JP5628640B2 - 周辺機器、スイッチング・デバイスのための省電力回路及び動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホスト・システムのデータバスに接続する周辺機器のための省電力回路に関する。本発明は、そのような省電力回路を備えたデータバスの周辺機器及びスイッチング・デバイス及びそのような省電力回路の動作方法に更に関する。

ホスト・システムのデータバスに接続する周辺機器は広く知られている。このような周辺機器の例には、コンピュータ・システムのホスト・アダプタに接続される外付けディスク装置、プリンタやスキャナがある。しかしながら、他の分野の技術と同様、周辺機器はデータバスを介して接続されている。これらの例には、家庭用電化製品又は通信用電子デバイスがある。

多くの周辺機器は、その周辺機器に作動電圧を供給するための周辺機器自身の電源を有している。この結果、周辺機器は、通常、ホスト・システムの電源が切れた後でさえ電力が供給され続ける。周辺機器自身と該周辺機器に電力を供給するために用いられる電源ユニットの両方は、電力損失を引き起こす。この電力損失は、通常、電源ユニットのスイッチング・コンバータからの損失に依るところが大きい。

電子電源ユニットは、特許文献１で知られている。該文献は、電源装置に接続された電子装置の電力要件に応じて、該電源装置の電圧変換素子を１次側AC電圧から切り離す制御ユニットを有している。したがって、周辺機器の待機状態での電力消費量は、既知の回路によって大きく回避されうる。

しかしながら、従来技術による解決法は、特定の状況下で、周辺機器の電力消費量が落ちるとき、ホスト・コンピュータとの通信が割り込まれること無しに周辺機器の望まれていない動作停止が起こるという不利点を有する。特定の状況下、データバスによる周辺機器へのアクセスが突然できなくなると、これにより、周辺機器に接続されたホスト・システムにおいてエラーメッセージが生じる。更に、この場合、データ損失も起こりうる。特に、大容量記憶媒体のアドレス指定において起こりうる。

独国特許出願公開第ＤＥ１０２００７０５２８８０Ａ１号明細書

本発明の課題は、ホスト・システムのデータバスに接続した周辺機器のための省電力回路を説明することである。当該回路は、データバスの通信を混乱させること無しに、待機状態での周辺機器での電力消費量を下げる。

更に、省電力回路の使用に適した、周辺機器、スイッチング・デバイス及び動作方法が説明される。

上述の課題は、ホスト・システムのデータバスに接続された周辺機器の省電力回路によって解決される。省電力回路は、データバスを介した通信を監視するための監視回路、周辺機器の接続状態を保持するための保持回路、及び、少なくとも１つ周辺機器への供給電圧を遮断するためのスイッチング素子を有している。省電力回路は、更に、監視回路を用いてデータバスのアイドル状態の始まりを認識し、アイドル状態を認識すると保持回路を起動することによって周辺機器の接続状態を保持し、少なくとも１つのスイッチング素子を開くことによって周辺機器の供給電圧の供給を遮断するために設けられた制御回路を有する。

保持回路で周辺機器の通信状態を保持することによって、データバスがアイドル状態の間でさえ、ホスト・システムに対するバス切断の発生は抑制されうる。また、省電力回路は、データバスがアイドル状態の間、接続状態を保持する機能を有するので、通信を妨害せずにデータバスを介した供給電圧の供給から周辺機器を切断できる。

有利な構成により、制御回路は、更に、監視回路を用いてデータバスのアイドル状態の終わりを認識するよう設定される。アイドル状態の終わりを認識すると、制御装置は、少なくとも１つのスイッチング素子を閉じることにより周辺機器への供給電圧の供給を再開し、保持回路を動作停止させることによって周辺機器の接続状態を解除する。アイドル状態の始まる前に存在する動作状態は、アイドル状態の終わりの更なる認識、周辺機器の供給電圧への再接続、及び、保持回路の動作停止によって、元の状態に戻される。

更に有利な構成により、ホスト・システムは少なくとも第１及び第２の速度でデータバスを介してデータを転送できる。周辺機器の接続状態は、周辺機器がデータ伝送するために第１の速度で設定されるか又は第２の速度で設定されるかを決定する。データバスは少なくとも１つの第１データ線及び少なくとも１つの第２データ線を有し、保持回路は、周辺機器が第１の速度でデータ送信するよう設定されている場合、第１データ線を所定の電圧レベルに保つため、そして、周辺機器が第２の速度でデータ伝送するよう設定されている場合、第２データ線を所定の電圧レベルに保つために設けられる。電力回路のそのような構成により、供給電圧からの切断後に周辺機器をデータバスに再接続すること、及び、周辺機器の新たな初期化やホスト・システムを必要とすることなしに、予め決められた速度でホスト・システムとデータ交換をすることが可能となる。

本発明による省電力回路は、請求項１２に記載の周辺機器又は請求項１３に記載のデータバスのスイッチング装置にインストールするのに特に適する。

上述の課題は、ホスト・システムと周辺機器との間に配置された省電力回路の動作方法により同様に解決される。当該動作方法は：−前記周辺機器の接続状態を決定する段階；−データバスを監視することにより、該データバスのアイドル状態を認識する段階；−前記ホスト・システムに制御信号を供給することにより、前記周辺機器の接続状態を保持する段階；−少なくとも１つのスイッチング素子を開くことにより、前記周辺機器に割り当てられた電源線を切断する段階；を有する。

本発明のさらに有利な構成は、従属請求項及び以下の詳細な説明で開示される。

本発明は、添付の図を参照し実施形態に基づいて詳細に説明される。
周辺機器、省電力回路及びホスト・システムを有する第１の構成を示す。 図１に従った構成の第１の省電力回路の概要図を示す。 周辺機器、省電力回路及びホスト・システムを有する第２の構成を示す。 図３に従った第２の構成の第２の省電力回路の概要図を示す。 電源供給のための外部電源アダプタを用いた第１の周辺機器を示す。 内蔵電源供給ユニットを有する第２の周辺機器を示す。 内蔵省電力回路を有するスイッチング・デバイスの概略図を示す。 バス信号の概略図を示す。 省電力回路の動作方法のフローチャートを示す。

図１は、ホスト・システム１、周辺機器２、及び、ホスト・システム１と周辺機器２との間に接続された省電力回路３を有する第１の構成を示す。

実施形態におけるホスト・システム１は、例えば、デスクトップPCである。
実施形態における周辺機器２は、ホスト・システム１のホスト・アダプタにシリアルデータバスを用いて接続されたプリンタである。実施形態では、周辺機器２は、第１データケーブル４で省電力回路３に接続されている。省電力回路３は、第２データケーブル５でホスト・システム１に接続されている。したがって、省電力回路３は、ホスト・システム１と周辺機器２の間に電気的に接続されており、データバスを介して通信を監視できる。

省電力回路３は、リレーの形式の第１スイッチング素子６を有する。第１スイッチング素子６は、送電網交流電圧を供給する電力供給網と周辺機器２の間に配置されている。第１スイッチング素子６を開くことによって、省電力回路３は、周辺機器２を電源供給網から完全に切断できる。

図２は、省電力回路３の概略図を示す。省電力回路３は、単相線Lの切断のための第１スイッチング素子６に加え、監視回路７及び保持回路８を有する。加えて、省電力回路３は、監視回路７と保持回路８と第１スイッチング素子６とを制御する制御回路９を有する。示された実施形態では、省電力回路６は、スイッチング・コンバータ１０及び電力貯蔵器１１を更に有する。

図２から明らかなように、データバスのデータ線D及び基準線GNDは、省電力回路３を通じて閉回路になっている。動作停止した省電力回路３の第１端子１２に届いた信号は、第２端子１３においても利用可能であり、その第２端子には周辺機器２が接続されている。省電力回路３を電力供給網に接続している１次側電力網端子１４は、第１スイッチング素子６を介して省電力回路３のスイッチング出力１５に接続される。周辺機器２の電源は、スイッチング出力１５に接続されている。

監視回路７は、データバスのデータ線D上のシグナリングを監視するために設置されている。監視回路７は、周辺機器２とホスト・システム１の間でデータ交換が行われているかどうか、又は、バスシステムがアイドル状態にあるかどうかを認識する。アイドル状態では、全くデータ転送がなされていない、若しくは、アイドル状態を示す既定の制御信号が転送されている。このようなアイドル状態の存在が監視回路７によって認識される場合、監視回路７は制御回路９に向けて、対応する制御信号を生成する。

制御回路９は、監視回路７から供給された制御信号を認識し、ホスト・システム１を混乱させることなく、バスシステムから周辺機器２を切断する。実施形態において、データ線Dは、この目的のために、いわゆるプルダウン抵抗１６及びトランジスタ１７によって基準線GNDに先ず接続される。例えば、データ線Dはプルダウン抵抗１６を介して基準線GNDの接地電位へと導かれる。

本実施形態では、プルダウン抵抗１６は、周辺機器２によるデータバスの終端の代わりとなる。したがって、監視回路７を介したバスシステムのアイドル状態を認識すると、制御回路９は、まず基準線GNDの電位に信号線Dを引き下げ、それから、第１スイッチング素子６を開く。その結果、周辺機器２は電力供給網から切断され、バスシステムがアイドル状態である間、電力供給網からこれ以上電力を消費しない。

アイドル状態の終了時、制御回路９は、ホスト・システム１に対して透過的な方法で周辺機器２を再稼動させる。本実施形態では、制御回路９は、この目的のために、まず第１スイッチング素子６を閉じることによって周辺機器２を稼動させる。周辺機器２が通常の動作状態に戻るために必要とする所定の起動時間の間、トランジスタ１７は、制御回路９によって動作され続ける。周辺機器２が再び完全に動作可能な状態になると、トランジスタ１７への制御信号は、制御回路９によって中断され、従ってデータ線Dは基準線GNDから切断される。その結果、再び、周辺機器２とホスト・システム１の間のデータ線Dを介した通信は妨害されない。

図２に従ったデータバスは、本実施形態では供給電圧を供給するための線を有していない。制御回路９、接続された保持回路８及び監視回路７に動作電力を供給するために、省電力回路３は、電力網側のAC電圧から省電力回路３の構成要素に供給するためのDC電圧を生成するスイッチング・コンバータ１０を更に有している。また、スイッチング・コンバータ１０は、本実施形態では、省電力回路３の電力消費量を最適化するために、第１スイッチング素子６のダウンストリーム（下流）に配置されている。したがって、スイッチング・コンバータ１０もまた、バスシステムがアイドル状態のとき、電力供給網から切断される。制御回路９を確実に機能させ続けるために、電力貯蔵器１１（例えば、充電式電池や大容量コンデンサ）は、所定の待機時間（例えば、アイドル状態開始から１時間）の間、動作電力を制御回路９に供給するために十分な電力量を蓄える。

図３は、ホスト・システム１、周辺機器２及び省電力回路３を有する代替の構成を示す。本実施形態では、再びホスト・システム１及び周辺機器２は、シリアルバスを介して接続される。この場合、シリアルバスは内蔵電源給電線を有するUSBバスである。周辺機器２は、USBバスを介して動作電圧が供給される。図３に従った構成では、ホスト・システム１のみが電力供給網に接続されている。

図４は、図３に従ったUSBバスシステムの省電力回路３の構造の概略図を示す。省電力回路３の第１端子１２及び第２端子１３の双方とも、２つの異なるデータ線D+とD-、及び２つの給電線VCCとGNDをそれぞれ有している。これらの線は省電力回路３を通じて閉回路になっている。給電線VCCは、第２スイッチング素子１８によって切断されうる。本実施形態では、第２スイッチング素子１８は、電界効果トランジスタ(FET)である。

図４に従った省電力回路も同様に、監視回路７、制御回路９及び保持回路８を有している。本実施形態では、監視回路７及び制御回路９は、共用のマイクロコントローラ１９に組み込まれている。もちろん、分離した構成の監視回路７及び制御回路９も可能である。保持回路８は、第１トランジスタ１７ａ及び第２トランジスタ１７ｂを有している。それぞれ、第１トランジスタ１７ａは、第１抵抗器１６ａを介して第１データ線D+を給電線VCCに接続し、第２トランジスタ１７ｂは、第２抵抗器１６ｂを介して第２データ線D-を給電線VCCに接続している。

省電力回路３は、任意の遮断回路２０を有している。遮断回路２０は、２つの第３スイッチング素子２１ａ及び２１ｂを有しており、それによって、データ線D+及びD-は、第１端子１２と第２端子１３の間で切断されうる。それによって、第２端子１３に接続された周辺機器２の方向の漏れ電流を防ぐことができる。遮断回路２０によってデータ線D+及びD-を切断することによって、周辺機器２が動作電圧を外部電力供給ユニットから供給されているときでさえ、周辺機器２とホスト・システム１の間でのデータ伝送が抑制されようにすることも可能である。このようにして、特に、周辺機器２によるホスト・システム１のウェイク・アップを回避することが可能である。

図４に従った本実施形態では、マイクロコントローラ１９は、給電線VCCを介して動作電圧が供給されている。しかし、これは、明瞭化のために、図４には示されていない。USBの仕様によると、いわゆるフルパワー、ローパワー周辺機器は、いわゆるサスペンド（一時停止）状態のとき、それぞれ５００μＡ、２.５ｍＡの電力を給電線を介して取り出すことが可能である。これは、本実施形態に従ったマイクロコントローラ１９を動作させるために十分である。

省電力回路３の動作中、監視回路７はデータ線D+及びD-を含むデータバスを監視する。データバスのアイドル状態の開始又は終了のシグナリングを監視することに加え、監視回路７は、第２端子１３に接続した周辺機器２の動作モードも監視する。

いわゆるUSB装置エニュメレーションと呼ばれる初期化段階の後、ホスト・システム１がOSのACPI状態S０のような正常動作状態のとき、USB周辺機器２が使われていない場合、USBバスのアイドル状態は開始される。その結果、周辺機器２は、いわゆるサスペンド状態に入る。これは、また、ホスト・システム１でのグローバル又はセレクティブ・サスペンド（全一時停止又は選択的一時停止）コマンドによっても実現する。ホスト・システム１が省電力状態（例えばACPI状態S３、S４、又は、S５のいずれかの状態）に変わるときも、本実施形態では、サスペンド・コマンドがホスト・システム１から送られる。

ホスト・システム１が周辺機器２にアイドル状態を送信し次第、周辺機器２は、３ｍｓ以内にサスペンド状態を開始しなければならない。各々のUSB周辺機器２は、ホスト・システム１からのUSBコマンドがグローバル・サスペンド・コマンドなのか、セレクティブ・サスペンド・コマンドなのか、それとも、アイドル状態のシグナリングなのかに関係なく、直ぐにホスト・システム１からのUSBコマンドに反応しなければならない。これらの省電力モードの使用は、ホスト・システム１で動作している最適化されたドライバ及びソフトウェアによって改善されうる。

USB周辺機器２がロー・スピード(LS)、フル・スピード(FS)、又は、ハイ・スピード(HS)の装置かどうかに応じて、通常、いわゆるキープ・アライブの信号がUSBバスを介して送信される。ハイ・スピード動作モードでは長さ１２５μｓのマイクロ・フレーム毎に、ロー又はハイ・スピード動作モードでは長さ１ｍｓのフレーム毎に、SOF(フレーム開始)トークンのみが送信される。SOFトークンは、サスペンド状態に入ることを防ぐ。また、他のUSBバスが動作していれば、それにより、サスペンド・モードに入ることが自動的に防がれる。

いわゆるアップストリーム・ポート、つまりホスト・システム１又は上位のUSBハブでの継続するアイドル状態を認識したときは、USB周辺機器２は、３ｍｓ以内にサスペンド状態に移行しなければならない。更に１０ｍｓ経過後、周辺機器２は、USBバスから規格で許されているサスペンド電流のみ消費してもよい。サスペンド状態では、周辺機器２は、ハイ又はフル・スピード動作モードではデータ線D+を介して、ロー・スピード動作モードではデータ線D-を介して、電圧を供給し続けなければならない。その結果、アイドル状態が持続されうる。この目的のため、給電線VCCは、いわゆるプルアップ抵抗を介して対応するデータ線D+又はD-に接続されている。アップストリームのホスト・システム１又はUSBハブとともに、これにより、USB規格を正しく遵守していることが確かになる。

リセットとアイドルが、ハイ・スピード周辺機器２では明確に識別することができないため、ハイ・スピード周辺機器２のサスペンドには追加必要条件がある。そのため、ハイ・スピード周辺機器は、３ｍｓ後、遅くとも３.１２５ｍｓ後には、ハイ・スピード動作モードからフル・スピード動作モードに切り替わらなければならない。この目的のため、受信回路は、差動データ線D+及びD-から切断され、データ線D+は、周辺機器２のプルアップ抵抗を介して給電線VCCに接続される。周辺機器２は、フル・スピード動作モードへの切り替わり後１００μs以上８７５μs以内は、データ線D+及びD-を監視しなければならない。データ線がFS J、つまりデータ線D+が２００mV以上の高論理レベル(HLL)でデータ線D-が低論理レベル(LLL)）を送信するとすぐに、周辺機器２はサスペンド状態に留まる。しかし、SE０パケット開始、つまりアイドル状態からいわゆるK状態への遷移が認識された場合は、これは、周辺機器２をリセットするためにリセット信号を必要とする。リセットされた周辺機器２は、その後、起動する。

上述のように、USB装置は、データ線D+又はD-のプルアップによって、USB装置が、アイドル状態のときに、ハイ又はフル・スピード・モードで動作しているのか、ロー・スピード・モードで動作しているのかを示す。周辺機器２の電源が切れる前に、保持回路８の対応するプルアップ抵抗１６ａ又は１６ｂに接続することによって、現在のバス状態が、認識され、エミュレートされる。この目的のために、制御回路９は、監視回路７を介してアイドル状態を認識すると、フル・スピード動作モードの装置に信号を送るために第１トランジスタ１７ａを、ロー・スピード動作モードの装置に信号を送るために第２トランジスタ１７ｂを、といずれかのトランジスタを作動させる。

これは、周辺機器２の電源が切れたとき、ホスト・システム１がバス切断を認識することを防ぐ。また、周辺機器２が復帰したとき、ホスト・システム１のオペレーティングシステム(OS)に送信されることになるバスシステムの新しい接続をホスト・システム１が認識することも防ぐ。

周辺機器２がサスペンド状態になるとすぐに、省電力回路３は反応し、周辺機器２への電力供給が遮断されるように第２スイッチング素子１８を制御する。バス給電式の周辺機器２でさえ、第１端子１２に接続されたホスト・システム１が周辺機器２の動作停止に気付くことなしに、給電線VCCとの切断によって供給電圧から切断されうる。データ線D+及びD-も、任意的に遮断回路２０により切断される。

周辺機器２がサスペンド状態から復帰するために、周辺機器は、いわゆるレジューム・シーケンスによって再起動されなければならない。周辺機器２は、アイドル状態と異なるバス状態（ノン・アイドル状態）がアップストリーム・ポートにあるとすぐに、レジュームを開始する。いわゆるウェイク・アップ機能を有しているUSB周辺機器２も、ホスト・システム１をサスペンド状態から復帰させることができる。

ホスト・システム１は、少なくとも２０ｍｓの間はバス上に存在するレジューム・シーケンス(TDRSMDN)を送信する権限を常に有している。ホスト・システムは、装置の速度に応じた２つの異なるエンド・シーケンスで、レジューム・シーケンスを終わらせなければならない。フルおよびロー・スピードの周辺機器２に対しては、ロー・スピードEOP（パケット終了：ロー・スピードの２ビット時間のシングル・エンドSE０とそれに続くJ状態）が送信される。周辺機器がハイ・スピード動作モードで、サスペンド状態になっている場合は、レジュームのシグナリングは、ハイ・スピード・アイドル・シーケンスによって開始されなければならない。ホスト・システム１のコントローラは、更に、再起動されるべき周辺機器２がアクセス可能になるまで１０ｍｓのレジューム復帰時間(TRSMRCY)を保証しなければならない。

ホスト・システム１が、データ線D+及びD-の電位を変えることによりレジューム状態を開始するとすぐに、これは、監視回路７により検出され、制御回路８により判断される。そして、供給電圧が第２スイッチング素子１８を介して第２端子１３に再び接続され、プルアップ抵抗１６ａ及び１６ｂは、データ線D+及びD-から切断される。そして、任意の遮断回路２０もまた、必要であれば、第１端子１２及び第２端子１３の間の接続を元の状態に戻すために、切断される。本実施形態では、これは、トランジスタ１７ａ及び１７ｂの動作停止と同時に起こる。その結果、装置の内部プルアップ抵抗による中断の無い引継ぎが行われる。よって、装置切断が引き起こされることがない。その後、周辺機器２は、USB規格の時間的な制約を考慮した時間で、サスペンド状態から通常の動作状態へと復帰する。

図５は外部電源ユニット２２を用いた周辺機器２を示す。図５に従った周辺機器２は省電力回路３を有する。省電力回路３は、図２に示された省電力回路３と同様の構成になっており、制御信号出力２３を介して周辺機器２に制御信号を供給する。制御出力２３からの制御信号は、外部電源ユニット２２への電力供給を妨げるために使われている。この目的のため、電源ユニット２２は、電源供給網から変換回路２４を切断するための第１スイッチング素子６を有している。電源ユニット２２及び周辺機器２は、DC電圧を送るために、給電線２５を介して互いに接続されている。更に、本実施形態では、それらは、電源ユニット２２の第１スイッチング素子６に制御出力２３からの制御信号を送信するために、制御線２６によっても互いに接続されている。

或いは代わりに、制御出力２３の制御信号は、供給電圧を送るための給電線２５の上で変調されることも可能である。例えば、高周波数のAC電圧は、供給DC電圧上に変調されうる。

図６は、外部電源ユニット２２を用いた周辺機器２を示す。図６に従った周辺機器２の動作モードは、図５の周辺機器２の動作モードと大部分は一致する。しかし、図６の電源ユニット２２は、周辺機器２と一体化されているので、周辺機器２と電源ユニット２２の間の外部接続なしで動作することが可能である。これは、電源ユニット２２の第１スイッチング素子６の制御を非常に容易にする。

図７は、周辺機器２ａ及び２ｂを共通のホスト・システム１に接続するためのスイッチング・デバイス２７を示す。第１周辺機器２ａは、スイッチング・デバイス２７からデータバスを介して動作電力を間接的に供給されている。この目的のため、第１周辺機器２ａは、バスライン２８ａによってスイッチング・デバイス２７に接続されている。バスライン２８ａはデータ線及び給電線の両方を有している。第２周辺機器２ｂは、外部電源ユニット２２から動作電力を供給されている。第２周辺機器２ｂは、第２バスライン２８ｂを介してスイッチング・デバイス２７に接続されている。更に、電源ユニット２２は、スイッチング・デバイス２７のスイッチング出力１５ｂに接続されている。例えば、これは、周辺機器２ｂのための第２端子１３ｂに関連付けられた切り替え可能なソケットでありうる。

スイッチング・デバイス２７は前述されたものと同様の構成の省電力回路３を有する。特に、省電力回路３は、ホスト・システム１と周辺機器２ａ及び２ｂの間の通信を監視する。ホスト・システム１から周辺機器２ａ又は２ｂにデータが転送されていないときは、第１周辺機器２ａ又は第２周辺機器２ｂは、電源から切断されている。周辺機器２ａがスイッチング・デバイス２７を介して給電されている場合、例えば、図４を参照し説明されたように、バスライン２８ａの給電線のみが遮断される。周辺機器２ｂの場合、ソケットとして構成されたスイッチング・デバイス２７のスイッチング出力１５ｂが動作停止にされる。その結果、電源ユニット２２は、電源供給網から切断される。

スイッチング・デバイス２７に接続された全周辺機器２が電力供給網から切断されると、スイッチング・デバイス２７のスイッチング・コンバータ１０も、電力供給網から切断される。この場合、省電力回路３は、上述のようにホスト・システム１、又は、スイッチング・デバイス２７の内部電力貯蔵器から動作電力を供給されている。

図８は、USBバスを介したアイドル状態のシグナリングの例を示す。ホスト・システム１（本実施形態では、PC）は、通常の動作状態である。例えば、いわゆるACPI動作状態S０の状態である。先ず、データ転送が、USBバスの差分データ線D+及びD-によって行われる。データが周辺機器２と互いにやりとりされている限り、データ・パケットは、USBのロー・スピード規格又はUSBのフル・スピード規格に従い、データ線D+及びD-を介して１ｍｓ長のフレームで送信される。

ホスト・システム１と周辺機器２の間でそれ以上のデータ交換がされなくなると、ホスト・システム１は、T１の時点で、アイドル状態を送信する。この状態では、データも制御信号もデータ線D+及びD-上に送信されない。特に、いわゆるフレーム開始(SOF)パケットでさえ、この動作状態ではデータバス上で送信されない。

少なくとも３ｍｓである所定のアイドル・タイムTidleの経過後、省電力回路３は、データバス上での動作がもはや行われていないことを認識する。それから、予め決められた送信モードに従い、正のデータ線D+又は負のデータ線D-を既定の電位へと引き上げる。その後、１次電力網電圧、及び／又は、データバス内の給電線の２次AC電圧を遮断するための対応する制御信号が生成される。このようにして、周辺機器２は、バスシステムがアイドル状態の間、電力をもはや消費しないことが保証される。

データバスでの通信が、ホスト・システム１から続くことを後の時点T２で認識した場合、周辺機器２は再びデータバスに接続される。この目的のために、省電力回路３は、先ず、データバスを介したシグナリングの再開を認識する。例えば、明示的なレジューム信号がホスト・システム１より与えられる。或いは、SOF信号でプレフィクスされたデータ・パケットを認識することも可能である。その後すぐに、制御回路９は、電源ユニット２２又はデータバス内の給電線を介した供給電圧に電力網電圧を供給するために、先ず第１スイッチング素子６及び／又は第２スイッチング素子１８を作動する。周辺機器２は始動し、所定の時間Tstart以内に稼動状態に戻る。その後すぐに、正のデータ線D+又は負のデータ線D-をプルアップするための対応する制御信号を元に戻すことによって、保持回路８が動作停止される。

続いて、周辺機器２によってデータが処理され、ホスト・システム１との通信が続けられる。この場合、新しい装置の認識も、周辺機器２のホスト・システム１への切断や再接続の認識もない。したがって、ホスト・システム１は、本来なら、ホスト・システム１のオペレーティング・システム(OS)によって、更なる周辺機器２の接続に基づき評価される対応する割り込みを発生させない。

図９は、省電力回路３の動作方法のフローチャートを示す。

最初のステップA１では、ループは、バスシステムがアイドル状態かどうかを監視している。バスシステムがアイドル状態でないときは、アイドル状態時間を測定するタイマが、ステップA２でリセットされる。ステップA１及びA２は、アイドル状態が認識されるまで繰り返される。

バスシステムがアイドル状態の場合、次のステップA３で、アイドル状態の存在が所定のタイムスパンに達したかどうかがチェックされる。例えば、USBバスが、３ｍｓ以上の間アイドル状態になったかどうかがチェックされる。そうでない場合、処理は、ステップA１に戻って続けられる。

所定のアイドル時間に達した場合、周辺機器２の接続状態がステップA４で認識される。例えば、周辺機器２が、ホスト・システム１と、いわゆるロー・スピード動作モードで通信しているのか、それとも、フル・スピード動作モードで通信しているのかが認識される。ハイ・スピード動作モードの使用の特別な監視は、必要ではない。なぜなら、ハイ・スピード動作モードで通信している周辺機器は、アイドル状態に遷移する前に、先ず、フル・スピード動作モードに切り替えるからである。

ステップA５では、保持回路８が先ず始動される。例えば、抵抗器１６は、データ線を所定の電位へと導くために、データ線と給電線の間にあるトランジスタ１７によって接続されている。

次のステップA６では、スイッチング素子６及び／又は第２スイッチング素子１８が、周辺機器２への電力供給を止めるために、開かれる。したがって、周辺機器２は、もはや電力供給網から電力を消費しない。

上述の個々の構成の説明された特徴は、多数の方法で、お互いに組み合わされうる。本発明に従った省電力回路３は、ホスト・システム１と周辺機器２の間にある別個の付属の回路、及び、USBハブやスイッチのようなスイッチング・コンポーネントの配置のための別個の付属の回路のような個々の装置への一体化に適している。

説明された解決法は、アイドル状態の認識を許すUSBバスに加え、他のバスシステムに適している。それは、電源の切れた周辺機器に対してさえバスシステムを介して省電力回路３の給電を許す給電線を有しているバスシステムにより向いている。そのようなバスシステムの他の例には、eSATA、Firewire(IEEE １３９４)、外付けPCI Express及びPowerover Ethernet（登録商標）(PoE、IEEE ８０２.３af)がある。

省電力は、バスシステムのホスト側の制御を更に最適化することによって改善されうる。例えば、全バスシステム又はバスシステムに接続されている個々の周辺機器２のいずれかが、その時間を経過したならばサスペンド状態になるべきであるとする個々の装置の非稼動継続時間は、オペレーティングシステム(OS)で指定されうる。ホスト・システム１は、ACPIのS３、S４、又はS５状態のような省電力状態に切り替わったとき、当然のことながら、データバスをアイドル状態にするように構成されるのが望ましい。その結果、データバスに接続された周辺機器２は、ホスト・システムと一緒に省電力状態に遷移する。

アイドル状態のシグナリングは、特定のプロトコル層に縛られない。代替の構成によれば、データバスの給電線も、ホスト・システム１が省電力状態のとき動作停止される。監視回路７が給電線の一つで供給電圧が無くなったことを認識した場合、これもアイドル状態を認識し、周辺機器２をそれに続いて動作停止にするために使うことが可能である。

１ ホスト・システム
２ 周辺機器
３ 省電力回路
４ 第１データケーブル
５ 第２データケーブル
６ 第１スイッチング素子
７ 監視回路
８ 保持回路
９ 制御回路
１０ スイッチング・コンバータ
１１ 電力貯蔵器
１２ 第１端子
１３ 第２端子
１４ 電力網接続
１５ スイッチング出力
１６ 抵抗器
１７ トランジスタ
１８ 第２スイッチング素子
１９ マイクロコントローラ
２０ 遮断回路
２１ 第３スイッチング素子
２２ 電源ユニット
２３ 制御出力
２４ 変換回路
２５ 給電線
２６ 制御線
２７ スイッチング・デバイス
２８ バスライン

Claims (15)

1. ホスト・システムのデータバスに接続する周辺機器のための省電力回路であって：
   −前記データバスを介した通信を監視する監視回路；
   −前記周辺機器の接続状態を保持する保持回路；
   −前記周辺機器のための供給電圧を遮断する少なくとも１つのスイッチング回路；
   −前記データバスのアイドル状態の開始を前記監視回路により認識し、前記アイドル状態を認識すると前記保持回路の起動により前記周辺機器の前記接続状態を保持するよう設定される制御回路であって、前記制御回路は、先ず前記データバスのデータ線を基準線の電位に引き下げ、次に前記少なくとも１つのスイッチング回路を開いて前記周辺機器のための供給電圧の給電を遮断するよう更に設定される、制御回路；
   を有する、
   ことを特徴とする省電力回路。
2. 前記制御回路は、前記監視回路により前記データバスのアイドル状態の終了を認識し、前記アイドル状態の終了を認識すると、前記少なくとも１つのスイッチング回路を閉じることにより前記周辺機器の供給電圧の給電を蓄積し、前記保持回路を停止することにより前記周辺機器の前記接続状態を解除するよう設定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
3. 前記保持回路は、前記データバスのアイドル状態の間、少なくとも１つの制御信号を生成するシグナリング要素を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
4. 前記データバスは、少なくとも１つのデータ線と、所定の電位を供給する少なくとも１つの基準線とを有し、
   前記シグナリング要素は、少なくとも１つの抵抗器を有し、該抵抗器を介して前記少なくとも１つのデータ線を前記少なくとも１つの基準線に接続するよう設定される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の省電力回路。
5. 前記ホスト・システムは、前記データバスを介して、少なくとも第１及び第２の速度でデータを転送でき、
   前記周辺機器の前記接続状態は、前記周辺機器がデータを前記第１の速度で伝送するよう設定されているか又は第２の速度で伝送するよう設定されているかを定める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
6. データバスは少なくとも１つの第１データ線及び少なくとも１つの第２データ線を有し、
   保持回路は、前記周辺機器が前記第１の速度でデータ送信するよう設定されている場合、前記第１データ線を所定の電圧レベルに保ち、前記周辺機器が前記第２の速度でデータ伝送するよう設定されている場合、前記第２データ線を所定の電圧レベルに保つように設定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
7. 前記周辺機器は、電力供給網の１次供給電圧から２次供給電圧を提供するコンバータ回路を有する電源ユニットを有し、
   前記少なくとも１つのスイッチング素子は、前記電力供給網から前記コンバータ回路を切断するよう設定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
8. 前記データバスは、前記周辺機器に供給電圧を供給する少なくとも１つの電源線を有し、
   前記少なくとも１つのスイッチング素子は、前記周辺機器を前記データバスの前記少なくとも１つの電源線から切断するよう設定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
9. 前記省電力回路は、前記データバスの前記電源線を介して供給電圧を供給される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の省電力回路。
10. 前記データバスは、少なくとも１つのデータ線を有し、
    前記省電力回路は、前記少なくとも１つのデータ線を遮断する遮断回路を有し、
    前記制御回路は、アイドル状態を認識すると前記少なくとも１つのデータ線を遮断するよう設定される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
11. 前記データバスはシリアルデータバス、特にＵＳＢデータバスである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の省電力回路。
12. 周辺機器であって：
    −当該周辺機器をホスト・システムに結合する端子；
    −動作状態で前記周辺機器の機器機能を提供する少なくとも１つのシステム要素；
    −前記端子と前記システム要素との間に電気的に配置された、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の省電力回路；
    を有する周辺機器。
13. ホスト・システムから周辺機器へデータ伝送を切り替えるスイッチング装置であって：
    −当該スイッチング装置を前記ホスト・システムに結合する少なくとも１つの第１端子；
    −当該スイッチング装置を前記周辺機器に結合する少なくとも１つの第２端子；
    −前記第１端子と前記第２端子との間に電気的に配置された、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の少なくとも１つの省電力回路；
    を有するスイッチング装置。
14. 前記スイッチング装置に結合された周辺機器に電力を供給すると共に前記スイッチング装置の動作電圧を供給する少なくとも１つのスイッチング・コンバータ、
    を特徴とし、
    前記省電力回路は、アイドル状態を認識すると、前記スイッチング・コンバータにより供給される周辺機器への電力供給を遮断するよう設定される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のスイッチング装置。
15. ホスト・システムと周辺機器との間に配置された請求項１乃至１１の何れか一項に記載の省電力回路の動作方法であって：
    −前記周辺機器の動作状態を決定する段階；
    −データバスを監視することにより、該データバスのアイドル状態を認識する段階；
    −前記ホスト・システムに制御信号を供給することにより、前記周辺機器の接続状態を保持する段階；
    −先ず前記データバスのデータ線を基準線の電位に引き下げ、次に少なくとも１つのスイッチング素子を開くことにより、前記周辺機器に割り当てられた電源線を切断する段階；
    を有する方法。
    
    
    

Images