TWI534632B - 中介電子裝置、中介電子裝置的操作方法及電子系統 - Google Patents

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Description

中介電子裝置、中介電子裝置的操作方法及電子系統
本發明係有關於中介電子裝置，特別係有關於使用電力傳輸單元之中介電子裝置。
現今通用序列匯流排(USB)的電力傳輸規範大致上有USB 2.0以及USB 3.0兩種規範。在USB 2.0的電力傳輸規範底下，USB電源(即VBus)所能傳輸的最大電流值為500mA以及最大電壓值為5V，換言之，電力傳輸規範USB 2.0最多能容許2.5瓦特的功率傳輸。同樣的，在USB 3.0的電力傳輸規範底下，USB電源(即VBus)所能傳輸的最大電流值為900mA以及最大電壓值為5V，換言之，電力傳輸規範USB 3.0最多能容許4.5瓦特的功率傳輸。
近年來隨著通用序列匯流排的廣泛使用，一種新的電力傳輸規範(USB Power Delivery)應運而生。新的電力傳輸規範有數個關鍵特性，第一，USB電源(即VBus)所能傳輸的最大電流值提昇至5A以及最大電壓值提昇至20V，換言之，新的電力傳輸規範最多能容許100瓦特的功率傳輸，如此一來，將能夠大幅度的縮短充電時間。第二，在傳統的電力傳輸規範中，電力的供給是單向的，舉例來說，主機系統提供電 力至電子裝置。然而，新的電力傳輸規範能夠切換電力傳輸的方向。舉例來說，當電子裝置可接收外部電源的電力時，電子裝置也能將外部電源的電力提供給主機系統。第三，使用新電力傳輸規範的電子裝置能夠與使用既有的電力傳輸規範的電子裝置相容，例如使用USB2.0以及USB3.0的電子裝置。
傳統電子裝置中的晶片控制器具有一腳位，用來與USB電源線連接，以偵測該電子裝置是否與主機系統相連。當USB電源線與該電子裝置連接時，USB電源的電壓可作為一偵測訊號(VBus_DET)透過該腳位傳送至晶片控制器，而晶片控制器根據該偵測訊號測知該電子裝置與主機系統相連接時，該晶片控制器隨後開始工作。換個角度來說，USB電源之電壓可視為一致能訊號，用來致能該電子裝置中的晶片控制器。本文以下皆用致能訊號來表示USB電源的偵測訊號，於此合先敘明。
在傳統的電力傳輸規範中，由於USB電源之電壓僅為5伏特，因此可直接將USB電源的電壓作為致能訊號，直接傳送至電子裝置中的晶片控制器，而不會讓晶片控制器受損或燒掉。然而，在新的電力傳輸規範中，由於USB電源最高能傳輸20伏特的電壓，因此若直接將20伏特的電壓作為該致能訊號直接傳送至晶片控制器，將導致晶片控制器受損或燒掉。
因此，有需要提出一種新的電子裝置，使其在USB電源提供的高電壓下能正常工作，並且不會讓該電子裝置中的晶片控制器受損或燒掉。
有鑑於此，本發明提出一種中介電子裝置，正常工作於USB電源提供的高電壓下而能快速充電，並且不會導致該中介電子裝置中的晶片燒毀。此外，該中介電子裝置更能切換電力傳輸的方向，使得外部電源，例如是壁掛式配接器(wall adaptor)或是插座(DC Jack)，能透過該中介電子裝置提供電力至主機系統。
本發明提出一種中介電子裝置，用以耦接一主機系統以及一電子裝置。該中介電子裝置包括：一控制器及一電力傳輸單元。該控制器，依一致能信號而啟動，用以處理該主機系統與該電子裝置之間的資料傳輸。該電力傳輸單元，設置於該主機系統與該控制器之間，用以偵測該電力傳輸單元是否耦接該主機系統或一外部電源。當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元耦接該主機系統，而不耦接該外部電源時，該電力傳輸單元通知該主機系統提昇輸出至該中介電子裝置之電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
前述中介電子裝置之做動為本發明另一實施例所提出的一種中介電子裝置的操作方法，該中介電子裝置用以耦接一主機系統以及一電子裝置。該中介電子裝置的操作方法包括：偵測該中介電子裝置與該主機系統及該外部電源之連接狀態。當偵知該中介電子裝置耦接該主機系統，而該中介電子裝置不耦接該外部電源時，通知該主機系統提昇輸出至該中介電子裝置之電壓以提供該電子裝置之電源。該中介電子裝置的操作方法更包括輸出一致能信號以致能該中介電子裝置的一控制器。
本發明之另一實施例更揭露一種電子系統。該電子系統包括：一主機系統及一中介電子裝置。該中介電子裝置用以耦接該主機系統至一電子裝置。該中介電子裝置更包括一控制器及一電力傳輸單元。該控制器依一致能信號而啟動，用以處理該主機系統與該電子裝置之間的資料傳輸。該電力傳輸單元，設置於該主機系統與該控制器之間，用以偵測電力傳輸單元是否耦接該主機系統或一外部電源。當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元耦接至該主機系統，而不耦接該外部電源時，該電力傳輸單元通知該主機系統提昇輸出至該中介電子裝置之電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
以上所述之中介電子裝置中的晶片控制器接收該電力傳輸單元所送出的致能訊號，而非直接接收USB電源的高電壓，因此能避免晶片控制器燒毀或損壞。除此之外，外部電源更能透過本發明的中介電子裝置提供電力至主機系統。
10、20‧‧‧資料儲存裝置
12、22‧‧‧SATA橋接器
14、24‧‧‧SATA HD
500a‧‧‧主機系統
500b‧‧‧外部電源
Sd‧‧‧致能訊號
DC5、DC12、103、113‧‧‧直流-直流轉換器
30、40、50‧‧‧通用序列匯流排集線器
32‧‧‧上游埠
34a、34b、34c、34d、44、54‧‧‧下游埠
36、38‧‧‧外部裝置
30a、36a、38a1‧‧‧電線
42、52‧‧‧HUB控制器
46‧‧‧電力傳輸裝置
56‧‧‧電力傳輸單元
p1‧‧‧第一電源埠
p2‧‧‧第二電源埠
PD1、26‧‧‧電力傳輸單元
PD2‧‧‧第二電力傳輸單元
60‧‧‧中介電子裝置
62‧‧‧控制器
64‧‧‧電子裝置
V1‧‧‧第一電壓
p3‧‧‧第三電源埠
p4‧‧‧第四電源埠
701-710、809、811‧‧‧方塊
SW1‧‧‧切換裝置
101‧‧‧通訊單元
102‧‧‧處理器
C1‧‧‧電容
111‧‧‧第二通訊單元
112‧‧‧一第二處理器
SW2‧‧‧一第二切換裝置
C2‧‧‧電容
1100‧‧‧電子系統
1101‧‧‧電子裝置
1102‧‧‧第二中介電子裝置
PD3‧‧‧第三電力傳輸單元
PD4‧‧‧第四電力傳輸單元
CS‧‧‧控制訊號
第1A圖係顯示傳統的2.5吋SATA HD於自我供電模式(Self-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。
第1B圖係顯示傳統的2.5吋SATA HD於USB電源模式(Bus-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。
第1C圖係顯示傳統的3.5吋SATA HD於自我供電模式(Self-power)下接收5伏特致能訊號的示意圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之3.5吋資料儲存裝置的示意圖。
第3圖係顯示一習知之通用序列匯流排集線器之示意圖。
第4A圖係顯示傳統的USB Hub於自我供電模式(Self-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。
第4B圖係顯示傳統的USB Hub於USB電源模式(Bus-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。
第4C圖係顯示使用新電力傳輸規範的傳統USB Hub於自我供電模式(Self-power)下的概念示意圖。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之通用序列匯流排集線器，耦接至該主機系統500a之示意圖。
第6圖係顯示根據本發明一較佳實施例所述之中介電子裝置，耦接至主機系統500a以及外部電源500b。
第7圖係顯示第6圖之中介電子裝置操作之方塊流程圖。
第8圖係顯示第6圖之中介電子裝置操作之方塊流程圖。
第9圖係本發明之另一實施例，其顯示第6圖中之中介電子裝置為通用序列匯流排集線器(USB Hub)之示意圖。
第10圖係顯示根據本發明一實施例所述之第6圖的電力傳輸單元PD1之內部電路架構示意圖。
第11圖係顯示根據本發明一實施例所述之第6圖中之第二電力傳輸單元之電路架構圖，並顯示與該中介電子裝置內其他電路的連接關係。
第12圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子系統耦接外部電源500b之示意圖。
以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範 例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
參照第1A、1B及1C圖，以能更瞭解傳統的資料儲存裝置所遭遇到的限制與問題。接下來，第2圖呈現本發明的論述，以瞭解本發明如何克服傳統的資料儲存裝置所遭遇到的問題。
第1A-1C圖係顯示傳統資料儲存裝置的示意圖，於此一併描述。在這裡以資料儲存裝置為SATA(Serial Advanced Technology Attachment)硬碟裝置舉例，第1A圖係顯示傳統的2.5吋SATA硬碟裝置於自我供電模式(Self-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。第1B圖係顯示傳統的2.5吋SATA硬碟裝置於USB電源模式(Bus-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。第1C圖係顯示傳統的3.5吋SATA硬碟裝置於自我供電模式(Self-power)下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。自我供電模式(Self-Power)指的是，一外部電源500b作為該資料儲存裝置10之電源；相反地，USB電源模式(Bus-Power)指的是，以一主機系統500a之USB電源之電壓作為該資料儲存裝置10之電源。
在第1A圖中，資料儲存裝置10可由USB介面(未圖 示)以及電源介面(未圖示)分別耦接該主機系統500a以及該外部電源500b。主機系統500a可由上述USB介面中的電源接腳(Vbus pin)提供5伏特電壓的致能訊號至該資料儲存裝置10。外部電源500b則向資料儲存裝置10中的SATA橋接器12及2.5吋的SATA硬碟(SATA Hard Disk,SATA HD)14提供工作電壓。當SATA橋接器12接收到此致能訊號以及外部電源500b提供的工作電壓後，即判斷資料儲存裝置10與主機系統500a連接。接著SATA橋接器12即可進行USB傳輸協定以及SATA傳輸協定的轉換，使主機系統500a對SATA HD 14進行資料存取。在傳統電力傳輸規範(如USB 2.0或USB 3.0的電力傳輸規範)中規定USB介面中的電源接腳之電壓值為5伏特，且2.5吋的SATA HD之工作電壓通常為5伏特。上述的電源介面例如可為插座(DC Jack)或是壁掛式配接器(Wall adaptor)。
請參照第1B圖，與第1A圖不同的地方在於，第1B圖中的資料儲存裝置10可於自我供電模式下接收主機系統500a的5伏特電壓，並以該5伏特電壓作為資料儲存裝置10的致能訊號以及工作電壓。也就是說，第1B圖中的資料儲存裝置10僅需要主機系統500a的5伏特電壓即可工作，而不需要如第1A圖中的外部電源500b。類似於第1A圖中的SATA橋接器12，當第1B圖中的當SATA橋接器12接收到此5伏特電壓的致能訊號以及工作電壓後，即判斷資料儲存裝置10與主機系統500a連接，接著SATA橋接器12即可進行USB傳輸協定以及SATA傳輸協定的轉換，使主機系統500a對SATA HD 14進行資料存取。
第1C圖係顯示另一傳統資料儲存裝置10於自我供 電模式下接收5伏特電壓致能訊號的示意圖。在第1C圖中，資料儲存裝置10使用3.5吋的SATA HD 14作為儲存媒介。3.5吋SATA HD的工作電壓通常為12伏特，又USB電源之電壓被規範為5伏特，因此傳統的以3.5吋SATA HD作為儲存媒介的資料儲存裝置10僅具有自我供電模式，如第1C圖所示。第1C圖與第1A圖之差別僅在，第1C圖增加一直流-直流轉換器DC5，用來將外部電源500b提供的12伏特的電壓轉為該SATA橋接器12之工作電壓，例如是5伏特。
在新的電力傳輸規範底下，USB電源之電壓能提昇至5伏特以上，例如為12或20伏特。然而，傳統的資料儲存裝置10中的SATA橋接器無法承受高於5伏特電壓的致能訊號。因此，當USB電源之電壓提昇至高於5伏特時，將導致該SATA橋接器12燒毀或損壞。有鑑於此，需要提出一種新的資料儲存裝置能在新的電力傳輸規範下工作。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之資料儲存裝置20耦接於該主機系統500a之方塊示意圖。如第2圖所示，該資料儲存裝置20包括：一SATA橋接器(SATA Bridge)22，一SATA HD 24，以及一電力傳輸單元26。以下將對資料儲存裝置20內部元件之交互做動更進一步細節描述。
電力傳輸單元26偵測資料儲存裝置20的電力傳輸單元26是否耦接主機系統500a及外部電源500b，並根據偵測結果與該主機系統500a進行交握。
具體而言，當該電力傳輸單元26偵知該電力傳輸單元26僅耦接至該主機系統500a而不耦接外部電源500b時，該 電力傳輸單元26回傳交握訊號通知該主機系統500a提昇輸出至資料儲存裝置20之電壓(例如由5伏特提昇至12伏特)，其中該電壓例如係經由一USB介面中的電源接腳(Vbus pin)提供至資料儲存裝置20。在SATA HD 24為3.5吋的SATA HD之實施例中，電力傳輸單元26將提升後的電壓傳送至SATA HD 24，以作為該SATA HD 24之工作電壓。此外，電力傳輸單元26更可透過直流-直流轉換器DC5轉換主機系統500a提供的電壓(例如將12伏特轉換為5伏特)，且隨後以轉換後的電壓作為致能信號Sd傳輸至該SATA橋接器22，以致能該SATA橋接器22。除了傳輸致能信號Sd信號外，電力傳輸單元26更可將轉換過後的電壓作為SATA橋接器22的工作電壓。
當電力傳輸單元26偵知該電力傳輸單元26同時耦接主機系統500a以及外部電源500b時，電力傳輸單元26回傳交握訊號通知該主機系統500a不提昇輸出至資料儲存裝置20之電壓。電力傳輸單元26將外部電源500b提供之電壓傳送至SATA HD 24，以作為該SATA HD 24之工作電壓。此外，電力傳輸單元26可直接將主機系統500a提供的電壓作為致能信號Sd傳輸至該SATA橋接器22，或者視需要由直流-直流轉換器DC5轉換外部電源500b提供之電壓，以此轉換過後的電壓作為致能信號Sd傳輸至該SATA橋接器22。此外，電力傳輸單元26可將此轉換過後的電壓作為該SATA橋接器22之工作電壓。
透過上述方式，可使主機系統500a的USB電源不直接耦接至SATA橋接器22，因此當主機系統500a提供高電壓時，該SATA橋接器22不會燒毀或損害。
參照第3圖，以能瞭解通用序列匯流排的背景技術，接著參照第4A、4B、4C圖，以能更瞭解使用傳統的USB Hub所遭遇到的限制與問題。接下來，第5圖呈現本發明的論述，以瞭解本發明如何克服使用傳統電力傳輸規範的USB Hub硬碟所遭遇到的問題。
第3圖係顯示習知之通用序列匯流排集線器之示意圖。為了能更清楚易懂，先對一通用序列匯流排集線器30的背景技術進行描述。該通用序列匯流排集線器30，具有一上游埠(upstream facing port)32以及多個下游埠(downstream facing port)34a、34b、34c以及34d。該上游埠32可用來連接主機系統(未圖示)，而該等下游埠32c-34d可分別用來連接該等外部裝置36及38，而該等外部裝置可以例如是，滑鼠，鍵盤，喇叭，液晶顯示器，甚至可以是第2圖之資料儲存裝置20。
第4A圖係顯示傳統的USB Hub於自我供電模式(Self-power)的示意圖；第4B圖係顯示傳統的USB Hub於USB電源模式(Bus-power)的示意圖；第4C圖係顯示使用新電力傳輸規範的傳統USB Hub於自我供電模式(Self-power)的示意圖，其中第4A-4C圖分別對應第1A-1C圖且大致上幾乎相同，因此僅就不同處加以描述。
在第4A、4B圖中，該通用序列匯流排集線器40，以下以USB Hub 40代表，包括：一HUB控制器42以及一下游埠44，分別對應於第1A圖的該SATA橋接器12以及該SATA硬碟14。同樣的，該HUB控制器42用來控制該下游埠44，而該下游埠44則可對應於第3圖的該等下游埠34a-34d，用來耦接外部裝 置。
如第4A、4B圖所示，明顯的，由於傳統的該USB Hub 40中的該下游埠44需透過USB電源線供電至外部裝置(未圖示)，又USB電源線僅能傳輸5伏特的電壓，因此該下游埠44僅能輸出5伏特的電壓，亦即該下游埠44無法輸出高電壓，例如是12伏特，或是20伏特。如此一來，傳統的該USB Hub 40的使用彈性明顯的受到限制。
以下將針對該下游埠44輸出高電壓的情況做更進一步的討論。需注意的是，該下游埠44所輸出的高電壓是由該外部電源500b或是該主機系統500a之USB電源提供。
在第4C圖中，外部電源500b可提供12伏特的高電壓，而該USB Hub 40更包括一電力傳輸裝置46，以視需求輸出5伏特或是12伏特至該下游埠44。
然而，需注意的是，若主機系統500a與USB Hub 40均支援新電力傳輸規範時，主機系統500a可提供高於5伏特的電壓(例如12伏特或20伏特)至USB Hub 40。此時該HUB控制器42會因接收到高電壓而燒毀或損壞。因此，有需要提出一種新的通用序列匯流排集線器能正常工作在高電壓的USB電源下並能視情況輸出5伏特或5伏特以外的電壓。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之通用序列匯流排集線器，耦接至該主機系統500a之示意圖。一通用序列匯流排集線器50，以下以USB Hub 50代表，包括一Hub控制器52、至少一下游埠54、一電力傳輸單元26以及一第二電力傳輸單元56。Hub控制器52可處理主機系統500a與外部裝置(未圖 示)之間的數據或電力傳輸。
類似於第2圖中的電力傳輸單元26，第5圖中的電力傳輸單元26也可偵測該USB Hub 50的電力傳輸單元26與主機系統500a及外部電源500b的耦接狀況，且USB Hub 50之該電力傳輸單元26之做動與第2圖中該資料儲存裝置的該電力傳輸單元26之做動相似，於此不再贅述。
第二電力傳輸單元56與該下游埠54所連接之外部裝置(未圖示)交握，並根據外部裝置的回應以得知是否提高輸出於下游埠54之電壓值。更具體的來說，當外部裝置需要高電壓(例如為12伏特或20伏特)時，第二電力傳輸單元56可將主機系統500a或外部電源500b提供的高電壓傳至下游埠54。若外部裝置不需要高電壓時，該第二電力傳輸單元56輸出5伏特的電壓。上述僅為示範之用，並非用來限制本發明。透過上述方式，該下游埠54可輸出高電壓。
在本發明一些較佳實施例中，更提出一中介電子裝置，具有兩種優點，其一為當主機系統提昇USB電源之電壓時，該中介電子裝置能正常工作而不會燒毀或損壞，其二為當主機系統電量不足或需要充電時，該中介電子裝置更可將該外部電源之電壓提供至該主機系統，以作為該主機系統之電源。
第6圖係顯示根據本發明一較佳實施例所述之中介電子裝置。中介電子裝置60用以耦接一主機系統500a以及一電子裝置64。該中介電子裝置60包括：一控制器62以及一電力傳輸單元PD1。控制器62可依一致能信號而啟動，用以處理該主機系統500a與該電子裝置64之間的資料傳輸。該電力傳輸單 元PD1設置於該主機系統500a與該控制器62之間，用以偵測中介電子裝置60的電力傳輸單元PD1是否耦接該主機系統500a或該外部電源500b。
當該電力傳輸單元PD1偵知該電力傳輸單元PD1耦接該主機系統500a，且不耦接該外部電源500b時，電力傳輸單元PD1通知該主機系統500a提昇輸出至該中介電子裝置60之電壓以提供電子裝置64之電源，並輸出該致能信號Sd。在一實施例中，該電力傳輸單元PD1將該主機系統500a輸出的該電壓降壓後，輸出至該控制器62以作為該致能信號Sd。
當偵知該主機系統500a以及外部電源500b同時耦接該電力傳輸單元PD1時，該電力傳輸單元PD1選擇接收該外部電源500b提供之一第一電壓V1以提供電子裝置64之電源，並輸出該致能信號Sd。在一實施例中，電力傳輸單元PD1可將第一電壓V1降壓至合適的電壓後，再輸出至該控制器62以作為該致能信號Sd。
此外，在一實施例中，電力傳輸單元PD1更可具有一第一電源埠p1及一第二電源埠p2，分別用來連接主機系統500a及外部電源500b。該中介電子裝置60例如係透過USB匯流排而與主機系統500a連接，且該主機系統500a可透過USB匯流排中的電源接腳(Vbus pin)提供USB電源。
此外，中介電子裝置60更可包含耦接於電力傳輸單元PD1的一第二電力傳輸單元PD2。第二電力傳輸單元PD2可偵測電子裝置64所需的工作電壓(例如為5伏特或12伏特)，並將電力傳輸單元PD1提供的電壓轉換至電子裝置64所需的工作 電壓後，輸出至電子裝置64。
在本實施例中，中介電子裝置60可以是2.5吋SATA硬碟外接盒，3.5吋SATA硬碟外接盒或是通用序列匯流排集線器(USB Hub)，但不限定於此。當中介電子裝置60為2.5吋的SATA硬碟外接盒或3.5吋SATA硬碟外接盒時，該控制器62以及該電子裝置64可以分別是橋接器(Bridge)以及SATA硬碟，但不限定於此。同樣的，當該中介電子裝置60為通用序列匯流排集線器時，該控制器62以及該電子裝置64可以分別是Hub控制器以及與下游埠(downstream facing port)所耦接的外部電子裝置，但不限定於此。
第7圖係顯示第6圖之中介電子裝置操作之方塊流程圖。第7圖所示之流程圖係用來說明本發明電子裝置的第一種特性功能。請同時參照第6圖，首先，於方塊701開始。接著，方塊702，該電力傳輸單元PD1偵測中介電子裝置60的電力傳輸單元PD1是否連接至該外部電源500b，若“否”，則進行到方塊709，若“是”，則進行到方塊703。
方塊703，該電力傳輸單元PD1偵測電力傳輸單元PD1是否連接至該主機系統500a，若“否”，則進行到方塊708，若“是”，則進行到方塊704。
方塊708，該電力傳輸單元PD1偵知該電力傳輸單元PD1沒有與該主機系統500a相連接，因此該電力傳輸單元PD1不輸出致能信號Sd。
方塊704，該電力傳輸單元PD1偵知電力傳輸單元PD1同時連接至該主機系統500a及該外部電源500b。該電力傳 輸單元PD1選擇接收該外部電源500b提供之一第一電壓V1作為該電子裝置60之電源。當主機系統500a發出交握信號(handshake signal)至該電力傳輸單元PD1，該電力傳輸單元PD1回傳此交握信號，以通知該主機系統500a不需提昇輸出至中介電子裝置60之電壓。在方塊705中，該電力傳輸單元PD1輸出該致能信號Sd，以致能該控制器62，而該控制器62處理該主機系統500a與該電子裝置64之間的資料傳輸。最後，進入方塊707。
在方塊709中，該電力傳輸單元PD1偵測電力傳輸單元PD1是否連接至該主機系統500a，若“否”，則進行到方塊708，若“是”，則進行到方塊706。
在方塊706中，該電力傳輸單元PD1偵知該電力傳輸單元PD1耦接至該主機系統500a(步驟709的是)，且不耦接該外部電源500b(步驟702的否)，則該主機系統500a發出交握信號至該電力傳輸單元PD1，該電力傳輸單元PD1根據偵測結果回傳交握信號，以通知該主機系統500a提昇輸出至中介電子裝置60之電壓以提供該電子裝置60之電源，接著，同樣的，隨後進入方塊705，最後，進入方塊707。
需注意的是，由於該外部電源500b提供的電壓較該主機系統500a穩定，例如：電壓抖動(voltage ripple)較小，因此當該電力傳輸單元PD1偵知電力傳輸單元PD1同時耦接該主機系統500a及該外部電源500b時，該電力傳輸單元PD1選擇該外部電源500b作為該電子裝置64的電源。
在方塊707中，該第二電力傳輸單元PD2與該電子 裝置64進行交握，以轉換該電力傳輸單元PD1輸出之電壓至該電子裝置64所需之電壓。
第8圖係顯示第6圖之中介電子裝置操作之方塊流程圖。第8圖所示之流程圖係用來說明本發明中介電子裝置的第二種特性功能。第8圖與第7圖相同的步驟用相同的方塊數字標記，並不再贅述。
相較第7圖，明顯的，第8圖與第7圖之差別在於方塊809以及方塊811。要先說明的是，在新的電力傳輸規範中，當主機系統500a採用電池供電且電池電量不足而需要充電時，可向與主機系統500a相連的電子裝置(例如為第6圖之中介電子裝置60)詢問是否可提供電力。此一詢問過程稱為角色互換操作(Role Swap)。方塊809代表角色互換操作，如下所述，該電力傳輸單元PD1偵知電力傳輸單元PD1同時耦接至該主機系統500a及該外部電源500b，接著根據該主機系統500a發出的交握信號(handshake signal)判斷該主機系統500a是否需要該外部電源500b提供電壓作為該主機系統500a之電源。若“否”，則進行到方塊705。若“是”，則進行到方塊811。在方塊811中，該電力傳輸單元PD1可作為上游埠(upstream facing port)，以該外部電源500b之該第一電壓V1供電該主機系統500a，以提供該主機系統500a之電源。
第9圖係本發明之另一實施例，其顯示第6圖中之中介電子裝置為通用序列匯流排集線器(USB Hub)之示意圖。相較第6圖，第9圖之該USB Hub 60更包括直流-直流轉換器DC5以及直流-直流轉換器DC12。在本實施例中，外部電源500b可 提供20伏特之電壓。第9圖係用來清楚說明當該USB Hub 60執行角色交換操作時，其內部裝置之做動。
當該電力傳輸單元PD1根據該主機系統500a發出的交握信號測知該主機系統500a需要該外部電源500b提供電壓作為該主機系統500a之電源時，該電力傳輸單元PD1可以直接提供該外部電源500b之電壓20伏特至該主機系統500a，作為該主機系統500a的電源。除此之外，該電力傳輸單元PD1更可以提供5伏特的電壓(直流-直流轉換器DC5將20伏特轉換為5伏特)或是12伏特的電壓(直流-直流轉換器DC12將20伏特轉換為12伏特)至該主機系統500a。上述各種電壓值僅為示範之用，並非用來限制本發明之通用序列匯流排集線器。
第10圖係顯示根據本發明一實施例所述之電力傳輸單元PD1之內部電路架構示意圖。電力傳輸單元PD1包括一切換裝置SW1，一通訊單元101，一處理器102，一直流-直流轉換器103以及一電容C1。該直流-直流轉換器103係用來轉換接收到的電壓。以下將描述執行交握操作時，該電力傳輸單元PD1內部各電路之作動。
該處理器102偵測該第一電源埠p1及該第二電源埠p2是否與該主機系統500a及該外部電源500b相連。同時，該通訊單元101根據偵測結果回應主機系統所傳送的交握訊號。
具體來說，當該處理器102偵知該第一電源埠p1及該第二電源埠p2分別耦接至該主機系統500a及該外部電源500b時，該處理器102輸出一控制訊號CS控制該切換裝置SW1，使該切換裝置SW1輸出該外部電源500b提供之第一電壓 V1至直流-直流轉換器103，直流-直流轉換器103可以將轉換後的電壓對控制器62以及電子裝置64供電。同時，該通訊單元101根據偵測結果回應該交握訊號，以通知該主機系統500a不需提昇輸出至該第一電源埠p1的電壓。在一實施例中，該處理器102輸出該致能訊號Sd。
或者，當處理器102偵知僅該第一電源埠p1耦接至該主機系統500a，且該第二電源埠p2不耦接該外部電源500b時，該處理器102輸出該控制訊號CS控制該切換裝置SW1，使該切換裝置SW1輸出該主機系統500a提供之電壓。同時，該通訊單元101根據偵測結果回應該交握訊號，以通知該主機系統500a提昇輸出至該第一電源埠p1之電壓。在一實施例中，該處理器102輸出該致能訊號Sd。需注意的是，該致能訊號Sd不一定需由該處理器102發出，也可由直流-直流轉換器103的輸出提供，以上所述僅為示範之用，並非用來限制本發明。
除此之外，當該處理器102偵知該電力傳輸單元PD1同時耦接至該主機系統500a及該外部電源500b時，並且當該處理器102根據該主機系統500a發出的交握訊號得知該主機系統500a需要電力時，該處理器102發出該控制訊號CS控制該切換裝置SW1，使得該外部電源500b之該第一電壓V1提供至該主機系統500a，以作為該主機系統500a的電源；或者，該電力傳輸單元PD1也能將該直流-直流轉換器103轉換後之電壓經由路徑A透過該切換裝置SW1提供至該主機系統500a，以作為該主機系統500a之電源。
第11圖係顯示根據本發明一實施例之第二電力傳 輸單元之電路架構圖，並顯示與該中介電子裝置內其他電路的連接關係。該第二電力傳輸單元PD2包括：一第二通訊單元111、一第二處理器112、一直流-直流轉換器113、一第二切換裝置SW2以及一電容C2。
同時參照第6圖及第11圖，該第二通訊單元PD2與該電子裝置64進行交握，以得知該電子裝置64所需之電壓。該第二處理器112根據交握結果控制該直流-直流轉換器113，使該直流-直流轉換器113輸出該電子裝置64所需之電壓。
在本發明一實施例中，第6圖中之中介電子裝置60不與外部電源500b連接，而該電子裝置64為一具有電力傳輸單元(未繪示)之外部裝置，且該電子裝置64連接於該外部電源500b。該第二電力傳輸單元PD2與該電子裝置64之電力傳輸單元進行交握，當該中介電子裝置60電力不足時(例如該中介電子裝置60沒有連接至該外部電源500b或該主機系統500a無法提供足夠的電力時)，該中介電子裝置60經由該第二通訊單元111通知該電子裝置64之電力傳輸單元(例如通過交握訊號)該中介電子裝置60需要電源，此時該電子裝置64將該外部電源500b之電壓提供至該第二電力傳輸單元PD2，在一實施例中，該第二處理器112控制第二切換裝置SW2，以將接收到的外部電源500b之第一電壓V1提供至該中介電子裝置60。
第12圖係顯示根據本發明一實施例所述之中介電子系統耦接外部電源500b之示意圖。一種電子系統1100包括：一主機系統500a，一中介電子裝置1101以及一第二中介電子裝置1102。該中介電子裝置1101以及該第二中介電子裝置1102與 第6圖的該中介電子裝置60相同。該中介電子裝置1101包括：控制器(未圖示)、該電力傳輸單元PD1以及該第二電力傳輸單元PD2。由於該中介電子裝置1101與第6圖的中介電子裝置60相同，因此為了使圖式簡潔，在第12圖中僅顯示該電力傳輸單元PD1以及該第二電力傳輸單元PD2；同樣的，在第12圖中僅顯示該第二中介電子裝置1102之一第三電力傳輸單元PD3以及一第四電力傳輸單元PD4。以下分別對該中介電子裝置1101以及該第二中介電子裝置1102之該等電力傳輸單元之交互作動做更進一步的描述。
對中介電子裝置1101之該等電力傳輸單元來說，當電力傳輸單元PD1偵知該第一電源埠p1及該第二電源埠p2分別耦接至該主機系統500a及該外部電源500b時，該電力傳輸單元PD1選擇接收該外部電源500b提供之一第一電壓V1以提供該第二中介電子裝置1102之電源，並輸出致能信號Sd，以致能中介電子裝置1101之控制器。或者，當該電力傳輸單元PD1偵知僅該第一電源埠p1耦接至該主機系統500a且該第二電源埠p2不耦接該外部電源500b時，該電力傳輸單元PD1通知該主機系統500a，使該主機系統500a提昇輸出至該第一電源埠p1之電壓以提供該第二中介電子裝置1102之電源，並輸出該致能信號Sd，以致能該中介電子裝置1101之控制器。
對該第二中介電子裝置1102之該等電力傳輸單元來說，當該第三電力傳輸單元PD3偵知自身之一第三電源埠p3(未圖示)及一第四電源埠p4(未圖示)分別耦接至該中介電子裝置1101及該外部電源500b時，該第三電力傳輸單元PD3選 擇接收該外部電源500b提供之該第一電壓V1以提供耦接至該第二中介電子裝置1102之下游電子裝置(未繪示)之電源，並輸出一第二致能信號Sd2，以致能該第二中介電子裝置1102之一控制器(未圖示)。或者，當該第三電力傳輸單元PD3偵知僅該第三電源埠p3耦接至該中介電子裝置1101且該第四電源埠p4不耦接該外部電源500b時，該第三電力傳輸單元PD3通知該第二電力傳輸單元PD2，使該中介電子裝置1101提昇輸出至該第三電源埠p3之電壓以以提供耦接至該第二中介電子裝置1102之下游電子裝置(未繪示)之電源，且輸出該第二致能信號Sd2，以致能該第二中介電子裝置1102之一控制器(未圖示)。
回到第3圖，第3圖係顯示使用傳統電力傳輸規範的電子系統。由於該上游埠32僅能接收5伏特的電壓，因此，該通用序列匯流排集線器30需額外自備一條電線30a，以接收該外部電源500b作為該通用序列匯流排集線器30之電源。同樣的，該等下游埠34c及34d所連接的外部裝置36及38，也分別需要自備電線36a以及38b，來接收外部電源之電壓以作為外部裝置36及38的電源。如此一來，將使得整個電子系統使用過多的電線。因此，在本發明之一另一實施例中，該中介電子裝置1101及該第二中介電子裝置1102皆沒有連接至該外部電源500b，而該中介電子裝置1101及該第二中介電子裝置1102所需之工作電壓皆可由該主機系統500a提供。
本發明之另一實施例更揭露一種中介電子裝置的操作方法。同時對照第6圖，中介電子裝置的操作方法包括： 偵測中介電子裝置60與主機系統500a及外部電源500b之連接狀態。當偵知該中介電子裝置60同時耦接至該主機系統500a及該外部電源時500b時，接收該外部電源500a提供之第一電壓V1以提供該電子裝置64之電源且隨後輸出該致能訊號Sd至該控制器62。或者，當偵知該中介電子裝置60僅耦接主機系統500a而不耦接外部電源500b時，通知該主機系統500a提昇輸出至該中介電子裝置60之電壓以提供該電子裝置64之電源，且輸出致能訊號Sd。
基於以上所述，在本發明較佳實施例中，中介電子裝置係設計為可接收高電壓的USB電源，而不會因此而燒毀或損壞，甚至上述之中介電子裝置能改變傳統電子系統的供電方式，使得外部電源也能夠透過上述之中介電子裝置供電至主機系統。
本說明書中所提到的「一實施例」或「實施例」所提到的特定的特徵、結構或性質，可包括在本說明書的至少一實施例中。因此，在不同地方出現的語句「在一個實施例中」，可能不是都指同一個實施例。另外，此特定的特徵、結構或性質，也可以任何適合的方式與一個或一個以上的實施例結合。
本說明書所揭露之實施例，對於任何在本領域熟悉此技藝者，將很快可以理解上述之優點。在閱讀完說明書內容後，任何在本領域熟悉此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，可以廣義之方式作適當的更動和替換。因此，本說明書所揭露之實施例，是用以保護本發明之專利要求範圍，並非 用以限定本發明之範圍，此外，在不同實施例中，本發明可能會重複使用相同的索引標號和/或文字。使用這些索引標號和/或文字的目的是為了簡化和闡明本發明，但並非用以表示在不同實施例和/或所揭露之結構必須具有相同之特徵。
500a‧‧‧主機系統
500b‧‧‧外部電源
60‧‧‧中介電子裝置
p1‧‧‧第一電源埠
p2‧‧‧第二電源埠
PD1‧‧‧電力傳輸單元
PD2‧‧‧第二電力傳輸單元
62‧‧‧控制器
64‧‧‧電子裝置
Sd‧‧‧致能訊號
V1‧‧‧第一電壓

Claims (16)

  1. 一種中介電子裝置，用以耦接一主機系統以及一電子裝置，該中介電子裝置包括：一控制器，依一致能信號而啟動，用以處理該主機系統與該電子裝置之間的資料傳輸；以及一電力傳輸單元，設置於該主機系統與該控制器之間，用以偵測該電力傳輸單元是否耦接該主機系統或一外部電源；其中，當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元耦接該主機系統，而不耦接該外部電源時，該電力傳輸單元通知該主機系統提昇輸出至該中介電子裝置之電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之中介電子裝置，其中，當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元同時耦接該主機系統以及該外部電源時，該電力傳輸單元選擇接收該外部電源提供之一第一電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之中介電子裝置，其中，當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元同時耦接該主機系統及該外部電源，且該主機系統通知該電力傳輸單元該主機系統需要電源時，該電力傳輸單元更將該外部電源之一第一電壓提供至該主機系統，以作為該主機系統之電源。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之中介電子裝置，其中該電力傳輸單元更包括： 一第一電源埠，用以耦接該主機系統；一第二電源埠，用以耦接該外部電源；一切換裝置；一處理器；當該處理器偵知該第一電源埠及該第二電源埠分別耦接至該主機系統及該外部電源時，該處理器控制該切換裝置，使該切換裝置輸出該外部電源提供之一第一電壓；一通訊單元；當該處理器偵知該第一電源埠耦接至該主機系統且該第二電源埠不耦接該外部電源時，該通訊單元通知該主機系統提昇輸出至該第一電源埠之電壓；以及一直流-直流轉換器，將該切換裝置輸出之電壓轉換至該電子裝置所需之電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之中介電子裝置，更包括：一第二電力傳輸單元，耦接於該電力傳輸單元以及該電子裝置之間，以轉換該電力傳輸單元輸出之電壓至該電子裝置所需之電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之中介電子裝置，其中該第二電力傳輸單元更包括：一第二通訊單元，用以與該電子裝置通訊，以得知該電子裝置所需之電壓；一直流-直流轉換器，轉換該電力傳輸單元輸出之電壓至該電子裝置所需之電壓；以及一第二處理器，根據該第二通訊單元與該電子裝置之通訊 結果控制該直流-直流轉換器，使該直流-直流轉換器輸出該電子裝置所需之電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之中介電子裝置，其中該第二電力傳輸單元更包括：一第二切換裝置，當該電子裝置耦接該外部電源，且該中介電子裝置經由該第二通訊單元通知該電子裝置該中介電子裝置需要電源時，該第二處理器控制該第二切換裝置，以將該外部電源之一第一電壓提供至該中介電子裝置，以提供該中介電子裝置之電源。
  8. 一種中介電子裝置的操作方法，該中介電子裝置用以耦接一主機系統以及一電子裝置，包括：偵測該中介電子裝置與該主機系統及該外部電源之連接狀態；當偵知該中介電子裝置耦接該主機系統，而該中介電子裝置不耦接該外部電源時，通知該主機系統提昇輸出至該中介電子裝置之電壓以提供該電子裝置之電源；以及輸出一致能信號以致能該中介電子裝置的一控制器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之中介電子裝置的操作方法，更包括：當偵知該中介電子裝置同時耦接至該主機系統及該外部電源時，接收該外部電源提供之一第一電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之中介電子裝置的操作方法，更包括：當偵知該中介電子裝置同時耦接至該主機系統及該外部電 源時，更將該外部電源之一第一電壓提供至該主機系統，以作為該主機系統之電源。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之中介電子裝置的操作方法，其中該中介電子裝置包括一電力傳輸單元以及一第二電力傳輸單元，該電力傳輸單元用以偵測該電力傳輸單元是否耦接該主機系統或該外部電源，以及接收該主機系統提昇輸出之電壓，該第二電力傳輸單元用以於轉換該電力傳輸單元輸出之電壓至該電子裝置所需之電壓。
  12. 一種電子系統，包括：一主機系統；以及一中介電子裝置，用以耦接該主機系統至一電子裝置，其中該中介電子裝置更包括：一控制器，依一致能信號而啟動，用以處理該主機系統與該電子裝置之間的資料傳輸；以及一電力傳輸單元，設置於該主機系統與該控制器之間，用以偵測該電力傳輸單元是否耦接該主機系統或一外部電源；其中，當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元耦接至該主機系統，而不耦接該外部電源時，該電力傳輸單元通知該主機系統提昇輸出至該中介電子裝置之電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電子系統，當該電力傳輸單元偵知該電力傳輸單元同時耦接該主機系統以及該外部電源時，該電力傳輸單元選擇接收該外部電源提供之一第一 電壓以提供該電子裝置之電源，並輸出該致能信號。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之電子系統，其中，當該電力傳輸單元偵知中介電子裝置同時耦接至該主機系統及該外部電源，且該主機系統通知該電力傳輸單元該主機系統需要電源時，該電力傳輸單元更將該外部電源之一第一電壓提供至該主機系統，以作為該主機系統之電源。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之電子系統，其中該電子裝置係一第二中介電子裝置，用以耦接該中介裝置至一第二電子裝置，其中該第二中介電子裝置包括：一第二控制器，依一第二致能信號而啟動，用以處理該中介電子裝置與該第二電子裝置之間的資料傳輸；以及一第三電力傳輸單元，用以偵測該第三電力傳輸單元是否耦接該中介電子裝置或該外部電源；當該第三電力傳輸單元偵知該第三電力傳輸單元耦接該中介電子裝置，而不耦接該外部電源時，該第三電力傳輸單元通知一第二電力傳輸單元提昇由該中介電子裝置輸出至該第二中介電子裝置之電壓以提供該第二電子裝置之電源，並輸出該第二致能信號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電子系統，其中，當該第三電力傳輸單元偵知該第三電力傳輸單元同時耦接該中介電子裝置及該外部電源時，該第三電力傳輸單元選擇接收該外部電源提供之一第一電壓以提供該第二電子裝置之電源，並輸出該第二致能信號。
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