TWI421670B - 介面單元、介面連接系統方法及電源管理控制器 - Google Patents

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Description

介面單元、介面連接系統方法及電源管理控制器
本發明係關於電子電路，且更特定言之係關於周邊埠連接的有效電源管理。
通用串列匯流排(USB)為用於將裝置(諸如，多個電腦周邊設備或攜帶型音樂及視訊播放器)連接至主機電腦用於藉由熱抽換(hot swapping)容易地傳送資料或在無需重新啟動電腦或斷開裝置的情況下允許裝置連接及斷開的標準串列匯流排介面。此連接方式亦稱為熱插入(hot plugging)。USB允許使用若干裝置，而不需要將製造商特定的裝置驅動程式安裝在主機電腦上。USB亦可用作周邊裝置與插入至壁式插塞中之AC配接器之間的橋接電源線，以用於電池充電目的。USB應用廠商論壇(USB-IF)(併有電腦及電子產業公司之工業貿易協會)標準化了USB之設計。USB意欲取代許多舊有之串聯及並聯埠變型，且對於許多電腦周邊設備，USB已變成標準連接協定。
USB介面為主控器/受控器架構。主控器被稱為「上游」裝置或主機/集線器，且受控器被稱為「下游」裝置。該介面由4條導線組成：D+、D-、VBUS及接地。2條資料線(D+及D-)用於雙向資料傳送並使用差動驅動技術。導線VBUS及接地用以將電力自上游主機分配至下游裝置。
USB裝置經由集線器串聯鏈接。USB集線器為允許許多USB裝置連接至主機電腦或另一集線器上之單一USB埠的裝置。USB集線器可建置至設備中，諸如鍵盤或監視器。每一集線器具有一上游埠及多個下游埠。該上游埠將該集線器(直接或經由其他集線器)連接至主機。其他集線器或裝置可附接至下游埠。
存在兩種類型之集線器。第一，匯流排供電的集線器為自主機電腦之USB介面汲取所有其電力的集線器。其不需要單獨之電力連接。匯流排供電之集線器能夠將電力提供至低消耗裝置，而無需外部電源供應器。然而，許多裝置或周邊設備需要比此類型之集線器可提供的電力多的電力，且因此，此等裝置將無法以此類型的集線器工作。第二種類型之自供電之集線器為自外部電源供應單元汲取其電力的集線器。因此，自供電之集線器能夠將完全的電力提供至每一埠。
USB係主機控制的。每一匯流排僅可有一個主機。USB 2.0規範不支援任何形式之多主控器配置。USB主機負責從事所有異動且排程頻寬。可藉由各種異動方法使用基於符記之協定發送資料。通常，USB主機控制器建置至現代化電腦中，而較舊的電腦可以硬體升級。舉例而言，高速USB主機控制器可駐留於在主機板上安裝至任何可用槽中的卡上。該控制器之背面板提供兩個或兩個以上USB埠。
USB主機埠及下游USB集線器埠兩者需要埠電源管理。埠電源管理定義於USB 2.0規範中，其由USB-IF所支援，以包括電源開關及具報告的過電流保護。當與USB集線器一起使用時，可得自多個製造商之外部埠電源控制器提供單一或雙重的USB埠支援。然而，與舊有電池充電裝置之向後相容性係有問題的，因為無標準方法。各種製造商已設計出若干不同方法。另外，一些方法干擾正常的USB操作。此外，更先進之電源管理功能在USB電池充電規範修訂版2.0中即將到來。對於計算系統中之更先進的一般埠電源管理需要新能力。
鑒於以上內容，需要用於周邊埠連接之有效電源管理的有效方法及系統。
涵蓋用於周邊埠連接之有效電源管理的系統及方法。
在一實施例中，通用串列匯流排(USB)集線器核心耦接至外部埠電源控制器。當相應的USB主機處於非操作狀態時，該USB集線器核心經組態以偵測舊有周邊裝置在下游埠上的存在。在一實施例中，當周邊裝置上拉資料線(諸如，D+或D-)時，執行該偵測。如根據USB應用廠商論壇(IF)要求之在USB集線器核心內的電阻器可微弱地下拉資料線D+及D-。周邊裝置可包括經組態以克服核心微弱地下拉及上拉資料線D+或D-的電路。USB集線器核心經組態以辨識非USB邏輯高值。USB集線器核心選擇周邊裝置之舊有電池充電器特徵碼，且隨後指示埠電源控制器首先在相應VBUS線上斷開電源且接著在此線上接通電源。自該周邊裝置之觀點而言，此動作模擬斷開與再連接。
所選擇之特徵碼在資料線上傳遞並由周邊裝置接收。若所選擇之特徵碼與周邊裝置匹配，則周邊裝置進入電池充電狀態並自VBUS線汲取足夠電流。然而，若所選擇之特徵碼不與周邊裝置匹配，則重覆選擇不同特徵碼及斷開/接通VBUS線的過程。
亦涵蓋一種判定電池充電器特徵碼與舊有周邊裝置匹配的方法。當舊有周邊裝置連接至USB埠時，周邊裝置直至其接收到相應特徵碼值才會進入電池充電狀態。每一製造商將電池充電器特徵碼指派給其自己的電池充電器，以由其自己的相應周邊裝置辨識。不同製造商之不同電池充電器將不能對周邊裝置充電。當USB主機處於非操作狀態且因此不可開始預設電池充電協定時，USB集線器可開始電池充電過程。該方法模擬周邊裝置之斷開及再連接，且之後不久將舊有特徵碼值呈現給周邊裝置。若該特徵碼與周邊裝置之預期值匹配，則周邊裝置進入電池充電狀態並對其電池充電。然而，若所選擇之特徵碼不與周邊裝置匹配，則重覆選擇不同特徵碼及模擬斷開/再連接的過程。
將依據對以下描述及隨附圖式的參考而瞭解此等及其他實施例。
在以下描述中，闡述眾多特定細節以提供對本發明之透徹理解。然而，一般熟習此項技術者應認識到，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明。在一些例子中，未詳細展示熟知電路、結構及技術，以避免混淆本發明。
參看圖1，展示利用多個周邊裝置之計算系統100的一實施例。此實施例不包括功能區塊、控制邏輯及處理節點110內及外部兩者所需之介面的所有實例。另外，計算系統100可包含兩個或兩個以上處理節點110。所展示之實施例係用於簡單說明性目的。
計算系統100包括至少一處理節點110，該至少一處理節點110可為個人電腦(PC)、伺服器、智慧型電話、個人資料助理(PDA)、視訊遊戲控制台、包含具即時交通之導航應用、免手持通信應用及音訊/視訊儲存與播放應用；或其他應用中之一或多者的汽車資訊娛樂系統。處理節點110可包括系統匯流排120、處理單元114、記憶體子系統112、介面邏輯140、通用串列匯流排(USB)主機130及USB集線器核心132。在一實施例中，處理節點110之所說明之功能性併入於單一積體電路上。
在一實施例中，處理單元114包括一或多個處理器核心，其中每一處理器核心包括用於根據預定義指令集而執行指令的電路。舉例而言，可選擇x86指令集架構(ISA)。或者，可選擇Alpha、PowerPC或任何其他指令集架構。每一處理器核心可實施以同時執行軟體應用程式之多個軟體線緒。在另一實施例中，處理單元114包括一或多個特殊應用積體電路(ASIC)。另外，處理單元114可包括一或多個數位信號處理器(DSP)、圖形處理單元(GPU)、類比至數位轉換器(ADC)及數位至類比轉換器(DAC)。包括在處理單元114內之其他資料處理半導體晶片設計係可能的且被涵蓋。此外，實體上，此等資料處理設計可因介面連接之原因、晶粒上投送及信號完整性原因或其他原因而實施於處理單元114之外部。
大體而言，處理單元114存取用於資料與指令或命令之記憶體儲存器。儘管未圖示，但有可能ASIC或其他資料處理晶粒可經由介面140直接自外部源接收命令。在一實施例中，實施為經組態以儲存資料區塊之L1快取結構且可能具有額外L2快取結構的快取記憶體子系統整合於處理單元114內。記憶體子系統112實施為L2或L3快取結構，且可直接耦接至處理單元114。若在整合之快取結構或記憶體子系統112中未發現被請求的區塊，則可產生讀取請求並將該讀取請求傳輸至未圖示的記憶體控制器，以便存取遺失區塊所映射至之外部記憶體。除了快取結構之外，外部記憶體、記憶體子系統112及在處理單元114內之任何整合記憶體亦可包含任何合適的記憶體裝置。舉例而言，此等記憶體可包含一或多個RAMBUS動態隨機存取記憶體(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、DRAM、靜態RAM、諸如正反器及鎖存器之順序儲存元件，等。
系統匯流排120經組態以回應在處理節點110所耦接至之鏈路上所接收的控制封包，以產生回應處理單元114及/或記憶體子系統112之控制封包，以產生回應由未圖示之記憶體控制器所選擇之異動的探測命令及回應封包，並經由介面邏輯140投送節點110對於其他節點為中間節點的封包。介面邏輯140可包括用以接收封包並將封包同步化至由系統匯流排120所使用之內部時脈的邏輯。
處理節點110耦接至一或多個周邊裝置150a至150d。如本文中所使用，藉由參考數字接著以字母所指出的元件可共同地單獨由數字指出。舉例而言，周邊裝置150a至150d可共同地稱為周邊裝置150。視處理節點110之實施而定，周邊裝置150可包括電腦鍵盤、電腦滑鼠、攜帶型儲存裝置、外部硬碟機、掃描器、控制桿、遊戲小鍵盤(gamepad)、印表機、攜帶型音訊/視訊播放器、相機或其他。周邊裝置150可由若干邏輯子裝置組成，該等邏輯子裝置被稱為裝置功能。單一周邊裝置150可提供若干功能。舉例而言，網路攝影機具有視訊裝置功能及內建式麥克風(其為音訊裝置功能)兩者。預期其他裝置亦在本發明之範疇內。所使用之周邊設備的特定類型不限制本發明。
通常，串列資料通信(諸如，通用串列匯流排(USB))用作於將周邊裝置150連接至處理節點110以用於藉由熱抽換容易地傳送資料的標準介面。在一實施例中，USB系統具有不對稱設計，由包含一或多個USB主機控制器之USB主機130、包含眾多下游USB埠之USB集線器核心132及以分層式星狀拓樸連接的多個周邊裝置150組成。額外的USB集線器132可包括在該等層中，從而允許分支成具有高達5層層級之樹結構。USB裝置(諸如，周邊裝置150及USB集線器132)經由USB集線器132串聯鏈接。一稱作根集線器之集線器可建置入USB主機130內之主機控制器中。
通常，USB主機130具有單一主機控制器。然而，在計算系統100內可存在多個主機控制器。主機控制器可提供一或多個USB埠。在一實施例中，最多127個周邊裝置150(包括集線器裝置132)可連接至單一主機控制器130。USB主機130將主機系統(諸如，處理節點110)連接至其他網路及儲存裝置，諸如周邊裝置150。
主機控制器介面(HCI)為暫存器層級介面，其允許USB主機130內之主機控制器與處理節點110之作業系統通信。HCI之三個現代化版本包括開放主機控制器介面(OHCI)、增強型主機控制器介面(EHCI)及通用主機控制器介面(UHCI)。未來規範(諸如，USB 3.0)可具有又一主機控制器類型。又，儘管USB主機130通常具有一個主機控制器，但在計算系統100內可存在多個主機控制器。舉例而言，計算系統100可包括一晶片集，該晶片集包含一個EHCI及三個或更多UHCI或OHCI主機控制器。根集線器可選擇哪個主機與USB埠相關聯。在擴展卡或主機板控制器上，該HCI可包括在場可程式化閘陣列(FPGA)中之數位邏輯引擎加上類比電路以管理高速差動信號。在軟體側上，該HCI可能需要裝置驅動程式或主機控制器驅動程式(HCD)。其嵌入於USB主機130中，該USB主機130在無使用者介入之情況下相應地投送不同的USB速度。
USB集線器核心132可包括在晶粒上或置放於處理節點110的外部。在一實施例中，USB集線器核心132為匯流排供電之USB集線器，其經由上游電纜自上游VBUS信號接收5 V及500 mA。匯流排供電之USB集線器核心132支援每一下游埠之5 V及100 mA的USB單位負載，其允許耦接至周邊裝置150。
在另一實施例中，USB集線器核心132係自供電之USB集線器，其經由正常電力電纜接收5 V及3.5 A。自供電之USB集線器核心132對每一下游埠支援5 V及500 mA之USB單位負載。許多現代化USB集線器核心係自供電的USB集線器核心。
在一實施例中，在USB集線器核心132與USB主機130之間的介面及介面140可包括USB 2.0收發器巨型小區介面(UTMI)或延伸版本(UTMI+)。在另一實施例中，該等介面可包括UTMI+低接腳介面(ULPI)，其為用於將USB核心邏輯連接至USB收發器的12-接腳介面標準。ULPI可實施為圍繞UTMI+及實體層(PHY)兩者以便減少高速(HS)USB系統中的接腳計數之封套(wrapper)。
大體而言，介面邏輯140可包含緩衝器，該等緩衝器用於接收來自外部鏈路之封包並用於緩衝待在該鏈路上傳輸的封包。計算系統100可使用任何合適的流量控制機制來傳輸資料。介面邏輯140可包括實體層(PHY)，該實體層可整合至大部分USB系統中，以便在該介面之數位部分與調變部分之間提供橋接器。PHY將鏈路層裝置連接至實體媒介，諸如光纖或銅電纜。PHY通常包括實體寫碼子層(PCS)及取決於實體媒介(PMD)之子層。該PCS編碼及解碼所傳輸及所接收的資料。編碼之目的係使接收器更容易恢復信號。PMD由實體媒介之收發器組成。
現轉至圖2，展示通用串列匯流排(USB)架構200之一實施例。如所示，USB集線器核心210可分割成模組或區塊。上游埠220可經組態以偵測及產生在上游資料280上的USB重設、中止及重新開始信號。另外，上游埠220內之邏輯可提供兩個介面，諸如UTMI介面及UTMI+介面，該UTMI介面可連接至外部收發器，該UTMI+介面可直接與圖1之USB主機130內的USB主機控制器通信。
在一實施例中，USB集線器核心210為自供電之USB集線器核心，且局部電源286供應5 V至USB集線器核心210。局部電源286為USB集線器核心210之外部獨立電源供應單元，且由局部電源286所產生之電力經由額外的電力電纜而非USB電纜而施加至USB集線器核心210。在另一實施例中，電源供應(諸如，5 V)可由上游VBUS信號供應。然而，此組態為匯流排供電之集線器，且更現代化之集線器核心為自供電的集線器。電壓調節器222可將所供應之5 V電力步進降低至供應至集線器控制器250的3.3 V電力。
由局部電源286供應至USB集線器核心210之電力經由電流限制單元252之電路傳輸至下游埠270，該電流限制單元252由集線器控制器250控制。
電流限制單元252對於藉由供應恆定電流至下游埠270而保護連接至下游埠270的功能可為必要的，因為由局部電源286所供應之電流可以幾安培(A)流動。
集線器控制器250藉由解譯USB命令及集線器等級特定命令兩者而控制USB集線器的操作。集線器控制器250可含有命令解譯器及收發器介面。該命令解譯器解碼USB標準命令以及集線器等級特定命令兩者。該命令解譯器亦可將集線器及埠狀態資訊提供至主機。該收發器介面可構成及解密封包欄位。
集線器中繼器240在主機控制器(諸如，圖1之USB主機130內)中之根集線器與下游埠之間提供連接性。集線器中繼器240可將根集線器連接至埠開關與投送邏輯260。對於全速(FS)及低速(LS)傳送，集線器中繼器240將根集線器連接至異動轉譯器230。在一實施例中，USB集線器核心210支援低速(LS)傳送或1.5 Mbit/s、全速(FS)傳送或12 Mbit/s，及高速(HS)傳送或480 Mbit/s。
異動轉譯器230藉由為耦接至下游埠270之LS及FS周邊裝置提供支援而處置USB 2.0分割式異動，該等下游埠270可耦接至HS匯流排。異動轉譯器230支援所有類型之USB傳送，諸如大量傳送、中斷傳送、控制傳送及等時傳送。異動轉譯器230可由HS介面、資料緩衝器及LS/FS介面組成。每一下游埠270與異動轉譯器230相關聯。USB通信採取封包形式。最初，所有封包經由根集線器及可能更多的集線器自主機發送至裝置。彼等封包中之一些封包指引裝置發送一些封包作為回覆。異動轉譯器230亦可對自集線器中繼器240或投送邏輯260傳入之封包執行循環冗餘檢查(CRC)。CRC可用作總和檢查碼以在傳輸或儲存期間偵測資料的偶然更改。
埠開關與投送邏輯260可用以在下游埠270與上游埠220之間投送LS及HS封包，以及在下游埠270與異動轉譯器260之間分配LS及FS封包。投送邏輯260可在HS傳送中將集線器中繼器240連接至下游埠270。
下游埠270可含有邏輯，該邏輯負責裝置連接/斷開偵測、LS/FS/HS速度偵測、異動中止/重新開始/終止的信號傳輸及USB重設信號傳輸。下游埠270亦可將標準UTMI或ULPI介面提供至USB收發器，該USB收發器包括信號下游資料282(諸如，D+及D-資料線)及每一下游埠270的下游VBUS 284。
USB集線器核心210可能需要支援埠電源管理。埠電源管理定義於USB 2.0規範中，該USB 2.0規範由USB應用廠商論壇(USB-IF)支援，以包括電源開關及具報告的過電流保護。USB集線器核心210可能需要耦接至外部埠電源控制器。電源開關可用以藉由來自USB主機之命令而將至一或多個下游埠270的VBUS電源打開或關閉。USB主機可將集線器特定描述符發送至USB集線器核心210。USB集線器核心210又可對埠電源控制器發信號以接通或斷開VBUS。該開關必須以受控速率接通電壓，以在於VBUS上對電容充電之同時避免過多電流汲取。當切斷電源時，必須移除所有電荷，而不引起過多的電流尖峰。
埠電源控制器之另一功能為提供過電流保護。過電流限制經設定以保護USB電纜、連接器、PCB線跡及電源供應器。對於自供電之集線器，最小電流限制為500 mA，且對於匯流排供電之集線器為100 mA。最小限制以上150 mA至250 mA的容限可為需要的，以允許與所有USB裝置的相容性。匯流排供電之集線器不需要具有過電流保護，但上游埠可具有比500 mA高得多的過電流限制。對於7埠USB集線器，該限制可高達5安培。對於電池充電主機或集線器埠，在USB電池充電規範修訂版1.1中所指定的VBUS電流限制為1.5 A，且對於專用充電器為1.8 A。因此，對於外部埠電源控制器之過電流限制可能需要視應用而為可程式化的。當支援電池充電時，可使用較高的電流限制，而在標準USB應用中，可使用較低的電流限制。
另外，為了支援舊有電池充電，可量測VBUS電流以便偵側周邊裝置150的USB狀態，該周邊裝置150被進一步簡短地解釋。在一實施例中，該量測之解析度可為至少10 mA。該電流量測之範圍可為自0 mA至至少2000 mA。在對於一個最低有效位元具有10 mA之解析度的8位元類比至數位轉換器(ADC)的情況下，最大讀數將為2550 mA。下文中，表1說明可量測之臨界電流位準的一實施例。可實施僅區別表1中所定義之電流位準的簡化ADC而非全8位元ADC。
ADC之轉換速度可能需要為100 ms或更低。折衷為限制外部埠電源控制器內部之量測電路的電力消耗，以在足夠長之時間週期內整合該量測以最小化藉由裝置之電流消耗的短期峰值，及對循環通過電池充電器特徵碼之足夠回應。
USB集線器(諸如，USB集線器核心210)用於USB周邊裝置之電池充電可為必要的。然而，舊有USB周邊裝置之電池充電的困難在於若干方案已在市場中設計出。對於何周邊裝置插入至USB埠無先前瞭解。當裝置被插入時，該裝置期待來自電池充電器的特徵碼或代碼。若存在無效特徵碼，則該裝置不進入電池充電狀態。
為了支援舊有電池充電，對於USB集線器核心(諸如，USB集線器核心210)可能需要增強。USB集線器可能需要辨識資料線D+及D-上之若干電壓位準，以驅動在資料線D+及D-上的非USB層級，且控制外部埠電源控制器以便循環通過電池充電器特徵碼。參看圖3，展示用於支援舊有電池充電之USB電源管理300的一實施例。相應地編號與圖2之USB集線器200相同的電路部分。在一實施例中，USB集線器核心310與埠電源控制器320的組合提供對USB電池充電規範修訂版1.1及舊有電池充電兩者的支援。在此實施例中，作出決策邏輯可駐留於USB集線器核心310中，而埠電源控制器320提供增強的通信頻道及電流量測電路。其他分區係可能的且被涵蓋。舉例而言，資料線D+及D-可經由埠電源控制器320作為開關路由。此架構可用於汽車市場以提供增強的過電壓保護。
USB電源管理300在無使用者介入之情況下可用以藉由循環通過已知電池充電器特徵碼中之每一者而解決舊有電池充電問題，並量測所連接之USB周邊裝置是否進入電池充電狀態。功率邏輯單元352可包括用於判定用於執行舊有電池充電之步驟序列的邏輯。埠電源控制器320可包括電源開關330之電路，該電源開關330可用以打開或關閉下游VBUS 284成一個或藉由來自USB主機的命令切換。USB主機可將集線器特定描述符發送至USB集線器核心310。USB集線器核心210又可對埠電源控制器320發信號以接通或斷開VBUS。
在一序列中使用以支援舊有電池充電之相應下游VBUS線的電流量測可藉由埠電源控制器320內的電流限制單元340執行。圖2之電流限制單元252的功能性可併入於功率邏輯單元352內或保留在單獨模組中。輸出埠370在下游VBUS線284上供應電壓供應。
在一實施例中，埠電源控制器320與USB集線器核心310之間的介面包括有致能或去能相應輸出VBUS線的致能信號、指示過電流條件的旗標信號，及載運諸如電流限制、電流量測值及控制器狀態資訊之資訊的線。在一實施例中，使用內部積體電路(I2 C)多主控器串列電腦匯流排。此匯流排通常用以將低速周邊設備附接至主機板、嵌入式系統或行動電話。替代實施例可基於諸如系統管理匯流排(SMBus)或電源管理匯流排(PMBus)之I2 C使用兩導線通信協定。
USB電源管理300可利用一序列之步驟以便提供舊有電池充電，但最近連接之USB周邊裝置的識別係未知的。圖4A說明用於支援周邊裝置之舊有電池充電的方法400。方法400可由熟習此項技術者修改以便導出替代實施例。又，在此實施例中之步驟係以順序次序展示。然而，一些步驟可以與所示不同的次序發生，一些步驟可同時執行，一些步驟可與其他步驟組合，且一些步驟可不存在於另一實施例中。在所示之實施例中，在區塊402中，介面連接系統(其在較大計算系統內可包含USB主機130及USB電源管理300)供應電力至所有埠。此等埠(諸如，將VBUS信號耦接至下游周邊裝置的輸出埠370)可能或可能不在此時間點連接。
在區塊404中，將USB周邊裝置連接至USB集線器，該USB集線器可包含耦接至埠電源控制器320的USB集線器核心310。當將周邊裝置插入至USB集線器埠中時，四種情況中之一種可能發生。第一，可達到過電流限制。此情況已遵從所建立之標準，諸如由主動式電流感測器偵測並隨後關閉該埠。第二，USB主機控制器處於主動狀態，裝置能夠由列舉過程識別，周邊裝置藉由USB電池充電規範修訂版1.1協定辨識對於電池充電的協商。此協定含於USB集線器內。舊有周邊裝置將利用USB主機軟體來請求電池充電。
第三，小量電流(諸如，小於10 mA)自VBUS排出，而不將資料線D+或D-上拉至邏輯高值。此第三種情況落於可偵測事件之範圍外且不採取動作。第四，所連接之周邊裝置不將USB集線器識別為電池充電器。每一供應商或製造商具有其周邊裝置中之每一者的匹配電池充電器。來自供應商A之電池充電器通常將不會與來自供應商B的裝置一起工作。此外，USB主機控制器處於非操作狀態，諸如中止、休眠或機械關閉狀態，且因此，周邊裝置可能不開始列舉過程。在此情況下，周邊裝置不能進入電池充電狀態。替代於等待進入此狀態或永不進入此狀態，一種方法可允許USB集線器選擇及傳遞不同的已知舊有特徵碼，以找到匹配且由插入之USB周邊裝置接受的特徵碼。USB集線器可嘗試所有舊有特徵碼變體。若裝置並非舊有裝置，則集線器可能不能使該周邊裝置處於電池充電狀態。
對於此第四種情況，舊有周邊裝置可能需要偵測其為插入的，或偵測自未插入狀態至插入狀態的改變。此偵測藉由檢查所傳遞特徵碼值而觸發舊有周邊裝置來判定其是否連接至電池充電器。為了利用不需要使用者介入之自動方法，VBUS線可被斷開，所以周邊裝置感測到其進入未插入狀態。當VBUS線隨後接通時，周邊裝置再次進入插入狀態，且新特徵碼可傳遞至周邊裝置用於辨識測試。若VBUS線不循環、或斷開及接通，則周邊裝置將不會再次進入插入狀態並測試新特徵碼值。此方法應用於舊有周邊裝置。
周邊裝置藉由上拉資料線D+或D-中之至少一者而啟始用於支援舊有電池充電的序列，若周邊裝置不遵從USB電池充電規範修訂版1.1協定，則其可能需要將D+或D-上拉至邏輯高值。
在區塊406中，當周邊裝置經由VBUS線偵測到所供應之電力時，該周邊裝置偵測到其已插入至埠中。然而，系統仍不具有關於該周邊裝置的資訊。如根據USB應用廠商論壇(IF)要求之在USB集線器核心內的電阻器可微弱地下拉資料線D+及D-。在該兩條資料線上之低邏輯值可指示無周邊裝置經連接。在此時，周邊裝置可藉由克服微弱之下拉與上拉或確證資料線D+或D-而通知系統其存在。周邊裝置可能需要在偵測到於相應VBUS線上供應之電力之後的預定時間週期內上拉D+或D-。
注意，僅在中止、休眠或機械關閉狀態時，系統可能需要循環通過不同電池充電器特徵碼。當系統係操作的時(條件區塊408)，在區塊410中，將列舉所有裝置。舉例而言，在啟動之後，USB主機週期性地輪詢以獲悉任何新附加或移除的裝置。在獲悉新裝置時，USB主機在該USB主機與周邊裝置之間建立一通信路徑。該列舉藉由將重設信號發送至周邊裝置而開始。周邊裝置之速度係在重設信號傳輸期間判定。在重設之後，USB主機讀取周邊裝置之資訊且接著指派獨特的7位元位址。在典型周邊裝置中，韌體含有USB主機將請求之資訊，且硬體與韌體之組合可解碼並回應對資訊之請求。若USB主機支援周邊裝置，則在區塊412中，載入用於與該裝置通信所需之周邊裝置驅動程式且將該裝置設定為經組態狀態。該軟體驅動程式可指示電池充電。
自使用者之觀點而言，除了可能之宣告新裝置之偵測的訊息及組態其之嘗試是否成功以外，列舉係不可見的且自動的。有時在第一次使用時，使用者需要輔助選擇驅動程式或指定主機應於何處找尋驅動程式檔案。
若系統處於非操作狀態(條件區塊408)且下游埠感測到資料線D+或D-被拉高，則在區塊414中，該系統去能供應至周邊裝置之電力歷時一預定量的時間，諸如50 ms至100 ms。VBUS之移除模擬斷開。該系統選擇新特徵碼以呈現給周邊裝置。方法400之控制流程移動至區塊A。
圖4B說明用於連續方法400以便支援周邊裝置之舊有電池充電的方法430。方法430可由熟習此項技術者修改以便導出替代實施例。又，在此實施例中之步驟係以順序次序展示。然而，一些步驟可以與所示不同之次序發生，一些步驟可同時執行，一些步驟可與其他步驟組合，且一些步驟可不存在於另一實施例中。在所展示之實施例中，在區塊432中，系統經由電力線VBUS將電力再次致能至周邊裝置。
在幾毫秒內，在區塊434中，系統在資料線D+及D-上呈現新特徵碼。特徵碼之一個實例係於D+資料線上呈現2.0 V且於D-資料線上呈現2.5 V，以指示Apple iPod或Apple iPhone周邊裝置。另一實例係於D+及D-資料線兩者上呈現3 V以指示Blackberry周邊裝置。
自VBUS線所汲取之電流藉由埠電源控制器320量測。在一預定量之時間(諸如，500 ms)之後，若所量測之電流小於預定值(條件區塊436)(諸如，100 mA)，則周邊裝置不進入電池充電狀態，且需要嘗試新特徵碼。在此情況下，方法430之控制流程移動至條件區塊442。若所有可用電池充電器特徵碼尚未被使用(條件區塊442)，則在區塊444中，USB集線器核心自資料線D+及D-移除當前特徵碼值，且此等線再次由電阻器微弱地下拉，該等電阻器耦接至該核心內的接地參考。接著，方法430之控制流程移動至區塊C並返回至方法400的區塊414。
若所有可用特徵碼已被使用(條件區塊442)，則在區塊446中，在資料線D+及D-上呈現預設無動作特徵碼，諸如允許此等資料線微弱地下拉至邏輯低值，或此時不採取動作。在此情況下，周邊裝置不進入電池充電狀態。USB集線器核心310可等待USB主機自非操作狀態轉變至操作狀態，且隨後該主機可列舉周邊裝置並可利用USB電池充電規範修訂版1.1協定。方法430之控制流程接著移動至區塊B並返回至方法400的區塊402。
若所量測之電流達到或超過一預定量(條件區塊436)(諸如，100 mA的典型USB集線器值)，則在區塊438中，系統結束特徵碼循環。已辨識周邊裝置，且在區塊440中，周邊裝置正汲取足夠的電流用於電池充電，從而指示其已進入電池充電狀態。方法430之控制流程接著移動至區塊B並返回至方法400的區塊402。
儘管已相當詳細地描述了以上實施例，但一旦完全瞭解以上揭示內容，則熟習此項技術者將變得易於瞭解眾多變化及修改。預期以下申請專利範圍經解譯為包含所有此等變化及修改。
100．．．計算系統
110．．．處理節點
112．．．記憶體子系統
114．．．處理單元
120．．．系統匯流排
130．．．通用串列匯流排(USB)主機
132．．．USB集線器核心
140．．．介面邏輯
150a至150d．．．周邊裝置
200．．．通用串列匯流排(USB)架構
210．．．USB集線器核心
220．．．上游埠
222．．．電壓調節器
230．．．異動轉譯器
240．．．集線器中繼器
250．．．集線器控制器
252．．．電流限制單元
260．．．埠開關與投送邏輯
270a．．．下游埠
270b．．．下游埠
280．．．上游資料
282a．．．下游資料
282b．．．下游資料
284a．．．下游VBUS
284b．．．下游VBUS
286．．．局部電源
300．．．USB電源管理
310．．．USB集線器核心
320．．．埠電源控制器
330．．．電源開關
340．．．電流限制單元
352．．．功率邏輯單元
370．．．輸出埠
圖1為說明利用多個周邊裝置之計算系統之一實施例的概括性方塊圖；
圖2為說明通用串列匯流排(USB)集線器之一實施例的概括性方塊圖；
圖3為說明用於支援舊有電池充電之USB電源管理之一實施例的概括性方塊圖；
圖4A為說明用於支援周邊裝置之舊有電池充電的方法之一實施例的一般流程圖；及
圖4B為說明用於支援周邊裝置之舊有電池充電的方法之一實施例的一般流程圖。
在本發明可容許各種修改及替代形式的同時，特定實施例在圖式中藉由實例展示並在本文中詳細地描述。然而，應理解，對此的圖式及實施方式不欲將本發明限於所揭示之特定形式，而相反，本發明欲涵蓋屬於如由所附申請專利範圍界定之本發明之精神及範疇的所有修改、等效物及替代形式。
220‧‧‧上游埠
222‧‧‧電壓調節器
230‧‧‧異動轉譯器
240‧‧‧集線器中繼器
250‧‧‧集線器控制器
260‧‧‧埠開關與投送邏輯
270a‧‧‧下游埠
270b‧‧‧下游埠
280‧‧‧上游資料
282a‧‧‧下游資料
282b‧‧‧下游資料
284a‧‧‧下游VBUS
284b‧‧‧下游VBUS
286‧‧‧局部電源
300‧‧‧USB電源管理
310‧‧‧USB集線器核心
320‧‧‧埠電源控制器
330‧‧‧電源開關
340‧‧‧電流限制單元
352‧‧‧功率邏輯單元
370‧‧‧輸出埠

Claims (20)

  1. 一種介面單元，其包含：介面電路，其包括一或多個資料線及至少一電力線；及電源管理電路，其經組態以控制對該至少一電力線的一電力供應；且其中回應於偵測到一裝置已被連接至該介面電路，該介面單元經組態以：經由該一或多個資料線將一第一特徵碼傳遞至該裝置；及對於判定未自該裝置接收到對該第一特徵碼之一預定回應作出回應：自該電力線移除電力；在移除該電力之後的一第一預定時間將電力恢復至該電力線；及在恢復該電力之後的一第二預定時間將一不同於該第一特徵碼之第二特徵碼傳遞至該裝置。
  2. 如請求項1之介面單元，其中判定未接收該預定回應包含判定電流消耗在該將該第一特徵碼傳遞至該裝置之後的一第三預定時間在該電力線上的一預定臨限值以下。
  3. 如請求項2之介面單元，其中偵測到一裝置已被連接至該介面電路包含偵測到該等資料線中之至少一者之一先前未確證資料線的確證。
  4. 如請求項3之介面單元，其中回應於由該介面單元傳遞之一特徵碼對於該裝置之一特徵碼的一匹配，該電源管理控制器經進一步組態以用該電力線所供應之電流對一對應於該裝置的電池充電。
  5. 如請求項4之介面單元，其中該介面單元經組態以自一電源供應參考接收電力，且其中該電源管理控制器經進一步組態以驅動及偵測在該複數個資料線上的電壓位準，該等電壓位準不同於該電源供應參考。
  6. 如請求項4之介面單元，其中該裝置係一非列舉的通用串列匯流排(USB)周邊裝置。
  7. 如請求項4之介面單元，其中該介面電路經進一步組態以將該裝置耦接至一處於一非操作狀態之計算系統。
  8. 如請求項7之介面單元，其中該非操作狀態包含以下至少一者：中止、休眠或機械關閉。
  9. 一種介面連接系統方法，該方法包含：控制對至少一電力線的一電力供應；及回應於偵測到一裝置已被連接至介面電路，該介面電路包括一或多個資料線及該至少一電力線：經由該一或多個資料線將一第一特徵碼傳遞至該裝置；及對於判定未自該裝置接收到對該第一特徵碼之一預定回應作出回應：自該電力線移除電力；在移除該電力之後的一第一預定時間將電力恢復至該電力線；及在恢復該電力之後的一第二預定時間將一不同於該第一特徵碼之第二特徵碼傳遞至該裝置。
  10. 如請求項9之方法，其中判定未接收該預定回應包含判定電流消耗在該將該第一特徵碼傳遞至該裝置之後的一第三預定時間在該電力線上的一預定臨限值以下。
  11. 如請求項10之方法，其中偵測到一裝置已被連接至該介面電路包含偵測到該等資料線中之至少一者之一先前未確證資料線的確證。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含回應於一所傳遞特徵碼對於該裝置之一特徵碼的一匹配，用該電力線所供應之電流對一對應於該裝置的電池充電。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包含驅動及偵測在該複數個資料線上之電壓位準，該等電壓位準不同於一將電力供應至該至少一電力線的電源供應參考。
  14. 如請求項12之方法，其中該裝置係一非列舉的通用串列匯流排(USB)周邊裝置。
  15. 如請求項12之方法，其進一步包含將該裝置耦接至一處於一非操作狀態之計算系統。
  16. 如請求項15之方法，其中該非操作狀態包含以下至少一者：中止、休眠或機械關閉。
  17. 一種電源管理控制器，其包含：一介面，其耦接至一或多個資料線及至少一電力線；一功率邏輯單元，其經組態以控制對該至少一電力線的一電力供應；其中回應於偵測到一裝置已被連接至該介面，該功率邏輯單元經組態以：經由該一或多個資料線將一第一特徵碼傳遞至該裝置；及對於判定未自該裝置接收到對該第一特徵碼之一預定回應作出回應：自該電力線移除電力；在移除該電力之後的一第一預定時間將電力恢復至該電力線；及在恢復該電力之後的一第二預定時間將一不同於該第一特徵碼之第二特徵碼傳遞至該裝置。
  18. 如請求項17之電源管理控制器，其中判定未接收該預定回應包含判定電流消耗在該將該第一特徵碼傳遞至該裝置之後的一第三預定時間在該電力線上的一預定臨限值以下。
  19. 如請求項18之電源管理控制器，其中偵測到一裝置已被連接至該介面電路包含偵測到該等資料線中之至少一者之一先前未確證資料線的確證。
  20. 如請求項19之電源管理控制器，其中回應於由該介面單元傳遞之一特徵碼對於該裝置之一特徵碼的一匹配，該電源管理控制器經進一步組態以用該電力線所供應之電流對一對應於該裝置的電池充電。
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