TWI569151B

TWI569151B - 通用串列匯流排之主動電纜總成及電力管理系統和方法

Info

Publication number: TWI569151B
Application number: TW103144780A
Authority: TW
Inventors: 羅伯特Ａ丹斯坦
Original assignee: 英特爾公司
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2017-02-01
Also published as: KR101914080B1; US20150212497A1; US10067545B2; KR20150090828A; CN104809092B; TW201531860A; CN104809092A

Description

通用串列匯流排之主動電纜總成及電力管理系統和方法

發明領域

本揭示案大體係關於主動電纜及電路機制。更具體而言，本揭示案描述主動電纜內之電路機制，其中電路機制將控制由主動電纜消耗的電流。

發明背景

一些電纜包括整合電子部件。此等電纜可被稱為「主動電纜」。整合電子部件可對跨主動電纜傳送的資料信號執行操作，其中資料信號可經饋送至連接至主動電纜的裝置。為使整合電子部件適當地起作用，功率經供應至主動電纜之整合電子部件。然而，諸如USB、雷電(Thunderbolt)、火線(Firewire)、DP、HDMI等的與主動電纜相關聯的標準可不包括用於主動電纜之功率的容差。

根據本發明之一實施例，係特地提出一種電纜總成，其包含：一電纜，其中電子部件整合於該電纜內；以及一電路，其位於該電纜內，其中該電路用以控制將藉由該電纜消耗的電流。

100‧‧‧系統

102‧‧‧第一裝置

104‧‧‧第二裝置

106‧‧‧電纜總成/電纜/主動電纜

108‧‧‧主處理器/CPU

110‧‧‧記憶體裝置

112‧‧‧系統匯流排

114‧‧‧輸入/輸出(I/O)裝置介面

116‧‧‧顯示器介面

118‧‧‧顯示裝置

120‧‧‧儲存裝置

200‧‧‧系統

202‧‧‧內部功率線

206‧‧‧裝置功率線

208‧‧‧電路

210‧‧‧電壓比較器

212‧‧‧資料信號

214、220A、220B‧‧‧電源

216‧‧‧功率槽

302~306、402、404‧‧‧方塊

圖1為系統的方塊圖，該系統包括經由電纜總成連接至第二裝置的第一裝置。

圖2為包括圖1之電纜總成的系統之第一實施例的方塊圖。

圖3為包括圖1之電纜總成的系統之第二實施例的方塊圖。

圖4為用於主動電纜內之電路機制的示意圖的方塊圖。

相同編號在全部揭示內容及圖式中用來參考類似部件及特徵。100系列中之編號代表最初見於圖1中的特徵；200系列中之編號代表最初見於圖2中的特徵；等等。

較佳實施例之詳細說明

通用串列匯流排(USB)C型連接器包括意欲供電主動電纜之接腳。然而，USB功率分佈基礎建設不允許至主動電纜的功率。換言之，根據USB標準之功率分佈不允許用於主動電纜之功率。此外，諸如行動電話及平板電腦的許多小裝置簡單地無法供電主動電纜。當小裝置之電池低時，問題甚至更嚴重。因此，主動電纜將控制由主動電纜消耗的電流。

本揭示案大體涉及電纜總成，該電纜總成體現用以控制由主動電纜消耗的電流之電路機制。電纜總成可包括整合電子部件，該等整合電子部件由電路機制供電。電纜總成可將由主動電纜消耗的電流控制至多個位準。在實施例中，主動電纜中的電流可為兩個位準之一。電路機制可包括電壓比較器，該電壓比較器控制邏輯以選擇由主動電纜消耗的最大量之功率。在一些實施例中，電纜總成可連接至第一裝置及第二裝置，以經由整合電子部件在該等裝置之間提供資料信號。在無至電纜及/或電纜中的額外導線之每一末端的獨立通訊路徑的情況下控制由主動電纜消耗的功率。此外，本技術可明確利用所定義的USB C型連接器及主動電纜在附接至USB C型連接器時的電源。此外，在實施例中，USB裝置及主動電纜可在無複雜訊息交換的情況下獲得功率。

圖1為系統100的方塊圖，該系統包括經由電纜總成106連接至第二裝置104的第一裝置102。電纜總成106可包括整合在電纜總成106內的電子部件(未示出)。電纜總成106可為根據若干標準的主動電纜，該等若干標準包括但不限於USB、雷電、火線、顯示埠(DP)、高畫質多媒體介面(HDMI)。此外，第一裝置102及第二裝置104可包括根據任何標準的連接器，該任何標準包括但不限於USB、雷電、火線、DP及HDMI。因此，本技術可應用於用以連接裝置與根據任何標準之連接的電纜總成。例如，電纜總成可與USB至HDMI連接、USB至DP連接、USB至雷電連接等一起使用。

例如，USB標準可為任何USB標準，諸如在2013年7月26日發佈的USB 3.1規範，其中包括2014年8月11日的 USB C型電纜及連接器規範修訂版1.0。此外，雷電標準可根據任何雷電規範。火線標準可根據任何火線規範，諸如由IEEE在2009年3月9日形成的電機電子工程師學會(IEEE)P1394d規範。另外，顯示埠標準可為任何顯示埠標準，諸如根據在2014年9月15日發佈的顯示埠版本1.3。HDMI標準可根據任何HDMI規範，諸如2013年9月4日發佈的HDMI規範版本2.0。

電纜總成106亦可包括裝置功率線或導線(未示出)，該裝置功率線或導線整合在電纜總成106內以進一步促進功率自第一裝置102至第二裝置104的流動。電纜總成106亦可包括內部功率線，該內部功率線經組配來將功率提供至電纜106之整合電子部件。在實施例中，由主動電纜消耗的電流在兩個位準之一處，該兩個位準可涉及高位準及低位準。在實施例中，高電流位準代表啟用電纜106之完全功能的電流之位準，而低電流位準代表最小邏輯在起作用的電流之位準。本文關於圖2進一步更詳細地描述電纜總成106。

電纜總成106可經組配來將資料信號自第一裝置102提供至第二裝置104。在一些狀況下，裝置功率線經組配來將功率自第一裝置102提供至第二裝置104。第一裝置102可為主機計算裝置，例如，膝上型電腦、桌上型電腦、平板電腦、行動裝置、伺服器或行動電話等。第一裝置102可包括適於執行所儲存指令的主處理器108，以及儲存可由主處理器108執行之指令的記憶體裝置110。主處理器108可為單核心處理器、多核心處理器、計算聚集或任何數目之其他組態。主處理器108可經實施為複雜指令集電腦(CISC)或精簡指令集電腦(RISC)處理器、x86指令集相容的處理器、多核心或任何其他微處理器或中央處理單元(CPU)。在一些實施例中，主處理器108包括雙核心處理器、雙核心行動處理器等。記憶體裝置110可包括隨機存取記憶體(例如，SRAM、DRAM、零電容RAM、SONOS、eDRAM、EDO RAM、DDR RAM、RRAM、PRAM等)、唯讀記憶體(例如，遮罩ROM、PROM、EPROM、EEPROM等)、快閃記憶體或任何其他適合的記憶體系統。

主處理器108可經由系統匯流排112(例如，PCI、ISA、PCI-Express、HyperTransport®、新總線(NuBus)等)連接至輸入/輸出(I/O)裝置介面114。在一些狀況下，I/O裝置介面114適於經由電纜總成106將第一裝置102連接至第二裝置104。第二裝置104可為周邊裝置，且可包括例如鍵盤及指向裝置，其中指向裝置可包括觸控板或觸控螢幕、諸如攝影機、媒體播放器、印表機等的周邊裝置。此外，第二裝置亦可為膝上型電腦、桌上型電腦、平板電腦、行動裝置、伺服器或行動電話等。

主處理器108經由系統匯流排112鏈接至顯示器介面116，該顯示介面適於將第一裝置102連接至顯示裝置118。顯示裝置118可包括顯示螢幕，該顯示螢幕為第一裝置102之內建式部件。顯示裝置118亦可包括外部連接至第一裝置102的電腦監視器、電視或投影機等。此外，顯示裝置可整合至第一裝置102中。例如，顯示裝置118可為觸控螢幕。

第一裝置102亦包括儲存裝置120。儲存裝置120可包括實體記憶體，諸如硬驅動機、光學驅動機、快閃驅動機、驅動機陣列或上述各者之任何組合。儲存裝置120亦可包括經由網路存取的遠端儲存驅動機。因此，第一裝置102可包括網路介面卡(NIC)，該網路介面卡允許第一裝置存取網路，諸如，專用網絡或網際網路。

圖1之方塊圖並非意欲指示第一裝置100將包括圖1中所示的所有部件。相反，第一裝置100可包括較少部件或圖1中未例示的額外部件(例如，感測器、功率管理積體電路、額外網路介面等)。第一裝置100可包括圖1中未示出的任何數目之額外部件，取決於特定實施方案之細節。此外，CPU 108之任何功能可部分或完全實施於硬體中及/或處理器中。例如，功能可使用特定應用積體電路、在實施於處理器中的邏輯中、在實施於專用圖形處理單元中的邏輯中或在任何其他裝置中加以實施。此外，第二裝置104可包括與第一裝置102類似的部件。

圖2為包括圖1之電纜總成106的系統200的方塊圖。相同編號如關於圖1所述。電纜總成106包括內部功率線202、整合電子部件204、裝置功率線206、電路208及電壓比較器210。

內部功率線202可自電源220A或電源220B接收該內部功率線之功率，取決於裝置之組態。第一裝置102及第二裝置104中每一個可包括隔離機制以減少自第二裝置104反向供電第一裝置102，且反之亦然。

電路208可與內部功率線202耦接以將由內部功率線202消耗的電流或電壓之量控制至特定位準。電路可將電流或電壓控制至多個位準。例如，電流位準可為高電流位準或低電流位準。主動電纜之電流位準之變化導致功率位準之變化。當與低功率位準相比時，高電流位準導致可利用於主動電纜的較高量之功率。內部功率線202將在高電流位準處以完全功能操作。當與高功率位準相比時，低功率位準導致可利用於主動電纜的較低量之功率。因此，主動電纜將操作，使得消耗最小量之功率。因此，在低電流位準處，主動電纜可以最小功能操作。例如，僅介面電子學可在低電流位準處獲供電。在實施例中，電流可在低電流位準處減少至可用的非零電流。此外，在一或多個實施例中，電路208可與通用串列匯流排(USB)C型連接器中的連接器電壓(Vconn)接腳耦接。當Vconn大於在裝置處所允許的最小電壓時，此組態可允許主動電纜106操作。最小電壓可為根據USB標準的Vbus上所允許的最小功率。例如，Vbus上所允許的最小電壓可為4伏特(V)。當電壓下降至4V以下時，電路機制控制使主動電纜的電流轉至低安全位準的邏輯。低安全位準可為近似20mA。在一些狀況下，電壓比較器210可選擇允許主動電纜消耗的最大功率。在實施例中，可基於由電壓比較器選擇的最大功率來調整電流。

資料信號可在第一裝置102至第二裝置104之間傳播。整合電子部件204可包括驅動機以藉由例如再成形及重定時信號來保留資料信號212之完整性。在一些狀況下，電纜總成106可足夠長，使得資料信號212可變得降級，且可因此丟失資料信號完整性。在實施例中，整合電子部件204可對資料信號212執行操作。操作可包括緩衝資料信號212、再成形資料信號212、重定時資料信號212等之任何組合。例如，由電路208提供的功率可提供功率至整合電子部件204中的驅動機，以在可將資料信號212發送至第一裝置102及第二裝置104之前再成形且重定時資料信號212。

在一或多個實施例中，整合電子部件204可包括轉換電子學，以將資料信號212自一格式轉換成另一格式。例如，光信號可比電信號傳播更長的距離。整合電子部件204可包括光電子裝置，該光電子裝置經組配來將資料信號212自電子資料信號轉換成光資料信號。

在一或多個實施例中，電纜總成106可包括與電路208相關聯的磁滯值及與電路208相關聯的計時器(例如，~1秒)。磁滯值可包括充分值(例如，0.5V)。電路機制亦可包括再試計數極限，該再試計數極限可防止電路機制振盪。可將機制及相關聯邏輯整合至電纜總成106之主動電子學中。

圖3為用於主動電纜內的電路機制之方法的過程流程圖。如先前所論述，主動電纜可包括在內部供應功率至主動電纜的電路機制。在一或多個實施例中，電路機制可附接至USB C型連接器之Vconn接腳，以允許主動電纜以由連接至主動電纜的裝置所允許的最小功率(例如，Vbus)操作。在方塊302處，判定Vconn是否大於最小功率，例如，4V。若Vconn大於4V，則在方塊304處，主動電纜電子可以高位準電流供電。在實例中，高位準電流為約300mA。若Vconn不大於4V，則在方塊306處，主動電纜將以低電流位準操作，使得最小介面電子被供電。低電流位準可為例如20mA。

圖4為用以經由電路機制供應功率至電纜總成之方法的方塊圖。習知電纜總成可自外部源接收功率供應。然而，電纜總成控制由主動電纜消耗的電流可為有利的。在方塊402處，可經由電纜總成及裝置功率線將第一裝置通訊地耦接至第二裝置。在方塊404處，電纜總成可經由電路機制控制由主動電纜消耗的電流，其中電路機制位於電纜總成內部。裝置功率線可在第一裝置與第二裝置之間供應功率。因此，提供至電纜總成的功率之供應及提供至裝置的功率之供應可體現分開的電源。

實例1

本文描述電纜總成。電纜總成中包含電纜。電子部件整合於電纜內。電路位於電纜內，其中電路控制由電纜消耗的電流。

電路可與通用串列匯流排(USB)C型連接器之連接器電壓(VConn)接腳耦接。電路可將供應至電纜的功率之位準控制至高位準或低位準。電路可包括電壓比較器，該電壓比較器用以控制邏輯以選擇電纜將消耗的最大功率。高位準功率可允許電纜提供完全功能。低位準功率可允許供電至電纜之最小電子介面。電纜可為主動電纜。由電纜消耗的電流可為在300毫安培的高位準電流。由電纜消耗的電流可為在20毫安培的低位準電流。電纜可在第一裝置與第二裝置之間傳輸資料信號，且其中電子部件對資料信號執行操作。電路可藉由提供最大功率位準或最小功率位準來控制供應至電纜的功率之位準。電路可允許電纜以大於4伏特(V)的連接器電壓操作。當連接器電壓小於4伏特(V)時，電路可允許電纜以安全位準操作。電壓比較器可控制允許電纜消耗最大功率所在的邏輯。電路可包括計時器。

實例2

本文描述系統。系統包含第一裝置，該第一裝置經由電纜總成通訊地耦接至第二裝置，其中資料信號將在第一裝置與第二裝置之間傳輸。系統亦包含電路，其中該電路為電纜總成之部件，且電路將電纜總成內的電流控制在高位準處或低位準處。

電路可與通用串列匯流排(USB)C型連接器之連接器電壓(VConn)接腳耦接。電壓比較器與電路耦接，且電壓比較器用以控制邏輯以選擇電纜將消耗的最大功率。可在無任何額外導線的情況下控制電纜總成中之電流。電壓比較器可與USB(通用串列匯流排)C型連接器之連接器電壓(Vconn)接腳耦接。電纜總成可在第一裝置與第二裝置之間提供資料信號。第一裝置可包括電源以經由裝置功率線提供功率至第二裝置。電纜可包括整合電子部件，該等整合電子部件用以保留資料信號之完整性。電纜可包括整合電子部件，該等整合電子部件用以緩衝資料信號。提供至電纜總成的功率可不依賴於提供至裝置功率線的功率。

實例3

本文描述方法。方法包含經由電纜總成將第一裝置耦接至第二裝置，其中電纜總成包含裝置功率線。方法亦包含經由電路控制由電纜總成消耗的電流，其中電路位於電纜總成內。

允許電纜總成消耗的最大量之功率可經由電壓比較器控制。當達到電纜之可允許最小量之功率時，可控制電路之邏輯。電路可附接至連接器電壓(VConn)接腳。功率可經由裝置功率線提供至第二裝置，其中裝置功率線耦接至第一裝置之電源，且與電纜總成隔離。再試計數極限可用以防止電路振盪。

實例4

本文描述設備。設備包含電纜，其中電子部件整合於電纜內。設備亦包含用以控制由電纜消耗的電流的構件。

用以控制電流的構件可與通用串列匯流排(USB)C型連接器之連接器電壓(VConn)接腳耦接。用以控制電流的構件可將供應至電纜的功率之位準控制至高位準或低位準。另外，用以控制電流的構件可包括電壓比較器，該電壓比較器用以控制邏輯以選擇電纜將消耗的最大功率。高位準功率可允許電纜提供完全功能。低位準功率可允許供電至電纜之最小電子介面。電纜可為主動電纜。由電纜消耗的電流可為在300毫安培的高位準電流。由電纜消耗的電流可為在20毫安培的低位準電流。電纜可在第一裝置與第二裝置之間傳輸資料信號，且其中電子部件對資料信號執行操作。用以控制電流的構件可藉由提供最大功率位準或最小功率位準來控制供應至電纜的功率之位準。另外，用以控制電流的構件可允許電纜以大於4伏特(V)的連接器電壓操作。當連接器電壓小於4伏特(V)時，用以控制電流的構件可允許電纜以安全位準操作。電壓比較器可控制電纜可消耗最大功率所在的邏輯。用以控制電流的構件可包括計時器。

一實施例為一實施方案或實例。在說明書中對「一實施例」、「一個實施例」、「一些實施例」、「各種實施例」或「其他實施例」之引用意味著關於實施例所述的特定特徵、結構或特性包括於本技術之至少一些實施例而並非必然所有實施例中。「一實施例」、「一個實施例」或「一些實施例」之各種出現未必全部涉及相同實施例。

並非本文描述且例示的所有部件、特徵、結構、特性等必須包括於一特定實施例或多個實施例中。若說明書陳述部件、特徵、結構或特性「可」「可能」或「能夠」被包括，則例如該特定部件、特徵、結構或特性不需要被包括。若說明書或申請專利範圍涉及「一」或「一個」元件，則並非意味僅存在一個該元件。若說明書或申請專利範圍涉及「一額外」元件，則不排除存在多於一個該額外元件。

應注意，儘管已關於特定實施方案描述一些實施例，但是其他實施方案根據一些實施例為可能的。另外，圖式中所示及/或本文所述的電路元件或其他特徵之佈置及/或次序不必以所示及所述的特定方式佈置。許多其他佈置根據一些實施例為可能的。

在圖中所示的每一系統中，元件在一些狀況下可各自具有相同元件符號或不同元件符號，以表明所代表的元件可為不同的及/或類似的。然而，元件可為足夠靈活的，以便具有不同實施方案且與本文所示或所述的系統中之一些或全部一起工作。圖中所示的各種元件可為相同或不同的。哪一者被稱為第一元件及哪一者稱為第二元件為任意的。

將理解，以上提及的實例中之詳情可在任何地方用於一或多個實施例中。例如，亦可關於本文所述的方法或電腦可讀媒體中任一者來實施以上所述的計算裝置之所有選擇性特徵。此外，儘管流程圖及/或狀態圖可已在本文用來描述實施例，但是技術不限於該等圖表或本文中對應的描述。例如，流程不必穿過每一所示的方框或狀態或以與本文所示及所述的完全相同的次序。

本技術不限於本文所列表的特定細節。實際上，受益於本公開內容的熟習此項技術者將瞭解，可在本技術之範疇內進行來自前述描述及圖式的許多其他變化。因此，以下申請專利範圍包括對申請專利範圍的任何修正，該等修正定義本技術之範疇。