TWI578147B - 電子系統的電源功耗控制方法以及相關的電子系統 - Google Patents

電子系統的電源功耗控制方法以及相關的電子系統 Download PDF

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Description

電子系統的電源功耗控制方法以及相關的電子系統
本發明係有關一種電子系統的電源功耗控制方法以及電子系統，尤指一種利用偵測功耗變化而選擇性地不開啟未使用連接埠的電源以控制電源功耗的方法以及相關的電子系統。
為了增加電子系統的擴充性，一般電子系統通常配備有多個擴充裝置的連接埠，例如目前常見的USB連接埠，以連接外接的擴充裝置。當擴充裝置連接上電子系統的連接埠時，在經過必要的確認程序後，使電子系統能辨識出該擴充裝置(例如隨身碟、外接硬碟、光碟機、多媒體裝置...等)並進而提供該擴充裝置功能及電力等連線。
在針對某些特定外接裝置進行特定的功能(例如電子系統中的USB充電電路對該特定外接裝置的內建充電電池充電)時，充電電路必須先判斷其中一連接埠是否有該特定外接裝置連接。而為了使充電電路得知某個連接埠有外接裝置連接，進而啟動相對應的特定功能(電子系統內的充電電路對該外接裝置充電的功能)，且在該連接埠的外接裝置移除斷線時，中止相對應的功能，通常電子系統需要加上特定的偵測機制，才能準確判斷任何一個連接埠是否有插入外接裝置。對於目前常見的連接埠標準而言，這些標準皆制訂了連接介面中每一個連接端點(pin)的用途及相對位置，因此一般而言皆須直接修改連接介面的連接接點，或是在這些連接點之外，另外加上專用的硬體線路結構，才能使電子系統具有偵測外接裝置連接的偵測機制。然而，改變硬體線路結構會增加整個硬體設計上的成本以及設計上的複雜度。
為了在不增加硬體設計成本及複雜度上，使系統能得知外接裝置的連接而進行相對應的動作，本發明提供一種電子系統的電源功耗控制的方法，該電子系統具有複數個連接埠，用來連接一或多個外接裝置，該方法包含使用該電子系統的一控制單元來執行下列步驟：取得該電子系統的平均功耗；當偵測到該電子系統的平均功耗的變化量大於一預設值時，檢查該複數個連接埠的功耗；當檢查出該複數個連接埠其中一連接埠的功耗的增加量大於該預設值時，對該連接埠供電；以及當檢查出該連接埠的功耗的減少量大於該預設值時，關閉該連接埠。
基於上述方法，本發明提供了一種電子系統，其包含有複數個連接埠、一電源供應端以及一控制單元。該複數個連接埠用來連接一或多個外接裝置。該電源供應端分別電連接於該複數個連接埠，用來對該複數個連接埠供電。該控制單元分別電連接於該電源供應端以及該複數個連接埠，用來從該電源供應端取得該電子系統的平均功耗；用來於偵測到該電子系統的平均功耗的變化量大於一預設值時，檢查各連接埠的功耗；用來於檢查出其中一連接埠的功耗的增加量大於該預設值時，控制該電源供應端對該連接埠供電；以及用來於檢查出該連接埠的功耗的減少量大於該預設值時，關閉該連接埠。
本發明不需在連接埠另外增加硬體的偵測線路，而可透過軟體或韌體的層面，以監控系統的平均功耗的變化來判斷是否有外接裝置連接上連接埠，如此可有效降低系統於省電狀態下的功耗，延長電池的使用時間。
請參考第1圖，第1圖為本發明的一電子系統10可外接一外接裝置20的示意圖。電子系統10可為如個人電腦、筆記型電腦、伺服器、行動裝置、多媒體裝置...等裝置，其具有多個連接埠11、12、13，可用來連接一或多個外接裝置20，使電子系統10經由外接裝置20具有擴充的功能。多個連接埠11、12、13可以是符合通用序列埠匯流排(universal serial bus,USB)標準、IEEE 1394標準、外部擴展型序列ATA(external serial advanced technology attachment,eSATA)標準...等常用的外接連接埠，且彼此之間可分別具有不同的標準或相同的標準。外接裝置20可為隨身碟、外接硬碟、光碟機、多媒體裝置...等裝置。由於部分的外接裝置20為可攜式行動裝置，因此內建有充電電池模組(圖未顯示)，可供外接裝置20在非連接於電子系統10時仍可經由充電電池模組供電使用。因此這些具有充電電池模組的外接裝置20在連接上電子系統10，會由電子系統10對外接裝置20的充電電池模組充電。
電子系統10另具有一電源供應端15，分別電連接於連接埠11、12、13，以對這些連接埠11、12、13提供連線及/或充電的必要電力。當連接埠11、12、13其中之一開啟、連接上外接裝置20及/或外接裝置20經由其中一連接埠充電時，電源供應端15會提供電力並且因而產生連續變化的系統功耗反應。其中電源供應端15可為電子系統10本身的充電電池或外接於交流電源的電源供應器。
電子系統10另具有一控制單元14以及一充電電路16，其中控制單元14分別電連接於電源供應端15以及複數個連接埠11、12、13，充電電路16電連接於電源供應端15、控制單元14以及其中一或多個連接埠11、12、13(在第1圖的實施例中則僅連接於連接埠13，但不以此為限)。其中控制單元14可為個人電腦中的南橋晶片(south bridge)、處理器等，或筆記型電腦等可攜式裝置中的內嵌控制器(embedded controller,EC)。因此控制單元14可由電源供應端15取得電子系統10的平均功耗(或各裝置元件的個別功耗)，以及控制連接埠11、12、13的開啟或關閉等功能。
本發明設計的基礎即是在於控制單元14處於可運作狀態(workable)時，由控制單元14對電子系統10的電源功耗進行有效率的控制，降低電子系統10中不必要的元件或連接埠的電源功耗，延長電子系統10的電池使用時間(當電子系統10使用充電電池作為電源供應來源時)。
請參考第2圖，第2圖為本發明所揭露的電子系統10的電源功耗控制方法100的流程示意圖，其步驟如下：
步驟102：電子系統10進入一特定電源控制模式，該特定電源控制模式具有穩定的平均功耗，且控制單元14處於運作狀態；
步驟104：控制單元14取得電子系統10的平均功耗；
步驟106：偵測電子系統10的平均功耗的變化量，並判斷平均功耗的變化量是否大於一預設值；
步驟108：當偵測到電子系統10的平均功耗變化量大於該預設值時，檢查連接埠11、12、13的功耗，並判斷其中一連接埠13功耗變化量(且為增加的變化量)大於該預設值，判定連接埠13有外接裝置20插入，並對連接埠13供電；
步驟110：當連接埠13的功耗變化量(且為減少的變化量)大於該預設值時，判定連接埠13的外接裝置20移除，關閉連接埠13。
一般需要考慮降低電子系統10的功耗通常是在電子系統10處於省電狀態，且需要透過方法以延長充電電池的使用時間，因此在步驟102中，當電子系統10進入一特定電源控制模式時，會具有穩定的平均功耗。其中該特定電源控制模式可為符合進階組態與電源介面(Advanced Configuration and Power Interface,ACPI)規範中的睡眠模式(Sleep/S3 mode)、休眠模式(hibernate/S4 mode)或關機模式(power off/S5 mode)，在這些符合某特定規範的電源控制模式(或除了上述以外的其他電源控制模式)下，電子系統10關閉內部大部分的元件，僅依據不同的模式而維持少部分元件仍供電運作。例如在ACPI的S3睡眠模式中，系統運作的所有暫存資料記錄於隨機存取記憶體中，此時系統仍供電給記憶體、控制單元14、連接埠11、12、13等，其他元件則多關閉。在S4休眠模式中則將暫存資料自隨機存取記憶體搬移儲存至硬碟，由於硬碟不需電力來維持資料，因此在S4休眠模式下可以進一步停止對記憶體供電，但維持對控制單元14(以及少數因應特殊需求的裝置，例如某些外接裝置的連接埠)供電運作。而在S5關機模式下，則僅對控制單元14供電，其他所有元件皆停止供電。
在這些電源控制模式下的電子系統10會保持平穩的耗電狀態，因此電源供應端15會具有穩定的平均功耗。除了前述常見的ACPI電源控制模式外，亦可在其他未列舉出來的電源模式下使用本方法，甚至在步驟102中，電子系統10也不必然需在某一特定的電源控制模式下才能執行。換句話說，在一般使用模式下，只要電子系統10具有穩定的平均功耗，且控制單元14處於運作狀態皆可使用本發明的方法。
而不論是上述特定的電源控制模式，或一般使用模式，其中某一或多個連接埠11、12、13皆可能因為其中某電源控制模式的規範，或特殊的需求而處於開啟的狀態，以供隨時連接一外接裝置20時讓外接裝置20能順利運作。而當某些連接埠11、12、13沒有連接上外接裝置20，可先行將之予以關閉以節省系統的電源功耗。
因此當在步驟102中電子系統10具有穩定的平均功耗狀態下，接著在步驟104中，控制單元14由電源供應端15處取得電子系統10的平均功耗，並在步驟106中，偵測電子系統10的平均功耗的變化量來判斷是否有外接裝置20的連接或移除，而具體的方式是判斷電子系統10的平均功耗的變化量是否大於一預設值。例如當外接裝置20連接於連接埠13時，即使電子系統10並未與外接裝置20進行任何資料傳輸或充電的動作，外接裝置20仍會在連接埠13產生一定的電源功耗。因此在步驟106中，該預設值可為外接裝置20連接於連接埠13時所產生之最低功耗值。
例如當連接埠13開啟供電但未連接任何外接裝置20時，連接埠13仍會消耗1毫瓦特(mW)的功耗。而當外接裝置20連接於連接埠13時，連接埠13會消耗至少11毫瓦特功耗，因此在步驟106中的該預設值若設定為9毫瓦特，則當外接裝置20連接於連接埠13時，控制單元14偵測到電子系統10的平均功耗變化量會大於該預設值，因此判斷為電子系統10有外接裝置20接入。
接著在步驟108中，控制單元14檢查判斷出是其中連接埠13的功耗變化量大於該預設值，且為增加的變化量。此處控制單元14可以用輪詢(polling)或其他可能的方式檢查複數個連接埠11、12、13的功耗並得出是連接埠13造成電子系統10的平均功耗上升，因此判定是連接埠13有外接裝置20連接，接著開啟連接埠13對連接埠13供電。在實務上，當控制單元14以輪詢的方式檢查到連接埠13時，此時連接埠13即已具有「打開並接受供電」的狀態，因此當確認連接埠13有外接裝置20連接時，即保持對連接埠13供電的狀態。而其他並未有外接裝置連接的連接埠11、12則僅在輪詢過程中短暫被打開供電接受檢查，並不保持連續的供電狀態，因此對連接埠11、12而言，視為維持關閉狀態，如此一來，將未使用的元件或連接埠(以及用來對這些連接埠充電的充電電路)關閉，可以有效節省電子系統10的整體平均功耗，延長電子系統10的充電電池的使用時間。
在電子系統10中的連接埠13有外接裝置20連接的狀態下，當外接裝置20自連接埠13移除時，電子系統10的平均功耗的變化量(且為減少的變化量)會大於該預設值，因此控制電路14由偵測電子系統10的平均功耗的變化即可判斷外接裝置20已移除，並進而關閉連接埠13，以節省電子系統10的整體平均功耗，延長電子系統10的充電電池的使用時間。
請參考第3圖，第3圖為電源功耗控制方法100中對外接裝置充電方法200的流程示意圖。當在步驟108中打開連接有外接裝置20的連接埠13後，本發明可進一步啟動對外接裝置20的特定功能，例如當外接裝置20為一具有內建充電電池的可攜式裝置時，可進一步啟動充電電路16以對外接裝置20充電。其中對外接裝置充電方法200的步驟如下：
步驟202：當連接埠13有外接裝置20插入，且開啟連接埠13對連接埠13供電時，偵測外接裝置20是否有充電電池；
步驟204：由充電電路16對外接裝置20充電，並由電子系統10的平均功耗的變化量判斷外接裝置20是否充電完成；
步驟206：關閉充電電路16。
如步驟202所描述，對外接裝置20的充電電池進一步充電是在前述電源功耗控制方法100中的步驟108成立的條件下，偵測外接裝置20是否具有充電電池，其具體實施方式可以由控制單元14控制充電電路16對外接裝置20提供充電電壓，並偵測電子系統10的平均功耗狀態，由電子系統10的平均功耗變化來判斷外接裝置20是否有充電電池。當外接裝置20具有充電電池時，接著進行步驟204，由控制單元14控制充電電路16維持對外接裝置20提供充電電壓，以對連接於連接埠13的外接裝置20充電，此時亦由電子系統10的平均功耗增加的變化量來判斷充電的程序是否完成。
例如當外接裝置20連接於連接埠13時(如步驟106、108)，電子系統10的平均功耗的增加量由1毫瓦特(mW)增加為11毫瓦特(mW)而超過該預設值(如前所述的9毫瓦特)，接著當充電電路16提供充電電壓以進一步對外接裝置20充電時，由電子系統10的平均功耗的增加量增加為100毫瓦特(mW)，即平均功耗增加的變化量由原先的大於該預設值增加到大於一充電功耗值(例如50毫瓦特)，即可得知外接裝置20具有充電電池且繼續對該充電電池充電。當外接裝置20的充電程序完成時，電子系統10不再對外接裝置20的充電電池充電，外接裝置20消耗的功耗會下降，使電子系統10的平均功耗的減少量超過該充電功耗值，(亦即平均功耗變化量由100毫瓦特(mW)減少到11毫瓦特(mW))，此時控制單元14即判斷外接裝置20的充電程序完成，因此在步驟206中關閉充電電路16，以節省電子系統的耗電。
前述對外接裝置充電方法200非為本發明的必要步驟，亦即在不需要針對每個連接埠另外修改硬體線路的前提下，電源功耗控制方法100著重在藉由偵測電子系統10的平均功耗的變化來判定是否有外接裝置連接(以及連接於哪一個連接埠)，並進而開啟該連接埠對該連接埠供電，使連接於該連接埠的外接裝置可以運作，至於是否對該外接裝置充電則為其中一個選擇性的選項，亦可不進行充電、或開啟電子系統10其他的元件而使用該外接裝置的功能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．電子系統
11、12、13．．．連接埠
14．．．控制單元
15．．．電源供應端
16．．．充電電路
20．．．外接裝置
100．．．電源功耗控制方法
102～110、202~206．．．步驟
200．．．對外接裝置充電方法
第1圖為本發明的一電子系統可外接一外接裝置的示意圖。
第2圖為本發明所揭露的電源功耗控制方法的流程示意圖。
第3圖為電源功耗控制方法中對外接裝置充電方法的流程示意圖。
100．．．電源功耗控制方法
102～110．．．步驟

Claims (16)

  1. 一種一電子系統的電源功耗控制的方法，該電子系統具有複數個連接埠，用來連接一或多個外接裝置，該方法包含使用該電子系統的一控制單元來執行下列步驟：取得該電子系統的平均功耗；當偵測到該電子系統的平均功耗的變化量大於一預設值時，檢查該複數個連接埠的功耗；當檢查出該複數個連接埠其中一連接埠的功耗的增加量大於該預設值時，對該連接埠供電；以及當檢查出該連接埠的功耗的減少量大於該預設值時，關閉該連接埠。
  2. 如請求項1所述的方法，其中取得該電子系統的平均功耗包含步驟：該控制單元於該電子系統進入一特定電源控制模式而具有穩定的平均功耗時取得該電子系統的平均功耗。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該特定電源控制模式為符合進階組態與電源介面(Advanced Configuration and Power Interface,ACPI)規範中的睡眠模式(Sleep/S3 mode)、休眠模式(hibernate/S4 mode)或關機模式(power off/S5 mode)，且該控制單元設置於運作狀態。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該控制單元係從該電子系統的電源供應端取得該電子系統的平均功耗。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該控制單元係以輪詢(polling)的方式檢查該複數個連接埠的功耗。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該預設值為一外接裝置連接於該連接埠運作時之最低功耗值。
  7. 如請求項1所述的方法，另包含步驟：於對該連接埠供電時，啟動一充電電路對連接於該連接埠的一外接裝置充電，其中該電子系統的平均功耗的增加量由大於該預設值增加到大於一充電功耗值。
  8. 如請求項7所述的方法，另包含步驟：當該電子系統的平均功耗的減少量大於該充電功耗值時，該充電電路停止對連接於該連接埠的該外接裝置充電，並關閉該充電電路。
  9. 一種電子系統，其包含有：複數個連接埠，用來連接一或多個外接裝置；一電源供應端，分別電連接於該複數個連接埠，用來對該複數個連接埠供電；以及一控制單元，分別電連接於該電源供應端以及該複數個連接埠，用來從該電源供應端取得該電子系統的平均功耗；用來於偵測到該電子系統的平均功耗的變化量大於一預設值時，檢查各連接埠的功耗；用來於檢查出其中一連接埠的功耗的增加量大於該預設值時，控制該電源供應端對該連接埠供電；以及用來於檢查出該連接埠的功耗的減少量大於該預設值時，關閉該連接埠。
  10. 如請求項9所述的電子系統，其中該控制單元係用來於該電子系統進入一特定電源控制模式而具有穩定的平均功耗時取得該電子系統的平均功耗。
  11. 如請求項10所述的電子系統，其中該特定電源控制模式為符合進階組態與電源介面(Advanced Configuration and Power Interface,ACPI)規範中的睡眠模式(Sleep/S3 mode)、休眠模式(hibernate/S4 mode)或關機模式(power off mode)，且該控制單元設置於運作狀態。
  12. 如請求項9所述的電子系統，其中該控制單元用來以輪詢(polling)的方式檢查該複數個連接埠的功耗。
  13. 如請求項9所述的電子系統，其中該預設值為一外接裝置連接於該連接埠運作時之最低功耗值。
  14. 如請求項9所述的電子系統，另包含一充電電路，分別電連接於該電源供應端、該控制單元以及該連接埠，該控制單元另用來於控制該電源供應端對該連接埠供電時，控制該充電電路對連接於該連接埠的一外接裝置充電，其中該電子系統的平均功耗的增加量由大於該預設值增加到大於一充電功耗值。
  15. 如請求項14所述的電子系統，其中該控制單元另用來於該電子系統的平均功耗的減少量大於該充電功耗值時，控制該充電電路停止對該外接裝置充電，並關閉該充電電路。
  16. 如請求項9所述的電子系統，其中該控制單元為內嵌控制器(embedded controller,EC)、南橋晶片(south bridge)或處理器。
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