TW475107B - Power supply control circuit for computer system having a plurality of power management states - Google Patents

Power supply control circuit for computer system having a plurality of power management states Download PDF

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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475107 6848pif.doc/008 ___B7_ 五、發明說明（I ) 發明領域 本發明關於電腦系統用之電源供給控制電路，尤指一 種依據電腦系統之複數電源管理狀態對電腦系統做不同的 供給電源控制之電源供給控制電路。 發明背景 當元件數量隨著不同電腦功能而增加時，近來的電腦 系統傾向於節省大量的電源。爲節省電源消耗，一電腦系 統不同的元件可以被取代爲具有不同電源消耗準位的不同 電源狀態。例如，電腦系統的視訊輸出，處理器運作，以 及硬碟機的運轉在系統不活動時可以停止。 其中一種已知的先進電源管理技術稱爲先進電源管理 (Advanced Power Management，AMP)，這種系統已經被設 置於基本輸出入系統(BIOS)的指令中。APM在1996年2 月第1·2版的先進電源管理BIOS介面規格中有詳細的介 紹。依據規格書中的描述，BIOS經由運作完全系統管理 中斷系統（system management interrupts，SIMs)而監視電源 管理裝置並在系統應該進入睡眠狀態時通知作業系統。然 後作業系統將通知該等裝置的驅動程式即將發生的電源狀 態的改變，因此該等驅動程式可以有次序地分別關閉它們 的裝置。在驅動程式運作之後，控制權回到BI0S，然後 BI〇S執行任何讓系統進入睡眠狀態所需要的硬體特定工 作。在從睡眠狀態醒來時，系統BIOS將首先接收控制， 因此可以設定讓系統回到工作狀態的系統硬體。只有在 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） -7、---τ---------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475107 〆 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 6848pif.doc/008 i、發明說明（π) BIOS執行其設定工作（configuration task)之後控制權才會 再回到作業系統。 另一種比較高級的先進電源管理系統是先進設定及電 源介面(Advanced configuration and Power Interface， ACPI)，此系統在1996年12月22日第1版的先進設定及 電源介面規格中有詳細說明，於本申請中檢附該規格書以 爲參考。同時，ACPI電腦支援系統的實例在例如被讓渡 給 Reneris 的美國第 5,919,264 號專利"System And Method For Using Data Structure To Share A Plurality Of Power Resources Among A Plurality Of Devices ’’中有描述，本 申請中也檢附此專利以爲參考。 在ACPI系統中，當電源管理或設定事件發生時，作 業系統經由一’’作業系統顯著中斷(operating system visible interrupt)·*，即已知的"系統控制中斷（system control interrupt，SCI)"被通知此事件。作業系統本身指示所有的 系統及裝置電源的轉換。 ACPI規格定義6個”睡眠”狀態S0-S5。在狀態SO(亦 即已知的工作狀態G〇)，電腦系統是完全開啓及可運作的， 消耗最多的電源。在S5狀態（也稱爲軟關機（S0ft-0ff)狀 態），電腦系統消耗最少的電源。在電腦系統中沒有任何 的碼被執行，幾乎所有的裝置都不發生作用，然後電腦系 統等待一喚醒事件以將其轉換到較高的活動狀態。從軟關 機狀態中被喚醒需要一完整的電腦系統開機(boot)，每個 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ir.---τ---------------訂---------線 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475107 6848pif.doc/008 _B7__ 五、發明說明（乃） SO與S5之間的睡眠狀態指定不同的數量的元件行動以及 因而產生的電源消耗。狀態S1-S4依據不發生作用的裝置 種類，在進入睡眠狀態之前有多少電腦系統內容被省略， 以及其它因素，而具有不同的喚醒潛伏時間.。 具有這種ACPI系統的電腦系統支援ATX規格，這種 規格已經被寫成PC工業用規格以建立較便宜的產品，改 良易用性及服務性，並輕易結合新的以及令人期待的I/O 特性。依據ATX規格，電腦系統的電源管理控制器一直 提供待機（stand by)電源。尤其是，ACPI的睡眠狀態S3是 低喚醒潛伏睡眠狀態，於此狀態中除了系統記憶體及電源 管理控制器，所有系統的內容流失。CPU(中央處理系統）， 快取及其它晶片組的內容在此狀態中流失。 系統進入ACPI步驟S3的程序一般稱爲"擱置於隨機 存取記憶體（suspend-to-RAM)"，其中系統內容儲存在系統 記憶體。因爲一般的開機程序在電腦系統從睡眠狀態S3 到工作狀態S0的重新開始(resume)運作中被略過，使用者 可以快速地使用系統。 支援ACPI的電腦系統具有一電源開關（稱爲軟開 關，soft switch)，用以切換電腦系統到狀態S3及S5。如果 軟開關在一預定時間內開啓，系統進入狀態S3。如果軟開 關在超過預定時間內開啓，系統狀態切換到狀態S5。這些 軟開關功能可以使用BIOS的CMOS設定功能而被設定爲 開啓/不開啓。 在支援ACPI電腦系統中，系統記憶體在狀態S3與S5 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線_ 475107 6848pif.doc/008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（L ) 皆被供給以待機電源。雖然狀態S5實際上等於電源關閉 狀態，但使用者不能以狀態S5中的新記憶體取代系統記 億體，因爲待機電源依然被提供給系統記憶體。 發明綜合說明 因此，本發明之一目的在提供一種可以降低電源消耗 之支援 ACPI(Advanced configuration and Power Interface) 電腦用之電源供給控制電路。 本發明之另一目的在提供一種支援ACPI電腦用之電 源供給控制電路，藉由切斷供給系統記憶體之不需要的電 源而在ACPI的軟關閉狀態中允許以新記憶體取代系統記 憶體。 依據本發明之一實施例提供一種用於具有正常狀態， 一睡眠狀態以及一電源關閉狀態之複數電源管理狀態之電 腦系統的電源供給控制電路。該電源供給控制電路包括一 電源供給，一電源管理控制器，以及一開關電路。該電源 供給提供主電源及待機電源。藉由接收待機電源而運作之 電源管理控制器依據複數電源管理狀態控制該電源供給以 便在正常狀態輸出複數個系統狀態顯示訊號。該開關電路 接收主電源及待機電源，並於系統狀態顯示訊號顯示正常 狀態時提供主電源給揮發性系統記憶體。相反地，當系統 狀態顯示訊號顯示電源關閉狀態，開關電路切段提供給系 統記憶體的待機電源。 在睡眠狀態，系統內容被儲存並維持在系統記憶體 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —.7——:-------啜--------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475107 A7 B7 6848pif.doc/008 五、發明說明（k) 內。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 開關電路包括一第一開關，一第二開關以及一開關驅 動器。第一開關位於待機電源及系統記憶體之間。第二開 關位於主電源與系統記憶體之間。開關驅動器接收系統狀 態顯示訊號，於系統狀態顯示訊號顯示爲正常狀態時開啓 第二開關，於系統狀態訊號顯示睡眠狀態時開啓第一開 關，而於系統狀態顯示訊號顯示爲電源關閉狀態時關閉第 一及第二開關。該開關電路更包括一調節器位於待機電源 與第一開關之間。 圖式簡要說明 第一圖是本發明之電源供給控制電路之方塊圖。 第二圖是圖一之開關電路的詳細電路圖。 圖號說明 10電源供給 20系統記憶30電源管理40電源按鍵 體 控制器 開關 50開關電路 51調節器 53第一開關 55第一開關 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 驅動器 57第二開關 59第二開關58邏輯電路 驅動器 較佳實施例的詳細說明 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 475107 A7 B7 6848pif.doc/008 五、發明說明（έ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一電源管理控制電路包括一電源管理控制器用以依據 ACPI管理電源，以及一開關電路用以依據電源管理控制 器的控制提供主電源或待機電源至一系統記億體。當一 ACPI電腦系統轉換到ACPI的狀態S5(軟關閉狀態），電源 管理控制器切斷供給給系統記憶體的電源以阻止不需要的 電源消耗。當系統記憶體從母板被移除/安裝到母板時， 電源管理控制器防止系統記憶體及週邊電路的損壞。 圖一表示電源管理控制電路的結構。參照圖一，電腦 系統的電源供給支援ATX規格。電源供給10接收外部可 選擇的商業電源，並輸出主電源(如5V，-5V，12V，-12V以及 3.3V)以及待機電源（5V)。當3.3V與5V輸出比臨界下限 電壓高時，電源供給10輸出一高準位的電源良好訊號 PW_OK。如熟悉本技藝之人士所知，如果電源供給1〇被 輸入可攜式電腦，可攜式電腦從AC接頭或電池接收電源， 然後輸出主電源及待機電源。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一電源管理控制器30藉由從電源供給1〇供應的待機 電源P5V_SB而運作。因此，當電源供給1〇接收外部商 業電源時，控制器30總是藉由接收待機電源P5V_SB而 運作。控制器30可包括一系統電源管理邏輯設置於支援 ACPI的Intel PIIX4晶片組。如熟悉本技藝之人士所知， 支援ACPI的電源管理控制器30基於電源按鍵開關40的 輸入，不同的重新啓動事件以及系統狀態訊息而控制電腦 系統的電源供給。 當電源按鍵開關40爲了將系統狀態轉換爲正常狀態 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 475107 A7 B7 6848pif.doc/008 五、發明說明（j) 或重新啓動事件發生時而被輸入，電源管理控制器30輸 入一高準位的電源開啓訊號PW_ON至電源供給1〇。電源 供給10回應一高準位的電源開啓訊號PW_ON的輸入而輸 出主電源，並於3.3V及5.5V輸出比臨界下限電壓高的時 候輸出一高準位的電源良好訊號PW_OK。如果轉換電腦 系統至ACPI的狀態S3或S5的電源按鍵開關40被輸入 或切換電腦系統至狀態S3或S5的系統狀態訊息被輸入， 控制器30輸出一低準位的電源開啓訊號PW_ON至電源供 給10並輸出系統狀態顯示訊號S3#及S5#。 一開關電路50位於電源供給10與系統記億體20之 間。開關電路50從電源供給1〇接收3.3V主電源P3.3V 及5V待機電源P5V_SB，然後提供適合的3.3V雙電源 P3.3V—DUAL至系統記憶體2〇 〇雖然稍後將描述更完整， 當系統在S3狀態，開關電路50經由一調節器(未顯示於 圖中）轉換5V待機電源P5VJB爲3.3V，然後將之提供給 系統記憶體20。當系統在正常狀態時，開關電路50提供 3.3V主電源P3.3V給系統記憶體20。當系統在狀態S5時 (軟關閉狀態），開關電路50切斷提供給系統記憶體20的 3.3V雙電源P3.3V—DUAL。開關電路50被從電源管理控 制器30輸出之系統狀態顯示訊號S3#及S5#控制。 圖二是圖一開關電路50的詳細電路圖。參照圖二， 開關電路50包括一調節器51，一第一開關53，一第一開 關驅動器55，一第二開關57,以及一第二開關驅動器59。 電容C51及C52連接於調節器51之輸入端與一接地 10 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） " —,,---------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475107 A7 B7 6848pif.doc/008 五、發明說明（） 電壓GND之間。電容C53及C54連接於調節器51之輸 出端與接地電壓GND之間。調節器51接收來自電源供給 10的5V待機電源P5V—SB，然後輸出3·3ν的待機電壓 P3.3V—SB。第一開關53連接於調節器51與系統記憶體2〇 之間。如圖一所不’開關5 3及5 7最好是以場效電晶體 FET51 及 FET54 爲之。 當第一開關51被開啓時，從調節器51提供的3.3V 待機電源P3.3V_SB被供給給系統記憶體20。第二開關57 連接於電源供應1〇與系統記憶體20之間。第二開關驅動 器59控制第二開關57的開啓/關閉。當第二開關57被開 啓時，從電源供給10所提供的3.3V主電源P3.3V被提供 給系統記憶體20。 第一開關驅動器55包括第一及第二場效電晶體FET52 及FET53，以及第一及第二電阻R51及R52。第一場效電 晶體F^T52的汲極耦合至第一開關53的場效電晶體FET51 的汲極，並經由第一電阻R51連接到5V待機電源 P5V_SB。第一場效電晶體FET52耦合至接地電壓GND， 而場效電晶體FET52的閘極連接到電源管理控制器30的 系統狀態顯示訊號S3#。第二場效電晶體FET53的汲極連 接到第一場效電晶體FET52的閘極，而電晶體FET53的 源極耦合到電源管理控制器30的系統顯示訊號S5#。 第二開關驅動器59包括一邏輯電路58，第一至第三 電阻R53，R54及R55，以及NPN電晶體Q51。電晶體Q51 的集極耦合到第二開關57的電晶體FET54的閘極，並經 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —/I---：---------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475107 A7 B7 6848pif.doc/008 五、發明說明（1 ) 由第一電阻R51連接到12V主電源P12V。電晶體Qi的 射極耦合到地電壓GND，而電晶體Q1的基極經由第二電 阻R52連接到邏輯電路58。邏輯電路58由一 NAND電路 組成。邏輯電路58接收電源管理控制器30的系統狀態顯 示訊號S3#以及電源供給10的電源良好訊號PW_OK，然 後輸出NAND運算的結果。邏輯電路58的輸出經由第二 電阻R52被連接到電晶體Q51的基極，並經由第三電阻53 連接到5V的待機電壓P5V_SB。 以下的表一表示當電腦系統處於正常運作狀態（或工 作狀態），睡眠狀態S3，S5的時候，從電源管理控制器30 輸出的系統狀態顯示訊號S3#及S5#之間的關係。 表一 系統狀態 正常狀態 S3狀態 S5狀態 S3# 1 0 0 S5# 1 1 0 如表一所示，當電腦系統處於正常狀態，系統狀態顯 示訊號S3#及S5#分別爲低準位。因此，第一開關驅動器 55關閉第一開關53。如果電源良好訊號PW)OK爲高準位， 第二開關驅動器59開啓第二開關57。因此，系統記憶體 20在系統爲正常狀態時接收3.3V主電源P3.3V。當系統 處於狀態S3時，訊號S3#爲低準位而訊號S5#爲高準位。 因此，第一開關驅動器55開啓第一開關53而第二開關驅 12 ---*---------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 475107 A7 B7 6848pif.doc/008 五、發明說明（吵） 動器59關閉第二開關57。因此，系統記憶體20在系統爲 S3狀態時接收3.3V待機電源P3.3V_SB。同時，當系統處 於S5狀態時，訊號訊號S3#及S5#分別爲低準位。因此第 一開關驅動器55關閉第一開關53，而第二開關驅動器59 關閉第二開關57。因此，提供給系統記憶體20的雙電源 P3.3V_DUAL於系統處於狀態S5時被切斷。 如上所述，當支援ACPI的電腦系統處於狀態S5時， 供給給系統記憶體的待機電源被切斷。因此，可以防止當 記憶體被從主機板移開/裝設於主機板上時系統記憶體及 週邊電路的損害。此外，在狀態S5時切斷提供給系統記 憶體的電源以便抑制不必要的電源消耗。 雖然本發明特別以較佳實施例爲表示及說明，熟悉本 技藝之人士應了解在不脫離本發明申請專利範圍地情況下 可有不同形式及細節的改變。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 475107 6848pif.doc/008 A8B8C8D8
    濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 六、申請專利範圍 L 一種電源供翁 狀態以及一*電 統，包括：·<^/ 一電源供給用以提供主電源及待機電源； 一電源管理控制器用以依據該複數電源管理狀態控制 該電源供給以便在正常狀態輸出複數個系統狀態顯示訊 號，該電源管理控制器藉由接收開待機電源而被運作；以 及 一開關電路用以接收該主電源及該待機電源， 其中該開關電路該於系統狀態顯示訊號顯示正常狀態 時提供主電源給揮發性系統記憶體， 其中該開關電路於該訊號顯示睡眠狀態時提供待機電 源給系統記憶體，以及 其中當系統狀態顯示訊號顯示電源關閉狀態時，該開 關電路切斷提供給系統記憶體的待機電源。 2·如申請專利範圍第1項之電源供給電路，其中一系統 內容被儲存並維持在系統記憶體內。 3·如申請專利範圍第1項之電源供給電路，其中該開關 電路包括： 一第一開關位於待機電源及系統記憶體之間； 一第二開關位於主電源與系統記憶體之間；以及 一*開關驅動器接收系統狀態顯示@ · .其中該系統驅動器於系統狀態顯示i正常狀画開啓 該第二開關， 電路，用於具有正常狀態 睡眠 _狀態之複數電源管理狀態的電腦系 • I L------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 線· 475107 A8 B8 C8 D8 6848pif.doc/008 六、申請專利範圍 其中該系統驅動器於該訊號顯示睡眠狀態時開啓該第 一開關，以及 閱 讀 背 面 之 注 其中該系統驅動器於該訊號顯示爲電源關閉狀態時關 閉該第一及第二開關。 4.如申請專利範圍第3項之電源供給電路，更包括一調節 器位於該待機電源與該第一開關之間。 項 再 填纏ί夢 頁 訂 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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