TWI666557B - 通用串列匯流排集線器及其操作方法 - Google Patents

通用串列匯流排集線器及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種USB集線器，其具有：一USB集線器控制器，及一嵌入式控制器、一USB埠連接器，及相關埠電力控制裝置與一可控制旁路開關(當該嵌入式控制器啟用該可控制旁路開關時，該開關提供一供應電壓至該USB埠連接器)、一可控制電壓供應調節器單元(其提供可關閉且供應至該埠電力控制裝置之一第一輸出電壓)，及具有一電流感測器(其提供一第二供應電壓至該該監測器電路)之一可程式化電流監測器電路，其中在一低電力模式期間，該電流感測器關閉該USB集線器控制器及任何埠電力控制裝置，且該監測器電路經組態以通過該感測器及旁路開關提供該第二供應電壓至該通用串列匯流排連接器，且當一USB裝置被插接至該USB埠連接器時，偵測一電流且喚醒該嵌入式控制器。

Description

通用串列匯流排集線器及其操作方法 [相關專利申請案]
本申請案主張2014年8月20日申請之共有之美國臨時專利申請案第62/039,705號之優先權，其針對所有目的以引用的方式併入本文中。
本發明關於針對接地面隔離、特定言之在通用串列匯流排(USB)環境中之一方法及系統。
個人電腦(PC)空間中之低電力消耗之遞增需求正驅動消費者在所有操作狀態中保存電力。此係在冬眠S4或S5狀態(其中一膝上型電腦似乎被使用者關閉)中尤其如此。若干製造商亦已界定一稱為所連接之待機或「InstantGo」之新狀態，該新狀態需要超低電力操作。在任一狀態中，該通用串列匯流排子系統在可消耗多少電力方面非常限制。在一集線器之情況下，應消耗小於~1mW。在該等習知集線器中，該電力數量係不能達到的。當關閉時，該集線器無法執行一電池充電交握，所以該系統有效地失去對標準界定之電池充電1.2或對「關閉」狀態中之裝置特定充電之支持-即使電力在該USB埠之V匯流排接腳上仍可用。
一第二問題係分配至該USB埠充電之總電力預算。4個埠之充電 支持可理論上接近10A。絕大多數系統無法支持此一高電流預算。一更易於控制之限制可為5A-其2個埠可理論上消耗。
因此，需要一解決方案，該解決方案可將用於支持電池充電之一多埠USB集線器之中止及待機電流最小化且因此幫助將一供應電流限於一最大值。
根據一實施例，一通用串列匯流排(USB)集線器可包括：一USB集線器控制器；一嵌入式控制器，其經組態以在一正常操作模式及一低電力模式中操作且與該USB集線器控制器耦合，其中該嵌入式控制器經組態以打開或關閉該USB集線器控制器；至少一個USB埠連接器及與該USB集線器控制器耦合之相關埠電力控制裝置及與該嵌入式控制器耦合之一相關可控制旁路開關，該開關經組態以當該嵌入式控制器啟用該相關可控制旁路開關時提供一供應電壓至該至少一個USB埠連接器；一具有至少一個輸出之可控制電壓供應調節器單元，該輸出提供一第一輸出電壓，其中該至少一個輸出可藉由該嵌入式控制器控制以關閉，其中該調節器之該至少一個輸出與該至少一個USB埠連接器之該埠電力控制裝置耦合；及一可程式化電流監測器電路，其包括一電流感測器，該感測器與該調節器單元之該至少一個輸出耦合，其中該調節器單元包括一內部第二供應電壓調節器，該調節器提供一第二供應電壓至該可程式化電流監測器電路，其中在一低電力模式期間，關閉該USB集線器控制器及任何埠電力控制裝置且該可程式化電流監測器電路經進一步組態以通過該電流感測器及旁路開關提供該第二供應電壓至該至少一個USB埠連接器且其中當一USB裝置插接至該至少一個USB埠連接器時該可程式化電流監測器電路偵測自該內部第二供應電壓調節器通過該至少一個USB埠連接器流動之一電流且經組態以喚醒該嵌入式控制器。
根據進一步實施例，該電流感測器可係一分流電阻器，該電阻器在該調節器單元之輸出與該至少一個USB埠連接器之埠電力控制裝置之間連接。根據進一步實施例，該可程式化電流監測器電路可具有一可藉由該嵌入式控制器程式化之電流臨限值。根據進一步實施例，該可程式化電流監測器電路可具有一可程式化內部計時器單元，該計時器單元確定該可程式化電流監測器何時在一低電力待機模式中操作。根據進一步實施例，該嵌入式控制器可切換至一休眠模式且該電流監測器電路經組態以當通過該電流感測器之一電流超過該可程式化電流臨限值時產生一饋給該嵌入式控制器之喚醒信號。根據進一步實施例，該嵌入式控制器可在該低電力模式期間關閉且僅接收通過一電池之電力，該電流監測器電路進一步包括一串聯連接的電阻器及二極體，該電阻器及該二極體在該內部第二供應電壓調節器與該調節器單元之輸出之間耦合，該輸出用於提供該第二供應電壓至該電流感測器。根據進一步實施例，電阻器與二極體之間的該節點可與該嵌入式控制器之一輸入埠連接且該輸入埠經組態以喚醒該嵌入式控制器。根據進一步實施例，該可控制電壓供應調節器可包括進一步可控制輸出，該輸出針對該嵌入式控制器提供一供應電壓，其中當該嵌入式控制器喚醒時，該嵌入式控制器經組態以打開該進一步輸出。根據進一步實施例，該內部第二供應電壓調節器可係一低偶出調節器。根據進一步實施例，該內部第二供應電壓調節器之一調節電壓可係低於該至少一個輸出處之輸出電壓。根據進一步實施例，在一USB埠連接器處偵測一插接事件後，該嵌入式控制器可經組態以關閉該旁路開關、打開該可控制電壓供應調節器單元之輸出且啟動該USB集線器控制器。根據進一步實施例，該USB集線器可進一步包括一開關，該開關與該USB集線器控制器之一電力供應輸入耦合且針對該USB集線器控制器接收一供應電壓，該開關藉由該嵌入式控制器控制。根據進一步實施 例，該USB集線器可進一步包括複數個USB埠連接器、相關埠電力控制器及相關可控制旁路開關。
根據另一實施例，用於操作包括複數個USB埠之一USB集線器之一方法可包括步驟：藉由一嵌入式控制器控制該USB集線器以在一低電力模式中操作，其中關閉一USB集線器控制器及該USB埠之任何電力埠控制器，其中該USB集線器汲取一最小電流；將該嵌入式控制器切換至一低電力模式；通過一旁路開關將一第二電壓調節器與該等USB埠之各自USB連接器耦合且監測藉由該第二電壓調節器提供之一電流，且當一USB裝置插接至該至少一個USB埠連接器時偵測自該第二電壓調節器通過該至少一個USB埠連接器流動之一電流且當該電流流動時喚醒該嵌入式控制器。
根據該方法之另一實施例，在喚醒後，該嵌入式控制器可打開該USB集線器控制器、該等電力埠控制器且關閉該等旁路開關。根據該方法之另一實施例，該USB集線器可包括一可程式化電流監測器電路，該電流監測器電路具有一可程式化內部計時器單元，該計時器單元確定該可程式化電流監測器何時在一低電力待機模式中操作且該方法可包括步驟：程式化該電流監測器以界定一操作週期，其中在該操作週期之一界定時間週期期間，該電流監測器係在一低電力待機模式中且在一剩餘時間週期期間，該電流監測器係在正常操作模式中。根據該方法之另一實施例，該USB集線器控制器及該等電力埠控制器可藉由啟動一主要電壓調節器單元打開。根據該方法之另一實施例，該USB集線器控制器可切換一電力埠控制器之一控制輸入以起始一電池充電協定。根據該方法之另一實施例，當在該低電力模式中時，該嵌入式控制器可藉由一電池供電且當在該正常操作模式中時，該嵌入式控制器可藉由一主要電壓調節器單元之一可控制輸出供電。根據該方法之另一實施例，該可程式化電流監測器電路可經組態以產生一喚醒 該嵌入式控制器之第一信號，且當超過一可程式化電流臨限值時，產生一第二信號。根據該方法之另一實施例，當接收該第一信號時，該嵌入式控制器可打開該主要電壓調節器且切換至該正常操作模式。根據該方法之另一實施例，當在已接收該第一信號之後一預定時間週期內未接收任何第二信號時，該嵌入式控制器可關閉該主要電壓調節器。根據該方法之另一實施例，當在低電力模式中時，該嵌入式控制器可消耗一最小電流且其中一可程式化電流監測器裝置經組態以監測自該第二電壓調節器通過該至少一個USB埠連接器流動之電流且其中該可程式化電流監測器裝置產生一信號，當該電流超過一可程式化臨限值時，該信號喚醒該嵌入式控制器。根據該方法之另一實施例，當接收該信號時，該嵌入式控制器可打開該主要電壓調節器且切換至該正常操作模式。根據該方法之另一實施例，當在已接收該第一信號之後一預定時間週期內未接收任何第二信號時，該嵌入式控制器關閉該主要電壓調節器。
100‧‧‧電路
110‧‧‧電壓調節器單元/電壓控制器單元/DC-DC調節器/DC-DC調節器單元
112‧‧‧電容器
115‧‧‧電阻器
120‧‧‧電流監測器/中心電流感測裝置/電流感測監測器
125‧‧‧低值跡線電阻器或實際電阻器/分流電阻器/分流
130‧‧‧微控制器/嵌入式控制器
135‧‧‧硬幣型電池
140‧‧‧1.2V調節器
150‧‧‧USB集線器控制器/集線器/USB集線器
160‧‧‧標準埠電力控制器/正常高電流PPC
170‧‧‧USB埠連接器/USB連接器1/USB連接器n/USB埠
175‧‧‧旁路單元/FET/旁路FET
180‧‧‧FET開關/電力FET
190‧‧‧二極體
200‧‧‧「n」埠USB集線器
300‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
340‧‧‧步驟
350‧‧‧步驟
360‧‧‧步驟
370‧‧‧步驟
380‧‧‧步驟
390‧‧‧步驟
圖1展示一第一實施例之一方塊圖。
圖2展示一第二實施例之一方塊圖。
圖3展示根據各種實施例之用於操作一USB集線器之一流程圖。
一般期望當一USB集線器不使用中時，該集線器不會汲取任何電流。在此一情況中，該系統進入中止或待機，且一電流汲取係最小。當偵測一裝置被附接時，就應該有電流流動。
在USB環境中，存在多種電池充電規格。所有規格使用在資料輸入線上發送信號。即使當無任何裝置附接時，使用資料輸入線之偵測方案仍具有電流。
存在可藉由感測負載電流來偵測一裝置附接之USB電力控制器。 該等USB電力控制器係一可行解決方案，但對於一四埠USB集線器，需要四個USB電力控制器而構成一非常昂貴的解決方案。
此外，因為此等裝置在具有高達每個埠2.4安培有效電流之5V處操作，所以該USB電力控制器無法被整合成該USB集線器積體電路。因此，因為用於一積體電路USB集線器之一65nm製程並非針對此一規格設計，所以整合將不會非常成本有效。
根據各種實施例，可提供一電路以將用於支持電池充電之一多埠USB集線器的中止及待機電流最小化。
圖1展示一USB集線器電路之一實施例。當在一中止/待機模式中時，提供電路100用於集線器控制器150之一完全斷電，且使用具有該集線器之習知埠電力控制器160。一電壓調節器單元110可接收一輸入電壓且包括各種輸出。電壓調節器單元110可透過微控制器130來控制。例如，一第一3V輸出可由該微控制器控制以打開或關閉，以提供電力至USB集線器控制器150及電流監測器120。可提供一第二3.3V輸出(3V輸出)以提供該微控制器一供應電壓，該供應電壓可係永久有效之低偶出調節器以供應該微控制器，或亦可係一可切換電壓調節器，其中一電池135(例如，一硬幣型電池)可用以在一休眠或低電力模式期間提供電力。當該微控制器具有基本上不汲取任何電流之一休眠模式時，使用一電池之該實施例可係非必需的。然而，諸多可用微控制器可能不提供此一規格。電壓調節器單元110可進一步包括供應電流監測器120之一3.3V低偶出電壓調節器。然而，在僅一低偶出電力供應被用於該微控制器之情況下，相同輸出亦可供應電流監測器120。
亦通過相關埠電力控制器160來提供一可切換5V輸出用於供應USB埠連接器170。類似於該第一3.3V輸出(3V輸出)，微控制器130經組態以打開或關閉此5V輸出。電壓調節器單元110可進一步(例如)包 括一串列介面或任何其他合適介面以由微控制器130控制。由於特定輸出電壓可被完全關閉，因此集線器150之電力消耗可減少至有效的零電流。
根據各種實施例，電流感測監測器120可用作一集中裝置以偵測通過該等埠之任一者流動之電流。根據一實施例，(例如)藉由本申請案之受讓人製造之一MCHP PAC1710可用作一中心電流感測裝置120。然而，可使用其他電流感測監測器。電流感測監測器120亦可包括一串列介面或任何其他合適介面以與微控制器130相連通。一低值跡線電阻器或實際電阻器125可置於電力路徑中之印刷電路板(PCB)上。根據一實施例，在偵測被附接之一下游USB裝置後，電流感測監測器120可經設計以藉由警示微控制器130起始該系統之一更高電力模式。在此實施例中，該微控制器係在一深休眠模式中藉由該低偶出供應電壓運行且經組態使得其可藉由電流監測器120喚醒。該USB集線器控制器150及所有的埠電力控制器被關閉。亦關閉該5V輸出電力供應。因此，電流接收器120可經組態以通過分流電阻器125供應該低偶出3V供應電壓至旁路單元175。旁路單元175係藉由該微控制器控制且當該微控制器在休眠模式中時，旁路單元175供應USB連接器170該低偶出3V電力供應電壓，由此繞開埠電力控制器160。一旦一USB裝置已與埠連接器170連接，即將汲取可藉由該電流監測器偵測之一小電流。該電流監測器將接著喚醒微控制器130。微控制器130可接著改變該集線器之操作調式，(例如)，將該集線器自一電力節約模式切換至一正常操作模式。例如，將打開該3V輸出供應電壓與該5V輸出供應電壓。一旦該系統係完全有效，USB集線器150即啟動埠電力控制器160且開始正常電池充電通過各自電力埠控制器160與該所附接之下游裝置協商。
根據一些實施例，特定言之當在一低電力模式中使用一電池用 於供應該微控制器時，該微控制器可不能夠藉由自電流監測器120接收一警示信號而喚醒。由於在一低電力模式中集線器控制器150與微控制器130必須有效地降低電力以保存電力，因此需要首先偵測USB埠170上之一插接事件以瞭解一裝置是否在那且是否需要充電。因此，在具有最小電流之此一實施例中，電壓調節器單元110需要經組態以僅針對電流監測器120提供一供應電壓，其中微控制器130僅自一硬幣型電池135汲取電流。
根據各種實施例，電流監測器120(例如，一PAC1710)可用以(如圖1中所示)偵測埠170上之一USB附接事件且警示該系統之嵌入式控制器130。該微控制器可接著發送信號給該電壓調節器以打開該主3V輸出電力供應及該5V輸出電力供應。此外，停用旁路單元175且微控制器130現在可檢測自電流監測器120是否存在一警示信號。或者，該警示信號可引起微控制器130中之一中斷訊號。如果USB集線器控制器150係在一個別可切換電力供應線上，則微控制器130接著可決定打開該USB集線器控制器之電力。
電壓調節器單元110可經設計以允許控制器130打開各自供應USB集線器控制器150及(若干)埠電力控制器160之該3V輸出線及該5V輸出線之開關，且如果實施，則該第二3V輸出線提供電力至微控制器130自身用於正常操作。此外或替代地，該控制器可確證各自啟用信號以選擇性地打開該電流監測器及USB集線器控制器150。
當一觸發事件發生且該微控制器以啟用集線器控制器150時，集線器控制器150將(例如，經由PRT_PWR接腳)切換V匯流排且引起該下游裝置重新起始其電池充電(BC)請求。此時，一正常BC作業階段可開始。
根據各種實施例之該電路具有以下益處：該電路在任何面向下游埠(圖1中僅展示一個埠)上提供一充電能力。該系統可意識到一電 流汲取，且嵌入式控制器130可監測通過電流監測器120之電池位準，以在達到一最小臨限值時停止充電，且甚至估計該情況何時將發生。因此，可提供一低電流操作，(例如)使用經設計以在一電流事件後警示微控制器130之電流監測器120。例如，此一模式中之電力消耗可係僅5uA(在休眠中)及250uA(在一讀取模式期間，其中該微控制器係喚醒的)，其中電力埠控制器160一般各自需要150uA。
根據如圖1及圖2中所示之各種實施例，可提供一電力非常低之系統位準解決方案。該電路可基於一系統設計電流臨限值來切斷埠。此可藉由系統地切斷該等埠來實現以查看哪些埠影響該電流汲取，由此指示已用/未使用埠。此解決設計具有一固定量之電流(可係小於「可」提供至多個埠之電流)之一系統的問題。就總成本而言，根據各種實施例之一電路可提供超過使用4個「智慧型」電力埠控制器之一4埠解決方案之一大量材料成本節約。
根據圖2，展示使用一微控制器之一「n」埠USB集線器200之一例示性電路圖，該微控制器具有一針對一低電力關閉模式之第二電池電力供應。可實施任何數量之埠。一DC-DC調節器110提供各種供應電壓。針對嵌入式控制器130之正常操作提供一第一3V供應電壓。一第二3V供應電壓供應電流監測裝置120，且經由一FET開關180供應USB集線器控制器150。可提供一個別1.2V調節器140以針對USB集線器150產生一低核心供應電壓。電流監測裝置120係與一分流電阻器125宜具有一非常低的電阻)耦合，該電阻器經配置於調節器110之一主5V輸出與各種USB埠控制器160及連接器170之間。此外，電流監測器120產生饋給嵌入式控制器130之一警示信號。然而，如下文將更詳細解釋，此警示信號將不能夠喚醒微控制器130本身。嵌入式控制器亦通過一串列介面(例如，如圖1中所示之一SMBus介面)與電流監測器120耦合。嵌入式控制器130可通過此串列介面組態該電流監測器且 設定適當電流臨限值。嵌入式控制器130產生一輸出信號以控制FET開關180。
以下元件提供該低電力系統位準電流事件偵測。DC-DC調節器110具有通過一電阻器115與嵌入式控制器130之一輸入耦合之一3.3V低偶出調節器輸出3VLP。此3.3V LDO輸出3VLP係進一步通過一二極體190與主5V調節器輸出軌道耦合。此外，一電容器112可被設置在電阻器115與接地之間。該LDO輸出提供一低電流源(當該系統在該非常低之電流模式中時，該電流源係打開的)。可使用其他低電流偵測器電路。
每個埠包括一標準電力埠控制器160及一USB連接器170。每個USB連接器170之資料輸入線與USB集線器150耦合。每個電力埠控制器160自藉由DC-DC調節器110提供之該主5V供應電壓提供該供應電壓至其相關USB連接器170。可通過藉由該微控制器輸出信號PPC_BYPASS控制之一FET 175繞開每個電力埠控制器160。亦可通過將FET 175之閘極與其源耦合之一電阻器饋給該PPC_BYPASS信號。
在一非常低的電力模式中，關閉該主3V輸出及該主5V輸出、關閉開關180且該3V_COIN電力供應供應電力至該嵌入式控制器，該控制器係在一「關閉模式」中或深休眠模式中且自其硬幣型電池汲取非常少的電流(例如，8μA)。3VLP係在此模式中打開之該僅電壓源-提供高達250μA之電流至電流感測監測器120。
電流監測器120可在需要非常少的電流(例如，5uA)之一休眠模式及需要一更高電流之一正常操作模式(例如，250uA之一電流)中操作。為減少電力消耗，電流監測器120將在其休眠模式中及休眠模式外一些時間內循環，導致(電力消耗)大於5uA且遠小於250uA。例如，根據一實施例，電流監測器120可經設計以在其自身的內部計時器上自休眠模式喚醒。為此目的，電流監測器120可經程式化以設定打開 時間及關閉時間之一比率。例如，該電流監測器可經程式化以休眠95%的時間且僅喚醒5%的時間。此一設定將導致隨時間大約17.25uA之一平均電流消耗。
當該系統在一低電力模式中時，該PPC_BYPASS信號係較高-迫使電流自3VLP通過旁路FET 175達至USB埠170。一旦一USB裝置插接至該等四部埠之一者，此將立刻引起連接至電阻器115與電容器112之間的該節點之控制器130之輸入上之一低信號。該嵌入式控制器將偵測此(例如，在改變信號後接收一中斷訊號)且因為該輸入，VCI_IN自該硬幣型電池獲取能量，所以喚醒。如上文所提及，當藉由3V_COIN供應時，該微控制器不能夠藉由此實施例中之任何其他信號啟動。嵌入式控制器130現在可藉由打開DC-DC調節器110且關閉PPC_BYPASS而啟動該主5V供應電壓及該主3V供應電壓。DC-DC調節器110可藉由控制器130控制以個別打開該主5V輸出及該第二3V輸出。DC-DC調節器110經啟動以輸出用於可藉由集線器150個別啟動之該電力埠控制器160之該主5V供應電壓。此外，可啟動USB集線器150且可喚醒整個系統或可僅給一個別埠供電用於充電而剩餘系統停留在一休眠模式中。再次，一旦該微控制器完全喚醒且埠電力控制器160啟動伴隨旁路單元175停用，即可設定集中電流監測裝置120在正常模式中操作且可偵測一電流流動且警示該微控制器以採取進一步行動。
如圖1及圖2中所示，一旦該微控制器及調節器110係完全有效，嵌入式控制器130可通過電流監測器120之串列介面確定通過電流監測器120之電流且決定進一步行動。該微控制器可(例如)通過USB集線器150個別地打開或關閉特定埠。在一些實施例，電流監測器120可發送信號至該嵌入式控制器已超過一臨限值且該控制器可接著啟動USB集線器150或控制該集線器以執行特定功能。在其他實施例中，微控制器130可輪詢電流監測器120。USB集線器控制器150可接著切換埠電 力控制器160上之該等PRT_PWR輸入。每個電力埠控制器160上可包括與USB集線器控制器150連接之一超電流感測輸出(OCS#)。一旦該PRT_PWR以藉由集線器150打開開關，該各自USB裝置即可開始協商一電池充電設定檔且開始充電。如果該裝置電流下降至低於一臨限值或未插接，則電流監測器120解除確證該警示信號。在此時，該微控制器可關閉開關180、告知DC-DC調節器110關閉該主軌道3V_MAIN及5V_MAIN且停止將PPC_BYPASS下拉。此保持該3VLP軌道打開且設定該系統返回至初始狀態。
圖3展示一例示性操作流程圖。在步驟300中，該初始狀態界定該DC-DC調節器關閉且該低偶出調節器打開。電力FET 180係關閉，如果該微控制器之休眠電流係足夠低，則該微控制器亦關閉且藉由一電池或該低偶出調節器供應。亦關閉一主機(未展示)且關閉集線器控制器150。關閉所有埠電力控制器160且打開該等旁路單元。
將假定沒有任何裝置插接至連接器170之任一者中，因此，僅電流監測器120當置於休眠模式中時汲取(例如)5uA之一最小電流或當在該循環模式中(如上文所描述95%關閉/5%打開)操作時汲取17.25uA。在步驟310中，一插接事件在USB連接器170之一者處發生。該經插接之USB裝置可提出一電池充電請求，然而，歸因於該USB集線器之斷電狀態，沒有任何事情發生。然而，歸因於該插接，通過旁路單元175自該低偶出調節器接收該3.3V供應電壓之該USB供應電壓線將汲取在步驟320中偵測之一小量電流。此亦引起微控制器130之一喚醒，該喚醒將繼而打開該DC-DC調節器。在步驟330中，通過分流125之電流係藉由電流監測器120檢測。在該電流低於一可程式化臨限值之情況下，將不會確證該警示信號且因此在步驟340中，該微控制器可標記該事件並非一充電請求且關閉DC-DC調節器單元110。該集線器可經組態以僅在一預定時間週期已過之後到達步驟340 且在已打開該主供應電壓之後沒有任何電流超過該臨限值(警示信號保持解除確證)。
在所汲取之電流高於該臨限值之情況下，接著在步驟350中，電流監測器120將確證該警示信號且微控制器130可開啟FET 180的電力(其亦將開啟集線器控制器150的電力)。在步驟360中，集線器控制器150將針對每個埠切換PRT_PWR且進入一專用充電埠(DCP)模式。在步驟370中，該USB裝置將協商一電池充電設定檔以對其電池充電。在步驟380中，吾人將檢測該裝置電流是否下降至低於一臨限值或該裝置是否未接通電源。如果是，則該路徑跳至步驟390，其中該警示信號將解除確證且該微控制器可決定進一步行動(諸如返回至初始狀態且關閉所有電源)。
在微控制器130包括僅汲取一非常低的電流之一休眠模式之情況下，該微控制器可藉由亦提供電力至該電流監測器之該低偶出調節器供電。然而，如果該微控制器在正常操作模式中不需要太多電力，則此實施例僅係可行的且允許在正常操作期間使用該低偶出調節器作為主電源。
[電力及成本節約實例]
習知4埠電池充電集線器及簡單埠電力控制器：在3.3V=10至17mW處3~5mA。
習知4埠電池充電集線器及根據各種實施例之電流感測埠電力控制器：每個埠：在5V=0.75mW處150uA。因此，對於一4埠解決方案：4 X 0.75=3mW。
根據各種實施例之所提出之解決方案：在5V=0.025mW處中止電力=5uA。節約隨埠之數量按比例增長。
因為當實施一四埠集線器時，使用一電流感測器替代複數個埠電力控制器提供高達50%的成本節約，所以如上所述，亦針對一顯著 成本節約提供各種實施例。

Claims (25)

  1. 一種通用串列匯流排(USB)集線器，其包括：一USB集線器控制器；一嵌入式控制器，其經組態以在一正常操作模式及一低電力模式中操作，且係與該USB集線器控制器耦合，其中該嵌入式控制器經組態以打開或關閉該USB集線器控制器；至少一個USB埠連接器，及與該USB集線器控制器耦合之相關埠電力控制裝置，及與該嵌入式控制器耦合之一相關可控制旁路開關，該開關經組態以當該嵌入式控制器啟用該相關可控制旁路開關時，提供一供應電壓至該至少一個USB埠連接器；一可控制電壓供應調節器單元，其具有至少一個輸出，該輸出提供一第一輸出電壓，其中該至少一個輸出可係由該嵌入式控制器控制以關閉，其中該調節器之該至少一個輸出係與該至少一個USB埠連接器之該埠電力控制裝置耦合；及一可程式化電流監測器電路，其包括一電流感測器，該感測器係與該調節器單元之該至少一個輸出耦合，其中該調節器單元包括一內部第二供應電壓調節器，該調節器提供一第二供應電壓至該可程式化電流監測器電路，其中在一低電力模式期間，關閉該USB集線器控制器及任何埠電力控制裝置，且該可程式化電流監測器電路經進一步組態以通過該電流感測器及旁路開關提供該第二供應電壓至該至少一個USB埠連接器，且其中當一USB裝置被插接至該至少一個USB埠連接器時，該可程式化電流監測器電路偵測自該內部第二供應電壓調節器通過該至少一個USB埠連接器流動之一電流，且經組態以喚醒該嵌入式控制器。
  2. 如請求項1之USB集線器，其中該電流感測器係在該調節器單元之輸出與該至少一個USB埠連接器之埠電力控制裝置之間連接之一分流電阻器。
  3. 如請求項2之USB集線器，其中該可程式化電流監測器電路具有一電流臨限值，該臨限值係可由該嵌入式控制器程式化。
  4. 如請求項1之USB集線器，其中該可程式化電流監測器電路具有一可程式化內部計時器單元，該計時器單元確定該可程式化電流監測器何時在一低電力待機模式中操作。
  5. 如請求項3之USB集線器，其中該嵌入式控制器經切換至一休眠模式，且該電流監測器電路經組態以當通過該電流感測器之一電流超過該可程式化電流臨限值時，產生一喚醒信號饋給該嵌入式控制器。
  6. 如請求項1之USB集線器，其中該嵌入式控制器在該低電力模式期間被關閉且僅接收通過一電池之電力，該電流監測器電路進一步包括一經串聯連接的電阻器及二極體，該電阻器及該二極體係在該內部第二供應電壓調節器與該調節器單元之輸出之間耦合，該輸出用於提供該第二供應電壓至該電流感測器。
  7. 如請求項6之USB集線器，其中電阻器與二極體之間之該節點係與該嵌入式控制器之一輸入埠連接，且該輸入埠經組態以喚醒該嵌入式控制器。
  8. 如請求項6之USB集線器，其中該可控制電壓供應調節器包括另一可控制輸出，該輸出針對該嵌入式控制器提供一供應電壓，其中當該嵌入式控制器醒來時，該嵌入式控制器經組態以打開該另一輸出。
  9. 如請求項6之USB集線器，其中該內部第二供應電壓調節器係一低偶出調節器。
  10. 如請求項1之USB集線器，其中該內部第二供應電壓調節器之一調節電壓低於該至少一個輸出處之輸出電壓。
  11. 如請求項1之USB集線器，其中在一USB埠連接器處偵測到一插接事件後，該嵌入式控制器經組態以關閉該旁路開關、打開該可控制電壓供應調節器單元之輸出，且啟動該USB集線器控制器。
  12. 如請求項1之USB集線器，其包括一開關，該開關係與該USB集線器控制器之一電力供應輸入耦合，且接收用於該USB集線器控制器之一供應電壓，該開關係由該嵌入式控制器控制。
  13. 如請求項1之USB集線器，其包括複數個USB埠連接器、相關埠電力控制器及相關可控制旁路開關。
  14. 一種用於操作包括複數個USB埠之一USB集線器之方法，該方法包括：藉由一嵌入式控制器控制該USB集線器以在一低電力模式中操作，其中關閉一USB集線器控制器及該USB埠之任何電力埠控制器，其中該USB集線器汲取一低電力操作電流；將該嵌入式控制器切換至一低電力模式；通過一旁路開關將一第二電壓調節器與該等USB埠之各自USB連接器耦合，且監測由該第二電壓調節器提供之一電流，且當一USB裝置被插接至該至少一個USB埠連接器時，偵測自該第二電壓調節器通過該至少一個USB埠連接器流動之一電流，且當該電流流動時，喚醒該嵌入式控制器。
  15. 如請求項14之方法，其中在喚醒後，該嵌入式控制器打開該USB集線器控制器、該等電力埠控制器，且關閉該等旁路開關。
  16. 如請求項15之方法，其中該USB集線器包括一可程式化電流監測器電路，該電流監測器電路具有一可程式化內部計時器單元，該計時器單元確定該可程式化電流監測器何時在一低電力待機模式中操作，且其中該方法包括程式化該電流監測器以界定一操作週期，其中在該操作週期之一界定時間週期期間，該電流監測器係在一低電力待機模式中，且在一剩餘時間週期期間，該電流監測器係在正常操作模式中。
  17. 如請求項15之方法，其中該USB集線器控制器及該等電力埠控制器係藉由啟動一主要電壓調節器單元而打開。
  18. 如請求項14之方法，其中該USB集線器控制器切換一電力埠控制器之一控制輸入，以起始一電池充電協定。
  19. 如請求項14之方法，其中在該低電力模式中時，該嵌入式控制器係由一電池供電，且在該正常操作模式中時，該嵌入式控制器係由一主要電壓調節器單元之一可控制輸出供電。
  20. 如請求項19之方法，其中該可程式化電流監測器電路經組態以產生喚醒該嵌入式控制器之一第一信號，且當超過一可程式化電流臨限值時，產生一第二信號。
  21. 如請求項20之方法，其中當接收該第一信號時，該嵌入式控制器打開該主要電壓調節器且切換至該正常操作模式。
  22. 如請求項21之方法，其中在已接收該第一信號之後一預定時間週期內未接收任何第二信號時，該嵌入式控制器關閉該主要電壓調節器。
  23. 如請求項14之方法，其中在低電力模式中時，該嵌入式控制器消耗一電流，且其中一可程式化電流監測器裝置經組態以監測自該第二電壓調節器通過該至少一個USB埠連接器流動之電流，且其中該可程式化電流監測器裝置產生一信號，當該電流超過一可程式化臨限值時，該信號喚醒該嵌入式控制器。
  24. 如請求項23之方法，其中當接收該信號時，該嵌入式控制器打開該主要電壓調節器且切換至該正常操作模式。
  25. 如請求項24之方法，其中在已接收該第一信號之後一預定時間週期內未接收任何第二信號時，該嵌入式控制器關閉該主要電壓調節器。
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