Das Mainboard (1) ist eingerichtet, die vom Versorgungs-Modul (3) bereitgestellte Versorgungsspannung über eine integrierte Leitung (5a) mittels der Umschalt-Einrichtung (4) alternativ zur Schnittstellenspannung am Input-Output-Modul (2) bereitzustellen.

Description

Beschreibung
MAINBOARD
Die Erfindung betrifft ein Mainboard zur Aufnahme eines Input-Output-Moduls zum Bereitstellen einer oder mehrerer Input-Output-Schnittstellen zur Verbindung mit einem externen Gerät .
Mainboards (oder auch Systemboards) sollen immer flexibler konfigurierbar sein, um in möglichst vielen Anwendungsfällen eingesetzt werden zu können. Hierzu werden auf dem Mainboard oft sogenannte Input-Output-Module aufgenommen, die eine oder mehrere (ggf. variable) Input-Output-Schnittstellen zur
Verbindung mit einem externen Gerät bereitstellen . An einem Input-Output-Modul kann somit ein externes Gerät an das Mainboard angeschlossen werden. Gängige Schnittstellen, die über ein solches Input-Output-Modul konfigurierbar sind, umfassen zum Beispiel Display Port (DP), DVI, HDMI, VGA, LAN oder USB.
Zum Beispiel stellt USB mittlerweile eine sogenannte Power Delivery-Funktionalität bereit. Dies bedeutet, dass an der USB-Schnittstelle eine Versorgungsspannung bzw. eine
entsprechende Versorgungsleistung bereitstellbar sind, die über die gängige Schnittstellenspannung (von in der Regel 5 Volt) bzw. über eine gängige Versorgungsleistung (von in der Regel maximal 15 Watt) hinausgehen und zur Versorgung eines externen Gerätes mit einer höheren Leistung über die USB- Schnittstelle dienen. Auf diese Weise können externe Geräte mit höherer Betriebsleistung betrieben werden, ohne selbst eine separate Spannungsversorgung zu benötigen. Eine Spannungsversorgung der externen Geräte erfolgt dann
unmittelbar über die USB-Schnittstelle .
Üblicherweise erfordert das Einrichten einer USB- Schnittstelle mit Power Delivery über ein Input-Output-Modul der oben genannten Art eine große Bauform des Moduls aufgrund des Platzbedarfs der Power Delivery-Implementierung.
Alternativ wird eine separate Power Delivery-Einheit
eingesetzt, die über ein zusätzliches Verbindungskabel angebunden wird. Statt des Verbindungskabels kann auch ein größerer Stecker am Input-Output-Modul verwendet werden.
Die bisherigen Ansätze haben den Nachteil, dass der
Formfaktor der Input-Output-Module zum Bereitstellen der Power Delivery-Funktionalität erheblich vergrößert werden muss, was in kleinen Systemen mit nur wenig Platz
problematisch ist. Ferner benötigen die Lösungen entweder zusätzliche Kabelverbindungen zwischen den Komponenten oder eine spezielle Konfiguration mit kostenintensiven Komponenten auf dem Mainboard, was zusätzliche Mehrkosten verursacht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Mainboard der oben genannten Art zu beschreiben, das die oben genannten Nachteile überwindet.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein
Mainboard gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitergehende
Ausführungsformen sind in den zugehörigen Unteransprüchen offenbart .
Das Mainboard ist eingerichtet, ein austauschbares Input- Output-Modul aufzunehmen zum Bereitstellen einer oder mehrerer Input-Output-Schnittstellen zur Verbindung mit einem externen Gerät. Des Weiteren ist das Mainboard eingerichtet, eine Schnittstellenspannung am Input-Output-Modul
bereitzustellen. Ferner ist das Mainboard eingerichtet, ein austauschbares Versorgungs-Modul aufzunehmen zum
Bereitstellen einer definierten Versorgungsspannung zur
Versorgung eines externen Gerätes.
Das Mainboard weist eine integrierte Umschalt-Einrichtung auf zum Umschalten zwischen der vom Mainboard bereitgestellten Schnittstellenspannung und der vom Versorgungs-Modul
bereitgestellten VersorgungsSpannung .
Das Mainboard ist eingerichtet, die vom Versorgungs-Modul bereitgestellte Versorgungsspannung über eine integrierte Leitung (oder mehrere integrierte Leitungen) mittels der Umschalt-Einrichtung alternativ zur Schnittstellenspannung am Input-Output-Modul bereitzustellen.
Ein derartiges Mainboard hat den Vorteil, dass eine
Bereitstellung einer definierten Versorgungsspannung über ein Versorgungs-Modul (alternativ zur vom Mainboard
bereitgestellten Schnittstellenspannung) zur Versorgung eines externen Gerätes auf einfache Weise mit geringen Mehrkosten implementiert werden kann. Das Mainboard ist beispielsweise eingerichtet, die Schnittstellenspannung als Standardspannung (z. B. 5 Volt) für eine Standard-Versorgung eines externen Gerätes mit einer Standardleistung (z. B. maximal 15 Watt), bereitzustellen. Demgegenüber ist beispielsweise vorgesehen, dass ein Versorgungs-Modul eine definierte
Versorgungsspannung bzw. eine definierte Versorgungsleistung bereitstellt, die höher ist als die Standardspannung bzw. die Standardleistung (z. B. 9 Volt, 15 Volt oder 20 Volt bzw. 27 Watt, 45 Watt oder 60 Watt) . Alternativ kann die vom Versorgungs-Modul bereitgestellte Versorgungsspannung bzw. eine entsprechende Versorgungsleistung aber auch der
Schnittstellenspannung bzw. Standardleistung entsprechen.
Ein Input-Output-Modul zum Bereitstellen einer entsprechenden Schnittstelle für ein externes Gerät kann als austauschbares Modul auf dem Mainboard aufgenommen (z. B. aufgesteckt) werden. Ferner kann ein Versorgungs-Modul ebenfalls als austauschbares Modul auf dem Mainboard aufgenommen (z. B. aufgesteckt) werden, wobei das Versorgungs-Modul die
definierte Versorgungsspannung zur Versorgung des externen Gerätes bereitstellt . Das Versorgungs-Modul ist
beispielsweise ein Modul zum Bereitstellen einer Spannung für eine Power Delivery-Funktionalität gemäß dem USB-Standard oder sonstiger Spannungen alternativer Schnittstellen. Auf diese Weise ist das Mainboard sehr einfach und flexibel mit einer entsprechenden Funktionalität aufrüstbar.
Über eine integrierte Umschalt-Einrichtung auf dem Mainboard erfolgt ein Umschalten zwischen der vom Mainboard
bereitgestellten Schnittstellenspannung (Standardspannung) und der vom Versorgungs-Modul bereitgestellten
Versorgungsspannung. Weitere Komponenten, insbesondere teure Multiplexer, sind auf dem Mainboard nicht notwendig.
Dadurch, dass das Mainboard konfiguriert ist, die vom
Versorgungs-Modul bereitgestellte Versorgungsspannung über eine integrierte Leitung, das heißt eine Leitung, die bereits auf dem Mainboard vorbereitet ist, mittels der Umschalt- Einrichtung am Input-Output-Modul bereitzustellen, wird kein zusätzliches Verbindungskabel zwischen einem entsprechenden Versorgungs-Modul und einem entsprechenden Input-Output- Modul, geschweige denn am Mainboard benötigt. Ebenso sind keine zusätzlichen Steckverbindungen oder sonstige Anpassungen am Input-Output-Modul zum separaten Verbinden mit einem entsprechenden Versorgungs-Modul erforderlich. Vielmehr ist das Mainboard vorbereitet, die entsprechende
Versorgungsspannung vom Versorgungs-Modul an das Input- Output-Modul durchzureichen, wodurch ein am Input-Output- Modul verbundenes externes Gerät mit dieser
Versorgungsspannung (und einer entsprechenden
Versorgungsleistung) versorgt werden kann.
Auf diese Weise bietet das Mainboard eine sehr flexible und modulare Bereitstellung einer entsprechenden Funktionalität, beispielsweise einer Power Delivery-Funktionalität gemäß dem USB-Standard . Ein Formfaktor eines Input-Output-Moduls kann dennoch unverändert bleiben und möglichst klein gehalten sein. Dies hat den Effekt, dass insbesondere in kleinen oder kompakten Systemen nur wenig Platz erforderlich ist. Im Falle eines Aufrüstens des Mainboards mit einem entsprechenden Versorgungs-Modul kann dennoch diese Funktionalität
bereitgestellt werden, ohne dass zusätzliche Stecker oder teure Komponenten am Mainboard und/oder am Input-Output-Modul erforderlich sind. Außerdem können herkömmliche Input-Output- Module weiterhin am Mainboard eingesetzt werden.
In wenigstens einer Ausführungsform weist das Mainboard einen Erweiterungssteckplatz für Erweiterungskarten auf und ist eingerichtet, das Versorgungs-Modul im Erweiterungssteckplatz aufzunehmen. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Stecker oder spezielle Implementierungen am Mainboard zur Aufnahme des Versorgungs-Moduls erforderlich sind. Vielmehr kann das Versorgungs-Modul in einem herkömmlich am Mainboard eingerichteten Erweiterungssteckplatz aufgenommen werden. Beispielsweise ist der Erweiterungssteckplatz des Mainboards als PCI-Steckplatz , insbesondere als PCI-Express-Steckplatz , konfiguriert. Ein entsprechendes, gemäß dem PCI- bzw. PCI- Express-Standard eingerichtetes, Versorgungs-Modul kann dann im Erweiterungssteckplatz aufgenommen werden, wobei das Versorgungs-Modul ohne weitergehende Maßnahmen betriebsbereit ist und in eine Signalkommunikation auf dem Mainboard auf einfache Weise integrierbar ist. Auf diese Weise können bereits vorbereitete Konfigurationen des Mainboards zu den genannten Zwecken ausgenutzt werden, wodurch sonstige
Mehrkosten für weitere Komponenten auf dem Mainboard
vermieden werden. Dennoch ist die erläuterte Funktionalität einfach und flexibel am Mainboard aufrüstbar.
In wenigstens einer Ausführungsform ist die integrierte
Umschalt-Einrichtung konfiguriert, über das Input-Output- Modul angesteuert zu werden. Dies hat den Vorteil, dass es keiner weiteren Komponenten auf dem Mainboard bedarf, um ein Umschalten zwischen der vom Mainboard bereitgestellten
Schnittstellenspannung und der vom Versorgungs-Modul
bereitgestellten Versorgungsspannung durchzuführen.
Insbesondere schnelle und damit teure Multiplexer-Bausteine für entsprechende Signale sind auf dem Mainboard nicht erforderlich .
In wenigstens einer alternativen oder ergänzenden
Ausführungsform ist die integrierte Umschalt-Einrichtung derart konfiguriert, dass ein Umschalten zwischen der vom Mainboard bereitgestellten Schnittstellenspannung und der vom Versorgungs-Modul bereitgestellten Versorgungsspannung automatisch an der Umschalt-Einrichtung erfolgt, ohne dass die Umschalt-Einrichtung über das Input-Output-Modul
angesteuert werden muss. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass in der Umschalt-Einrichtung Schaltmittel vorgesehen sind, die die jeweils größere der
Schnittstellenspannung oder der Versorgungsspannung an das Input-Output-Modul durchschalten. Dies hat den Vorteil, dass keine spezielle Steuerleitung oder spezielle Steuersignale zwischen dem Input-Output-Modul und der Umschalt-Einrichtung benötigt werden.
Die obige Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt durch eine Anordnung mit einem Mainboard, einem auf dem Mainboard aufgenommenen Input-Output-Modul sowie einem auf dem
Mainboard aufgenommenen Versorgungs-Modul gemäß
Patentanspruch 4 gelöst. Weitergehende Ausführungsformen sind in den zugehörigen Unteransprüchen offenbart.
Bei der Anordnung ist das Mainboard gemäß dem ersten Aspekt eingerichtet, wobei über das Mainboard eine
Schnittstellenspannung bereitgestellt ist. Das in der
Anordnung auf dem Mainboard aufgenommene Input-Output-Modul stellt eine oder mehrere Input-Output-Schnittstellen zur Verbindung mit einem externen Gerät bereit. Das auf dem
Mainboard weiterhin in der Anordnung aufgenommene
Versorgungs-Modul stellt eine definierte Versorgungsspannung bereit. In der Anordnung ist die Versorgungsspannung über die integrierte Leitung und die integrierte Umschalt-Einrichtung des Mainboards alternativ zur Schnittstellenspannung am
Input-Output-Modul bereitstellbar .
Auch eine derartige Anordnung weist die bereits im
Zusammenhang mit dem Mainboard gemäß dem ersten Aspekt erläuterten Effekte und Vorteile auf. Insbesondere stellt eine derartige Anordnung auf einfache und kostengünstige, aber dennoch flexible Weise eine Versorgung eines am Input- Output-Modul verbundenen externen Gerätes bereit. In wenigstens einer Ausführungsform der Anordnung ist das Input-Output-Modul eingerichtet, ein Umschalten zwischen der Versorgungsspannung und der Schnittstellenspannung mittels der Umschalt-Einrichtung zu veranlassen. Das bedeutet, dass ein Umschalten von dem Input-Output-Modul gesteuert werden kann, ohne dass es zusätzlicher kostenintensiver
Steuerkomponenten oder Umschalt-Komponenten, insbesondere Multiplexer-Bausteine, integriert auf dem Mainboard bedarf. Dies trägt dazu bei, dass die Anordnung die erläuterte
Funktionalität kostengünstig bereitstellen kann.
In wenigstens einer alternativen oder ergänzenden
Ausführungsform der Anordnung ist die auf dem Mainboard integrierte Umschalt-Einrichtung derart konfiguriert, dass ein Umschalten zwischen der vom Mainboard bereitgestellten Schnittstellenspannung und der vom Versorgungs-Modul bereitgestellten Versorgungsspannung automatisch an der Umschalt-Einrichtung erfolgt, ohne dass die Umschalt- Einrichtung über das Input-Output-Modul angesteuert werden muss. Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Mainboard gemäß dem ersten Aspekt erläutert wird dies beispielsweise dadurch erreicht, dass in der Umschalt-Einrichtung
Schaltmittel vorgesehen sind, die die jeweils größere der Schnittstellenspannung oder der Versorgungsspannung an das Input-Output-Modul durchschalten. Entsprechende Vorteile gelten analog zu den obigen Erläuterungen.
In wenigstens einer Ausführungsform der Anordnung erfolgt eine Signalkommunikation zwischen dem Mainboard, dem Input- Output-Modul und dem Versorgungs-Modul gemäß dem I2C- Standard. Auf diese Weise ist eine Signalkommunikation zwischen den beteiligten Komponenten auf einfache Weise beziehungsweise standardisiert realisierbar, ohne spezielle Protokolle beziehungsweise Konfigurationen, insbesondere am Mainboard, vorsehen zu müssen. Vielmehr bedient sich die Anordnung den bereits am Mainboard konfigurierten
Kommunikationstechniken .
In wenigstens einer Ausführungsform ist das Versorgungs-Modul in einem Erweiterungssteckplatz des Mainboards aufgenommen und eingerichtet, die Versorgungsspannung an einem oder mehreren Anschluss-Pins des Versorgungs-Moduls
bereitzustellen. Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Mainboard gemäß dem ersten Aspekt erläutert, hat dies den Vorteil, dass das Versorgungs-Modul ohne zusätzlich
notwendige Änderungen oder Modifikationen standardgemäß am Mainboard aufgenommen werden kann. Beispielsweise ist das Versorgungs-Modul eine PCI-Erweiterungskarte, insbesondere eine PCI-Express-Erweiterungskarte, die im
Erweiterungssteckplatz des Mainboards aufgenommen ist. Das Versorgungs-Modul stellt die Versorgungsspannung vorteilhaft an einem oder mehreren Anschluss-Pins des Versorgungs-Moduls bereit. Vorteilhaft sind der oder die Anschluss-Pins ein bzw. mehrere nicht benötigte Anschluss-Pins, z. B. ungenutzte PRSNT-Pins gemäß der PCI-Express-Konfiguration, wodurch die weitere (Signal-) Kommunikation zwischen dem Versorgungs- Modul und dem Mainboard nicht beeinträchtigt wird. Auf diese Weise ist die gewünschte Funktionalität einfach am
Erweiterungssteckplatz des Mainboards implementierbar. Eine spezielle Signalkommunikation beziehungsweise Steuer- Komponenten sind am Mainboard nicht erforderlich.
In wenigstens einer Ausführungsform der Anordnung ist die Umschalt-Einrichtung dem einen bzw. den mehreren Anschluss- Pins des Versorgungs-Moduls und einem Versorgungsanschluss des Input-Output-Moduls zum Bereitstellen der
Versorgungsspannung elektrisch zwischengeschaltet. Auf diese Weise erfolgt ein Umschalten auf die Versorgungsspannung, die an dem einen oder den mehreren Anschluss-Pins des
Versorgungs-Moduls bereitgestellt wird, unmittelbar in einer entsprechenden Signalkommunikation zwischen dem Versorgungs- Modul und dem Input-Output-Modul , ohne eine weitergehende Verarbeitung auf dem Mainboard durchführen zu müssen. Dies ermöglicht eine einfache Implementierung der Anordnung.
In wenigstens einer Ausführungsform der Anordnung sind das Mainboard, das Input-Output-Modul sowie das Versorgungs-Modul eingerichtet, Steuersignale zum Erkennen des Input-Output- Moduls beziehungsweise des Versorgungs-Moduls durch das
Mainboard auszutauschen. Auf diese Weise ist das Mainboard in der Lage, das Input-Output-Modul beziehungsweise das
Versorgungs-Modul zu erkennen, indem bestimmte Steuersignale zwischen den Komponenten ausgetauscht werden. Des Weiteren ist ein einfaches Einrichten der Funktionalität ermöglicht. Auf diese Weise kann das Mainboard sehr einfach mit der entsprechenden Funktionalität aufgerüstet werden, wobei die entsprechenden Module und Komponenten erkannt und in Betrieb genommen werden. Ein Verarbeiten der Steuersignale zum
Erkennen des Input-Output-Moduls beziehungsweise des
Versorgungs-Moduls erfolgt beispielsweise über einen Chipsatz beziehungsweise ein BIOS, die auf dem Mainboard installiert beziehungsweise konfiguriert sind.
In wenigstens einer Ausführungsform der Anordnung sind das Input-Output-Modul sowie das Versorgungs-Modul eingerichtet, untereinander Steuersignale zum Anpassen der
Versorgungsspannung auszutauschen. Durch derartige
Steuersignale ist es möglich, dass das Input-Output-Modul dem Versorgungs-Modul den Bedarf einer Bereitstellung einer bestimmten Versorgungsspannung und/oder deren Höhe
signalisiert, sodass das Versorgungs-Modul die
Versorgungsspannung entsprechend bereitstellt . Umgekehrt signalisiert das Input-Output-Modul dem Versorgungs-Modul, wenn ein entsprechender Bedarf einer Versorgungsspannung nicht oder geändert vorliegt, zum Beispiel weil ein externes Gerät am Input-Output-Modul angeschlossen ist, das keine solche Versorgung oder eine veränderte Versorgung ermöglicht oder anfragt. Somit erlaubt die Anordnung ein einfaches
Steuern, Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren oder Ändern einer entsprechenden Funktionalität. Dies geschieht über das Input-Output-Modul sowie das Versorgungs-Modul, ohne dass weitergehende Steuerkomponenten auf dem Mainboard notwendig sind .
Eine potentielle Anwendung des Mainboards gemäß dem ersten Aspekt beziehungsweise der Anordnung gemäß dem zweiten Aspekt findet sich in einem Betriebsverfahren des Mainboards
beziehungsweise der Anordnung innerhalb eines Computersystems beziehungsweise elektrischen Gerätes mit einem solchen
Mainboard beziehungsweise einer solchen Anordnung.
Beispielsweise findet eine oben erläuterte Anordnung Einsatz in einem Computersystem mit bestimmten Betriebszuständen beziehungsweise Stromsparzuständen . Beispielsweise erfolgen verfahrensgemäß ein Aktivieren und ein Betrieb eines
Bereitstellens einer Versorgungsspannung über das
Versorgungs-Modul in einem Normalbetriebszustand. Dieser Normalbetriebszustand ist beispielsweise ein sogenannter S0- Zustand gemäß dem sogenannten Advanced Configuration and Power Interface (ACPI) . In einem Energiesparzustand erfolgt verfahrensgemäß demgegenüber ein Abschalten beziehungsweise ein Deaktivieren einer Bereitstellung einer entsprechenden Versorgungsspannung am Input-Output-Modul . Dieser Energiesparzustand ist beispielsweise einer der Zustände S3 bis S5 gemäß dem ACPI-Standard .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematisierte Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Anordnung mit einem Mainboard, einem Input-Output-Modul und einem Versorgungs-Modul,
Figur 2 eine schematisierte Ansicht eines Versorgungs- Moduls in der Ausführung gemäß Figur 1 mit angedeutetem
Signalfluss, sowie
Figur 3 eine schematisierte Darstellung der Anordnung gemäß Figur 1 mit veranschaulichter Kommunikation zwischen den beteiligten Komponenten.
Figur 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Anordnung mit einem Mainboard 1 (beziehungsweise einem Teil eines
Mainboards 1), einem darin aufgenommenen austauschbaren
Input-Output-Modul 2 sowie mit einem weiterhin auf dem
Mainboard 1 aufgenommenen Versorgungs-Modul 3. Das Input- Output-Modul 2 ist in der Ausführungsform gemäß Figur 1 ein flexibel austauschbares Modul zum Bereitstellen einer oder mehrerer Input-Output-Schnittstellen zum Anschließen eines externen Gerätes (nicht dargestellt) . In der Ausführungsform gemäß Figur 1 stellt das Input-Output-Modul 2 beispielsweise eine Display Port-Schnittstelle und eine USB-Schnittstelle bereit. Alternativ oder ergänzend werden eine oder mehrere andere Schnittstellen bereitgestellt, wie beispielsweise DVI, HDMI, VGA oder LAN. Ein externes Gerät kann über
entsprechende Stecker mit dem Input-Output-Modul 2 verbunden werden .
Das Versorgungs-Modul 3 ist in der Ausführungsform gemäß Figur 1 beispielsweise als PCI-Express-Erweiterungskarte ausgeführt, die in einem Erweiterungssteckplatz 6 des
Mainboards 1 aufgenommen ist. Der Erweiterungssteckplatz 6 ist als PCI-Express-Steckplatz konfiguriert. Auf diese Weise ist das Mainboard 1 einfach und kostengünstig mit einer separaten Versorgungs-Funktionalität zur Spannungsversorgung eines am Input-Output-Modul 2 angeschlossenen externen
Gerätes aufrüstbar. Eine entsprechende Versorgungsspannung wird über das Versorgungs-Modul 3 bereitgestellt. Eine
Kommunikation beziehungsweise Spannungsversorgung zwischen dem Versorgungs-Modul 3 und dem Input-Output-Modul 2 erfolgen über integrierte Leitungen 5a und 5b, die als Versorgungs beziehungsweise Signal- oder Steuerleitungen auf dem
Mainboard 1 integriert sind. Insbesondere stellt die Leitung 5a eine Versorgungsleitung zwischen dem Versorgungs-Modul 3 und dem Input-Output-Modul 2 dar, wobei eine
Versorgungsspannung des Versorgungs-Moduls 3 an einem
Versorgungsanschluss 9 des Input-Output-Moduls 2 zur
Versorgung eines daran angeschlossenen externen Gerätes bereitgestellt werden kann. Die Leitung 5b dient dagegen für eine Signalkommunikation zwischen dem Input-Output-Modul 2 und dem Versorgungs-Modul 3. Eine Signalkommunikation
zwischen den beteiligten Komponenten wird weiter unten näher erläutert. Eine Schnittsteilen-Kommunikation und
entsprechende Steuersignale zwischen dem Input-Output-Modul 2 und weiteren Komponenten des Mainboards 1, insbesondere einem Chipsatz beziehungsweise einem BIOS des Mainboards 1, erfolgen über integrierte Leitungen 5c, 5d und 5e, die als Signalleitungen beziehungsweise Bus auf dem Mainboard 1 integriert sind. Beispielsweise ist die Leitung 5c eine
Steuerleitung, die Leitung 5d eine Schnittstellen-Leitung einer Display Port-Schnittstelle und die Leitung 5e eine Schnittstellen-Leitung einer USB-Schnittstelle .
Figur 2 zeigt eine schematisierte Darstellung einer
Ausführung eines Versorgungs-Moduls 3, wie es beispielsweise in der Anordnung gemäß Figur 1 Anwendung findet. Wie oben erläutert, ist das Versorgungs-Modul 3 in der Ausführung gemäß Figur 2 als PCI-Express-Erweiterungskarte ausgeführt. Das Versorgungs-Modul 3 weist hierfür an dessen unterer Seite Anschlüsse 7 zur elektrischen und mechanischen Konnektierung mit dem Erweiterungssteckplatz 6 (siehe Figur 1) des
Mainboards 1 auf. Die Anschlüsse 7 dienen zur
Signalkommunikation gemäß dem PCI-Express-Standard zwischen dem Versorgungs-Modul 3 und dem Mainboard 1 beziehungsweise dem Input-Output-Modul 2 (siehe Figur 1) .
Das Versorgungs-Modul 3 umfasst einen Spannungswandler zum Bereitstellen einer oder mehrerer Versorgungsspannungen aus einer oder mehreren Boardspannungen, die dem Versorgungs- Modul 3 Mainboard-seitig über eine oder mehrere
Spannungsleitungen 10 bereitgestellt werden. An der oder den Spannungsleitungen 10 stellt das Mainboard 1 dem Versorgungs- Modul 3 in der Ausführung gemäß Figur 2 beispielsweise
Spannungen von 12 Volt und/oder 3,3 Volt bereit. Diese
Boardspannungen werden durch das Versorgungs-Modul 3 in spezielle Versorgungsspannungen gewandelt, über die eine bestimmte Versorgungsleistung zur Versorgung eines externen Gerätes mittels dem Input-Output-Modul 2 gemäß Figur 1 erzeugt werden kann. Zum Beispiel ist das Versorgungs-Modul 3 eingerichtet, eine Versorgungsspannung von 5 Volt für eine Versorgungsleistung von 15 Watt, eine Versorgungsspannung von 9 Volt für eine Versorgungsleistung von 27 Watt, eine
Versorgungsspannung von 15 Volt für eine Versorgungsleistung von 45 Watt oder eine Versorgungsspannung von 20 Volt für eine Versorgungsleistung von 60 Watt aus der Boardspannung von 12 Volt von der Spannungsleitung 10 kommend zu erzeugen. Eine derartige Versorgungsspannung beziehungsweise
Versorgungsleistung stellt das Versorgungs-Modul 3 an einem oder mehreren ungenutzten Anschluss-Pins 8 (z. B. ungenutzte
PRSNT-Pins) über eine integrierte Versorgungsleitung 5a in Richtung des Input-Output-Moduls 2 (siehe Figur 1) bereit. Über eine weitere integrierte Kommunikationsleitung 5b ist eine Signalkommunikation zwischen dem Versorgungs-Modul 3 und dem Input-Output-Modul 2 eingerichtet.
Durch Installieren des Versorgungs-Moduls 3 auf dem Mainboard 1 gemäß Figur 1 kann das Mainboard 1 auf einfache Weise mit einer Versorgungs-Funktionalität des Versorgungs-Moduls 3 zum Versorgen eines angeschlossenen externen Gerätes aufgerüstet werden. Auf diese Weise ist zum Beispiel eine sogenannte Power Delivery-Funktionalität an der USB-Schnittstelle des Input-Output-Moduls 2 (siehe obige Erläuterungen zu Figur 1) eingerichtet. Eine entsprechende Versorgung mit einer
Versorgungsspannung gemäß einem anderen oder weiteren
Schnittsteilen-Standard ist selbstverständlich ebenso
möglich. Zum Beispiel stellt das Versorgungs-Modul 3 an der Leitung 5a eine Versorgungsleistung zwischen 15 Watt und 60 Watt für eine Versorgung eines angeschlossenen externen
Gerätes mit elektrischer Energie bereit. Das externe Gerät ist, wie oben zu Figur 1 erläutert, am Input-Output-Modul 2 verbunden und erhält eine über das Versorgungs-Modul 3 bereitgestellte Versorgungsspannung beziehungsweise bezieht eine darüber bereitgestellte Versorgungsleistung.
Figur 3 zeigt eine schematisierte Darstellung der Anordnung gemäß Figur 1 mit einer detaillierteren Signalkommunikation zwischen den beteiligten Komponenten. Wie oben erläutert, umfasst das Mainboard 1 das Input-Output-Modul 2 sowie das Versorgungs-Modul 3. Des Weiteren ist auf dem Mainboard 1 ein Chipsatz beziehungsweise ein BIOS 15 eingerichtet. Letztere dienen zur grundlegenden Steuerung einer Funktionalität des Mainboards 1 beziehungsweise eines darüber gesteuerten elektrischen Gerätes oder Computersystems, das mit dem
Mainboard 1 ausgerüstet ist.
Das Input-Output-Modul 2 weist in der Ausführungsform gemäß Figur 3 zum Beispiel einen sogenannten USB-Typ-C-Stecker zum Anschluss eines externen Gerätes mit einem entsprechenden USB-Typ-C-Gegenstecker auf. Gemäß diesem Standard kann das externe Gerät beispielsweise mit einer Versorgungsleistung von bis zu 60 Watt mit elektrischer Energie versorgt werden. Ein externes Gerät dieser Art ist beispielsweise ein
Computermonitor, ein elektrisches Zubehör für ein Tablet- Computersystem, wie zum Beispiel eine Kamera, ein Drucker und so weiter.
Das Input-Output-Modul 2 weist einen sehr kleinen Formfaktor von beispielsweise 26 mm x 40 mm auf. Das Input-Output-Modul 2 weist hierfür einen relativ kleinen Stecker zum
Konnektieren auf dem Mainboard 1 (siehe Figur 1) auf.
Die Anordnung gemäß Figur 3 ist grundsätzlich für zwei verschiedene Einsatzszenarien eingerichtet. Gemäß einem ersten Szenario ist ein Standardbetrieb vorgesehen, in dem eine standardisierte Schnittstellenspannung über eine
Spannungsleitung 12 vom Mainboard 1 vorgegeben wird. Die Schnittstellenspannung an der Spannungsleitung 12 beträgt beispielsweise 5 Volt und dient einer standardmäßigen
Versorgung des am Input-Output-Modul 2 angeschlossenen externen Gerätes von beispielsweise 5 Volt und maximal 15 Watt. Für den Betrieb eines externen Gerätes mit mehr
Leistung wird eine separate Energieversorgung, zum Beispiel ein separates Netzteil, benötigt.
In einem zweiten Einsatzszenario (Versorgungsbetrieb) soll das am Input-Output-Modul 2 angeschlossene externe Gerät mit einer höheren elektrischen Betriebsleistung von
beispielsweise bis zu 60 Watt versorgt werden. Hierzu wird über das Versorgungs-Modul 3, das auf dem Mainboard 1
installiert ist, eine vorgegebene Versorgungsspannung
beziehungsweise Versorgungsleistung bereitgestellt. Diese wird über das Input-Output-Modul 2 dem angeschlossenen externen Gerät zur Verfügung gestellt, wodurch das externe Gerät elektrisch betrieben werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das externe Gerät trotz der hohen Betriebsleistung keine zusätzliche separate Energieversorgung, zum Beispiel über ein separates Netzteil, benötigt. Die zum Betrieb des externen Gerätes erforderliche Betriebsleistung wird beispielsweise gänzlich über die Anordnung gemäß Figur 3 bereitgestellt.
Das Mainboard 1 gemäß der Konstellation aus Figur 3 weist eine Umschalt-Einrichtung 4 auf zum Umschalten zwischen den beiden oben erläuterten Einsatzszenarien. Gemäß dem ersten Einsatzszenario (Standardbetrieb) ist die Umschalt- Einrichtung 4 derart eingestellt, dass die an der
Spannungsleitung 12 anliegende Schnittstellenspannung über die Umschalt-Einrichtung 4 und die Versorgungsleitung 5a an den Versorgungsanschluss 9 des Input-Output-Moduls 2 angelegt wird. Die Schnittstellenspannung wird auf diese Weise am Input-Output-Modul 2 für einen Schnittstellenbetrieb mit dem externen Gerät bereitgestellt.
Im zweiten Einsatzszenario (Versorgungsbetrieb) ist die
Umschalt-Einrichtung 4 derart eingestellt, dass anstelle der Schnittstellenspannung an der Spannungsleitung 12 die
entsprechende Versorgungsspannung des Versorgungs-Moduls 3 über den einen oder die mehreren Anschluss-Pins 8 des
Versorgungs-Moduls 3 und die Versorgungsleitung 5a mittels der Umschalt-Einrichtung 4 an den Versorgungsanschluss 9 des Input-Output-Moduls 2 angelegt wird. Auf diese Weise wird die Versorgungsspannung beziehungsweise die Versorgungsleistung des Versorgungs-Moduls 3 über die Versorgungsleitung 5a und die Umschalt-Einrichtung 4 an das Input-Output-Modul 2 durchgeschaltet. Das Input-Output-Modul 2 stellt auf diese Weise die Versorgungsspannung beziehungsweise
Versorgungsleistung einem externen Gerät zur Verfügung. Eine derartige Konstellation ist in Figur 3 veranschaulicht, siehe insbesondere die Einstellung der Umschalt-Einrichtung 4.
In dieser Konstellation wandelt das Versorgungs-Modul 3 entsprechende Boardspannungen, beispielsweise 12 Volt und 3,3 Volt, die dem Versorgungs-Modul 3 an den Spannungsleitung 10 vom Mainboard 1 bereitgestellt werden, in eine oder mehrere entsprechende Versorgungsspannungen (beispielsweise 5 Volt, 9 Volt, 15 Volt und/oder 20 Volt) . Siehe hierzu auch die
Erläuterungen zur Figur 2 oben.
Zur Signalkommunikation zwischen den verschiedenen
Komponenten und Modulen sind verschiedene Steuerleitungen in der Anordnung gemäß Figur 3 eingerichtet. Insbesondere ist eine Steuerleitung 13 zwischen dem Versorgungs-Modul 3 und dem Chipsatz beziehungsweise BIOS 15 des Mainboards 1 eingerichtet. Bei Installationen des Versorgungs-Moduls 3 kann dieses auf diese Weise vom Mainboard 1 erkannt werden und eine entsprechende Konfiguration abgefragt werden. Das Mainboard 1 richtet eine Signalkommunikation mit dem
Versorgungs-Modul 3 ein und kann dieses mittels des
Chipsatzes beziehungsweise BIOS 15 steuern. Zum Beispiel werden zwischen dem Versorgungs-Modul 3 und dem Mainboard 1 entsprechende Mainboard-Spannungen an den Spannungsleitungen 10 ausgehandelt beziehungsweise festgelegt.
Zwischen dem Input-Output-Modul 2 und dem Chipsatz
beziehungsweise BIOS 15 des Mainboards 1 ist weiterhin eine Steuerleitung 14 eingerichtet. Über die Steuerleitung 14 kann bei Installation des Input-Output-Moduls 2 dieses durch den Chipsatz beziehungsweise das BIOS 15 des Mainboards 1 erkannt werden und ebenfalls entsprechend konfiguriert werden.
Beispielsweise wird zwischen dem Mainboard 1 und dem Input- Output-Modul 2 die Konfiguration und Art der entsprechend zur Verfügung gestellten Schnittstellen für das externe Gerät, inklusive Übertragungsgeschwindigkeiten, Übertragungsraten, Spannungsversorgung, Bus-Konfiguration und so weiter
vorgegeben. Die Steuerleitung entspricht beispielsweise der Steuerleitung 5c in Figur 1 oder einer anderen integrierten Leitung .
In der Konstellation gemäß Figur 3 ist ferner eine
Steuerleitung 5b zwischen dem Input-Output-Modul 2 und dem Versorgungs-Modul 3 eingerichtet. Über die Steuerleitung 5b können diese beiden Module miteinander kommunizieren, um zum Beispiel Bedarf und/oder Höhe einer Spannungsversorgung durch das Versorgungs-Modul 3 auszuhandeln, festzulegen und zu konfigurieren. Ist beispielsweise am Input-Output-Modul 2 ein externes Gerät angeschlossen, das eine entsprechende
Versorgungs-Funktionalität unterstützt beziehungsweise anfordert, so wird dies über das Input-Output-Modul 2 und die Steuerleitung 5b an das Versorgungs-Modul 3 kommuniziert. Das Versorgungs-Modul 3 führt anschließend eine entsprechende Spannungswandlung der an den Spannungsleitungen 10
zugeführten Boardspannungen durch, um eine entsprechende Versorgungsspannung am Input-Output-Modul 2 bereitzustellen. Dies geschieht unter entsprechender Schaltung der Umschalt- Einrichtung 4, wie oben erläutert.
Die Umschalt-Einrichtung 4 weist beispielsweise zwei
Feldeffekt-Transistoren auf, die entsprechend zum Schalten zwischen der Spannungsleitung 12 und der Versorgungsleitung 5a seitens des Versorgungs-Moduls 3 geschaltet werden können. Die Umschalt-Einrichtung 4 wird in der Konstellation gemäß Figur 3 durch das Input-Output-Modul 2 über eine separate Steuerleitung 11 angesteuert. Beispielsweise erfolgt zunächst ein Aushandeln eines Versorgungs-Betriebs zwischen dem Input- Output-Modul 2 und dem Versorgungs-Modul 3 über die
Steuerleitung 5b, wobei im Anschluss über die Steuerleitung 11 ein Umschalten von der Spannungsleitung 12 auf die
Versorgungsleitung 5a seitens des Versorgungs-Moduls 3 mittels der Umschalt-Einrichtung 4 umgeschaltet wird. Auf diese Weise werden keine weiteren Schalt- oder
Steuerkomponenten auf dem Mainboard 1 zum Umschalten zwischen den beiden Betriebsszenarien benötigt.
In einer alternativen oder ergänzenden Implementierung der Umschalt-Einrichtung 4 weist diese zwei sogenannte „ideale Dioden" auf. Diese werden beispielsweise dadurch realisiert, dass zusätzlich zu den zwei Feldeffekt-Transistoren ein oder mehrere Operationsverstärker, z. B. einen 2-fach LM358
Operationsverstärker, eingerichtet ist. Wenn lediglich die größere der Schnittstellenspannung (an der Leitung 12) oder der Versorgungsspannung (an der Leitung 5a) an das Input- Output-Modul weitergeleitet werden soll, kann die Umschalt- Einrichtung 4 entsprechend als diese zwei idealen Dioden ausgeführt sein. Dadurch wird die größere Spannung
automatisch an das Input-Output-Modul durchgeschaltet.
Dadurch ist die separate Steuerleitung 11 nicht erforderlich.
Eine Signalkommunikation auf den entsprechenden
Signalleitungen erfolgt beispielsweise über den I2C- Kommunikationsbus .
Das Input-Output-Modul 2 umfasst beispielsweise eine
Kontrollkomponente zum Steuern beziehungsweise Kontrollieren einer Versorgungs-Funktionalität durch das Versorgungs-Modul 3 mittels der Steuerleitung 5b. Die Kontrollkomponente ist beispielsweise ein Mikrocontroller. Eine Versorgungsspannung, die durch das Versorgungs-Modul 3 bereitgestellt wird, beträgt beispielsweise wenigstens eine Spannung aus 5 Volt, 9 Volt, 15 Volt und/oder 20 Volt.
Gemäß eines Betriebsverfahrens der Anordnung in Figur 3 erfolgt ein Umschalten mittels der Umschalt-Einrichtung 4 von einer Standardspannung an der Spannungsleitung 12 auf eine Versorgungsspannung des Versorgungsmoduls 3 an der
Versorgungsleitung 5a, sobald das installierte
Versorgungsmodul 3 über den Chipsatz beziehungsweise das BIOS 15 und/oder die Kontrollkomponente am Input-Output-Modul 2 erkannt worden ist. In diesem Fall ist die Umschalt- Einrichtung 4, wie in Figur 3 abgebildet, geschaltet. Ein Bereitstellen der Versorgungsspannung durch das Versorgungs- Modul 3 erfolgt beispielsweise in einem Normalbetrieb des elektrischen Gerätes, beispielsweise in einem SO-Betrieb gemäß ACPI. Für den Fall, dass das elektrische Gerät in einen Energiesparzustand überführt wird, beispielsweise einen der Zustände S3 bis S5 gemäß ACPI, erfolgt beispielsweise wieder ein Umschalten mittels der Umschalt-Einrichtung 4 auf die Schnittstellenspannung an der Spannungsleitung 12.
Durch Einrichten des Versorgungs-Moduls 3 in der
Konstellation gemäß Figur 3 und wie weiter oben erläutert, als Erweiterungskomponente, die in einem
Erweiterungssteckplatz 6 des Mainboards 1 (siehe Figur 1) installiert werden kann, können ein oder mehrere nicht benutzte Anschluss-Pins zur entsprechenden Spannungs- und Signalkommunikation genutzt werden. Auf diese Weise ist die Anordnung gemäß Figur 3 einfach und kostengünstig
implementierbar. Abgesehen von der Umschalt-Einrichtung 4 sind keine weiteren Steuer- oder Schaltkomponenten auf dem Mainboard 1 für die erläuterte Funktionalität erforderlich. Auch dies ermöglicht eine kostengünstige Implementierung.
Die Anordnung gemäß Figur 3 ist vorteilhaft derart
eingerichtet, dass in einem Standardbetrieb (default) mittels der Umschalt-Einrichtung 4 die Schnittstellenspannung an der Spannungsleitung 12 Mainboard-seitig auf das Input-Output- Modul 2 durchgeschaltet wird. Auf diese Weise ist das
Mainboard 1 kompatibel und eingerichtet zum Betrieb
herkömmlicher Input-Output-Module ohne spezielle Versorgungs- Funktionalität. Erst bei Erkennen einer entsprechenden
Funktionalität, wie oben erläutert, erfolgt vorteilhaft ein Umschalten mittels der Umschalt-Einrichtung 4 auf einen
Betrieb über das Versorgungs-Modul 3. Das hierin erläuterte Mainboard beziehungsweise die hierin erläuterte Anordnung mit einem solchen Mainboard, einem
Input-Output-Modul und einem Versorgungs-Modul haben den Vorteil, dass eine Versorgungs-Funktionalität, insbesondere eine USB Power Delivery-Funktionalität oder eine
Leistungsversorgung über andere Schnittsteilen-Standards , mit nur geringer konstruktiver Veränderung am Mainboard,
insbesondere ohne teure und spezielle Schalt- beziehungsweise Steuerkomponenten auf dem Mainboard realisiert werden kann. Ein Formfaktor des Input-Output-Moduls kann dabei sehr klein gehalten werden, wobei die Versorgungs-Funktionalität über das separate Versorgungs-Modul bereitgestellt wird. Durch einfache Integration des Versorgungs-Moduls auf dem Mainboard können herkömmliche Kommunikations-Standards ausgenutzt werden. Ein separates Verbindungskabel zwischen dem Input- Output-Modul und dem Versorgungs-Modul ist nicht
erforderlich. Die Signalkommunikation erfolgt über
integrierte Leitungen auf dem Mainboard. Spezielle
Steckverbindungen oder Konfigurationen eines Steckers am Input-Output-Modul sind ebenfalls nicht notwendig. Ferner können herkömmliche Input-Output-Module verwendet werden, ohne deren Funktionalität negativ zu beeinflussen.
Die dargestellten Ausführungsformen und Implementierungen sind lediglich beispielhaft gewählt.
Bezugszeichenliste
1 Mainboard
2 Input-Output-Modul 3 Versorgungs-Modul
4 Umschalt-Einrichtung
5a bis 5e integrierte Leitungen 6 Erweiterungssteckplatz 7 Anschlüsse
8 Anschluss-Pin (s)
9 Versorgungsanschluss
10 Spannungsleitung
11 Steuerleitung
12 Spannungsleitung
13 Steuerleitung
14 Steuerleitung
15 Chipsatz/BIOS

Claims

Patentansprüche
1. Mainboard (1), das eingerichtet ist:
- ein austauschbares Input-Output-Modul (2) aufzunehmen zum Bereitstellen einer oder mehrerer Input-Output- Schnittstellen zur Verbindung mit einem externen Gerät,
- eine Schnittstellenspannung am Input-Output-Modul (2)
bereitzustellen,
- ein austauschbares Versorgungs-Modul (3) aufzunehmen zum Bereitstellen einer definierten Versorgungsspannung zur Versorgung eines externen Gerätes,
wobei das Mainboard (1) eine integrierte Umschalt-Einrichtung (4) aufweist zum Umschalten zwischen der vom Mainboard (1) bereitgestellten Schnittstellenspannung und der vom
Versorgungs-Modul (3) bereitgestellten Versorgungsspannung und
wobei das Mainboard (1) eingerichtet ist, die vom
Versorgungs-Modul (3) bereitgestellte Versorgungsspannung über eine integrierte Leitung (5a) mittels der Umschalt- Einrichtung (4) alternativ zur Schnittstellenspannung am Input-Output-Modul (2) bereitzustellen.
2. Mainboard (1) nach Anspruch 1, wobei das Mainboard (1) einen Erweiterungssteckplatz (6) für Erweiterungskarten aufweist und eingerichtet ist, das Versorgungs-Modul (3) im Erweiterungssteckplatz (6) aufzunehmen.
3. Mainboard (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
integrierte Umschalt-Einrichtung (4) konfiguriert ist, über das Input-Output-Modul (2) angesteuert zu werden.
4. Anordnung mit: - einem Mainboard (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine Schnittstellenspannung bereitstellt,
- einem auf dem Mainboard (1) aufgenommenen Input-Output- Modul (2), das eine oder mehrere Input-Output- Schnittstellen zur Verbindung mit einem externen Gerät bereitstellt, sowie
- einem auf dem Mainboard (1) aufgenommenen Versorgungs- Modul (3), das eine definierte Versorgungsspannung
bereitstellt,
wobei die Versorgungsspannung über die integrierte Leitung (5a) und die integrierte Umschalt-Einrichtung (4) des
Mainboards (1) alternativ zur Schnittstellenspannung am
Input-Output-Modul (2) bereitstellbar ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei das Input-Output-Modul (2) eingerichtet ist, ein Umschalten zwischen der
Versorgungsspannung und der Schnittstellenspannung mittels der Umschalt-Einrichtung (4) zu veranlassen.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine
Signalkommunikation zwischen dem Mainboard (1), dem Input- Output-Modul (2) und dem Versorgungs-Modul (3) gemäß dem I2C- Standard erfolgt.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Versorgungs-Modul (3) in einem Erweiterungssteckplatz (6) des Mainboards (1) aufgenommen ist und eingerichtet ist, die Versorgungsspannung an einem oder mehreren Anschluss-Pins (8) des Versorgungs-Moduls (3) bereitzustellen.
8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Umschalt-Einrichtung (4) dem einen oder den mehreren Anschluss-Pins (8) des
Versorgungs-Moduls (3) und einem Versorgungsanschluss (9) des Input-Output-Moduls (2) zum Bereitstellen der
Versorgungsspannung elektrisch zwischengeschaltet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Mainboard (1), das Input-Output-Modul (2) sowie das
Versorgungs-Modul (3) eingerichtet sind, Steuersignale zum Erkennen des Input-Output-Moduls (2) bzw. des Versorgungs- Moduls (3) durch das Mainboard (1) auszutauschen.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei das
Input-Output-Modul (2) sowie das Versorgungs-Modul (3) eingerichtet sind, untereinander Steuersignale zum Anpassen der Versorgungsspannung auszutauschen.
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