TWI675290B - 電腦系統及其顯示介面電路與顯示介面方法 - Google Patents

電腦系統及其顯示介面電路與顯示介面方法 Download PDF

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Abstract

一種顯示介面電路，第一電晶體與第二電晶體電性串接於第一主機板電源與顯示器電源之間，其中第一電晶體的第一本體二極體的電流方向相反於第二電晶體的第二本體二極體的電流方向。當顯示裝置開啟電源但主機板未開啟電源時，第一控制電路導通第一電晶體，且第二控制電路截止第二電晶體，藉由第二本體二極體以防止漏電流從顯示器電源往第一主機板電源流動。當顯示裝置未開啟電源但主機板開啟電源時，第一控制電路截止第一電晶體，且第二控制電路截止第二電晶體，藉由第一本體二極體使得第一主機板電源不會輸出至視頻顯示介面，因而得以節省能源。

Description

電腦系統及其顯示介面電路與顯示介面方法
本發明係有關一種電腦系統，特別是關於一種可防止漏電或/且節省能源的顯示介面電路及方法。
數位視訊介面(digital visual interface, DVI)為一種普遍使用的視頻顯示介面(video display interface)，用以連接電腦的視頻源(video source)與顯示器(例如液晶顯示器)。
電腦與顯示器往往不會同時開啟電源。如果電腦尚未開機，然而顯示器已開啟電源，則顯示器的電源會漏電至電腦的主機板，導致主機板無法開機或產生時間異常的問題。為了解決這些問題，一般係使用二極體來阻擋漏電。然而，二極體之順向電壓(forward voltage或Vf)的值通常為0.2~0.4伏特，使得提供給顯示器之電源的壓降過大，會造成顯示器出現異常。
如果電腦已開啟電源，但是顯示器尚未開啟電源，則電腦的主機板會藉由數位視訊介面(DVI)的連接器而供電給顯示器，造成能源的浪費。此外，如果顯示器這一端發生短路的情形，電腦的主機板通常可使用保險絲加以保護。但是，在保險絲的反應期間，大電流會通過二極體而導致二極體受損，使得二極體無法在後續發揮正常的功能。
因此亟需提出一種新穎的機制，用以解決電腦與顯示器連接的諸多問題。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種顯示介面電路及方法，用以防止顯示裝置漏電至主機板，節省主機板的能源且能保護主機板。
根據本發明實施例，顯示介面電路包含第一電晶體、第二電晶體、第一控制電路及第二控制電路。第一電晶體具第一本體二極體，且第二電晶體具第二本體二極體。第一電晶體與第二電晶體電性串接於第一主機板電源與顯示器電源之間，其中第一本體二極體的電流方向相反於第二本體二極體的電流方向。第一控制電路控制第一電晶體，且第二控制電路控制第二電晶體。當顯示裝置開啟電源但主機板未開啟電源時，第一控制電路導通第一電晶體，且第二控制電路截止第二電晶體，藉由第二本體二極體以防止漏電流從顯示器電源往第一主機板電源流動。當顯示裝置未開啟電源但主機板開啟電源時，第一控制電路截止第一電晶體，且第二控制電路截止第二電晶體，藉由第一本體二極體使得第一主機板電源不會輸出至視頻顯示介面，因而得以節省能源。
第一圖顯示本發明實施例之電腦系統100的方塊圖，圖式僅顯示與本發明實施例相關的功能方塊與信號。在本實施例中，電腦系統100主要包含主機板11、顯示裝置12與視頻顯示介面(video display interface)13。其中，主機板11提供視頻信號(video signal)，經由視頻顯示介面13而傳送給顯示裝置(例如液晶顯示器)12。本實施例之視頻顯示介面13以數位視訊介面(digital visual interface, DVI)作為例子，然而也可使用其他的視頻顯示介面，例如視訊圖形陣列(Video Graphics Array, VGA)、高解析度多媒體介面(High-Definition Multimedia Interface, HDMI)等。
如第一圖所示，主機板11可包含控制器111，例如平台路徑控制器(Platform Controller Hub, PCH)。主機板11可包含位準移位器(level shifter)112，設於控制器111與視頻顯示介面13之間，藉由調整電壓位準以達到兼容性(compatibility)。例如，位準移位器112調整時脈信號DDC_CLK的電壓位準成為時脈信號DDPC_CTRL_CLK_D，並調整資料信號DDC_DATA的電壓位準成為資料信號DDPC_CTRL_DATA_D。此外，位準移位器112調整熱插拔(hot plug, HP)信號DDSP_C_HPD_C成為熱插拔信號DSP_HPD。
根據本實施例的特徵之一，主機板11包含顯示介面電路113，藉由視頻顯示介面13而連接至顯示裝置12，可用以防止漏電或/且節省能源，其細節將於後續描述。主機板11還可包含系統電源產生器114，提供電源給顯示介面電路113。
第二圖顯示本發明實施例之顯示介面電路113的電路圖。在本實施例中，顯示介面電路113可包含第一金屬氧化物半導體(MOS)電晶體(以下簡稱為第一金氧半電晶體或第一電晶體)Q4及第二金氧半電晶體(以下簡稱為第二電晶體)Q1，電性串接於(主機板的)第一主機板電源P5V與(顯示裝置的)顯示器電源P5V_DVI之間。第一主機板電源P5V可由系統電源產生器114產生。如第二圖所例示，第一電晶體Q4的源極S連接至第二電晶體Q1的汲極D，然而第一電晶體Q4與第二電晶體Q1的連接順序並不限定於圖示的順序。在本實施例中，第一主機板電源P5V與顯示器電源P5V_DVI的額定電壓為5伏特。但是，如果使用其他的視頻顯示介面，則第一主機板電源與顯示器電源的額定電壓不限定於5伏特。第一主機板電源P5V與顯示器電源P5V_DVI之間，除了串接有第一電晶體Q4與第二電晶體Q1，也可串接其他元件，例如電感器L1或/且保險絲F1。其中，電感器L1具有濾波(filter)功能，保險絲F1可防止超過預設值的電流通過。
在本實施例中，第一電晶體Q4具第一型(例如P型)通道；且第一電晶體Q4具有第一本體二極體(body diode)D4，其電流方向(亦即陽極至陰極方向)從汲極D流向源極S。第二電晶體Q1具第二型(例如N型)通道，其中第二型相反於第一型；且第二電晶體Q1具有第二本體二極體D1，其電流方向從源極S流向汲極D。當第一電晶體Q4與第二電晶體Q1電性串連後，第一本體二極體D4的電流方向相反於第二本體二極體D1。
本實施例之顯示介面電路113可包含第一控制電路，其可包含第三金氧半電晶體(以下簡稱第三電晶體)Q2，具第二型通道；以及第一電阻器R4，連接於第三電晶體Q2的汲極D與第二主機板電源P12V之間。在本實施例中，第二主機板電源P12V可由系統電源產生器114產生，其額定電壓為12伏特，但不限定於此。在另一實施例中，第二主機板電源可相同於第一主機板電源P5V。
第一控制電路Q2/R4產生第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N以控制第一電晶體Q4。例如，將第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N饋至第一電晶體Q4的閘極G，以導通或截止第一電晶體Q4。詳而言之，第三電晶體Q2的閘極G(從數位視訊介面(DVI)的連接器CN1)接收熱插拔(hot plug, HP)信號DDSP_C_HPD_C，源極S接地，汲極D輸出第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N。藉此，當顯示裝置12開啟電源時，來自數位視訊介面(DVI)的連接器CN1的熱插拔信號DDSP_C_HPD_C為主動(例如高位準電壓)，使得第三電晶體Q2導通(turn on)，其汲極D產生低位準電壓的第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N以導通第一電晶體Q4。
本實施例之第三電晶體Q2的輸入端(亦即閘極G與源極S之間)可包含靜電放電(Electrostatic discharge, ESD)防護電路。如第二圖所例示，靜電放電防護電路可包含二個蕭特基二極體(Schottky diode)D2a與D2b，互為反向串接於第三電晶體Q2的閘極G與源極S之間。如第二圖所例示的數位視訊介面(DVI)的連接器CN1，其熱插拔信號DDSP_C_HPD_C的引腳(pin)端與接地之間可互為反向串接二個蕭特基二極體D5a與D5b，作為靜電放電防護之用。
本實施例之顯示介面電路113可包含第二控制電路，其可包含第四金氧半電晶體(以下簡稱第四電晶體)Q3，具第二型通道；以及第二電阻器R3，連接於第四電晶體Q3的汲極D與第二主機板電源P12V之間。此外，第一控制電路Q2/R4的輸出端(例如第三電晶體Q2的汲極D)連接至第二控制電路Q3/R3的輸入端(例如第四電晶體Q3的閘極G)。
第二控制電路Q3/R3產生第二控制信號DDSP_C_HPD_C_M以控制第二電晶體Q1。例如，將第二控制信號DDSP_C_HPD_C_M饋至第二電晶體Q1的閘極G，以導通或截止第二電晶體Q1。詳而言之，第四電晶體Q3的閘極G經由第一電阻器R4接收第二主機板電源P12V，源極S接地，汲極D輸出第二控制信號DDSP_C_HPD_C_M。藉此，當主機板11開啟電源(但顯示裝置12未開啟電源)時，第二主機板電源P12V具高位準電壓，使得第四電晶體Q3導通，其汲極D產生低位準電壓的第二控制信號DDSP_C_HPD_C_M以截止(turn off)第二電晶體Q1。
本實施例之第四電晶體Q3的輸入端(亦即閘極G與源極S之間)可包含靜電放電防護電路。如第二圖所例示，靜電放電防護電路可包含二個蕭特基二極體(Schottky diode)D3a與D3b，互為反向串接於第四電晶體Q3的閘極G與源極S之間。關於第二圖所示數位視訊介面(DVI)的連接器CN1的其他引腳及信號，與本發明實施例的技術特徵沒有直接關連，因此省略其相關細節。
第三圖顯示本發明實施例之顯示介面方法200的流程圖，以下將針對四種模式分別說明第二圖所例示之顯示介面電路113的操作方法。
步驟21~22、31~32例示顯示裝置12開啟電源(步驟21的左分支)但主機板11未開啟電源(步驟22的右分支)的操作(亦即防止漏電模式)。由於顯示裝置12開啟電源，因此顯示器電源P5V_DVI具高位準電壓，熱插拔信號DDSP_C_HPD_C為主動(高位準電壓)；且由於主機板11未開啟電源，因此第一主機板電源P5V與第二主機板電源P12V不具電壓。於步驟31，第三電晶體Q2的閘極G從數位視訊介面(DVI)的連接器CN1接收主動的熱插拔信號DDSP_C_HPD_C，據以產生低位準電壓的第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N給第一電晶體Q4的閘極G。由於第一電晶體Q4的第一本體二極體D4受到高位準電壓之顯示器電源P5V_DVI的影響而導通，使得第一電晶體Q4導通。於步驟32，第四電晶體Q3的閘極G接收低位準電壓的第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N，因而截止第四電晶體Q3，進而使得第二電晶體Q1為截止。值得注意的是，第一電晶體Q4的第一本體二極體D4會受到高位準電壓之顯示器電源P5V_DVI的影響而導通，但是藉由第二電晶體Q1的第二本體二極體D1，得以防止漏電流從高位準電壓的顯示器電源P5V_DVI往第一主機板電源P5V流動。
步驟21~22、41~44例示顯示裝置12未開啟電源(或未接電源或電源異常)(步驟21的右分支)但主機板11開啟電源(步驟22的左分支)的操作(亦即節能及保護模式)。由於顯示裝置12未開啟電源，因此顯示器電源P5V_DVI不具電壓，熱插拔信號DDSP_C_HPD_C為非主動(低位準電壓)；且由於主機板11開啟電源，因此第一主機板電源P5V與第二主機板電源P12V具高位準電壓。於步驟41，第三電晶體Q2的閘極G接收非主動的熱插拔信號DDSP_C_HPD_C，因而截止第三電晶體Q2。於步驟42，第四電晶體Q3的閘極G經由第一電阻器R4接收高位準電壓的第二主機板電源P12V，因而導通第四電晶體Q3，據以產生低位準電壓的第二控制信號DDSP_C_HPD_C_M。於步驟43，低位準電壓的第二控制信號DDSP_C_HPD_C_M截止第二電晶體Q1。於步驟44，第一電晶體Q4的閘極G經由第一電阻器R4接收高位準電壓的第二主機板電源P12V，因而截止第一電晶體Q4。值得注意的是，藉由第一電晶體Q4的第一本體二極體D4，高位準電壓的第一主機板電源P5V不會輸出至數位視訊介面(DVI)的連接器CN1，因而得以節省能源。此外，若連接器CN1或外界有短路發生時，得以保護主機板11。
步驟21~22、51~54例示顯示裝置12開啟電源(步驟21的左分支)且主機板11開啟電源(步驟22的左分支)的操作(亦即正常操作模式)。由於顯示裝置12開啟電源，因此顯示器電源P5V_DVI具高位準電壓，熱插拔信號DDSP_C_HPD_C為主動(高位準電壓)；且由於主機板11開啟電源，因此第一主機板電源P5V與第二主機板電源P12V具高位準電壓。於步驟51，第三電晶體Q2的閘極G接收主動的熱插拔信號DDSP_C_HPD_C，因而導通第三電晶體Q2，且產生低位準電壓的第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N。於步驟52，第四電晶體Q3的閘極G接收低位準電壓的第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N，因而截止第四電晶體Q3。於步驟53，第二電晶體Q1的閘極G經由第二電阻器R3接收高位準電壓的第二主機板電源P12V，因而導通第二電晶體Q1。於步驟54，第一電晶體Q4的閘極G接收低位準電壓的第一控制信號DDSP_C_HPD_C_N，因而導通第一電晶體Q4。藉此，高位準電壓的第一主機板電源P5V可藉由導通的第二電晶體Q1、第一電晶體Q4而輸出至顯示器電源P5V_DVI的端點，再經由數位視訊介面(DVI)的連接器CN1而輸出至顯示裝置12。值得注意的是，導通的第一電晶體Q4與第二電晶體Q1的汲極-源極電阻Rds(on)很低，因此所產生的壓降也很小。舉例而言，導通的第一電晶體Q4與第二電晶體Q1的汲極-源極電阻Rds(on)分別為31毫歐姆與115毫歐姆，顯示裝置12的電流為55毫安培，則第一電晶體Q4與第二電晶體Q1所產生的壓降僅有0.00803(=0.055*(0.031+0.115))伏特。
當顯示裝置12未開啟電源(或未接電源或電源異常)(步驟21的右分支)且主機板11未開啟電源(步驟22的右分支)時(亦即電源關閉模式)，顯示器電源P5V_DVI、熱插拔信號DDSP_C_HPD_C、第一主機板電源P5V與第二主機板電源P12V皆為低位準電壓。因此，第一電晶體Q4、第二電晶體Q1、第三電晶體Q2與第四電晶體Q3皆為截止，且路徑上無電流通過。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100 電腦系統 11 主機板 111 控制器 112 位準移位器 113 顯示介面電路 114 系統電源產生器 12 顯示裝置 13 視頻顯示介面 200 顯示介面方法 21 顯示裝置是否開啟電源 22 主機板是否開啟電源 31 第一電晶體導通 32 第二電晶體截止 41 第三電晶體截止 42 第四電晶體導通 43 第二電晶體截止 44 第一電晶體截止 51 第三電晶體導通 52 第四電晶體截止 53 第二電晶體導通 54 第一電晶體導通 G 閘極 D 汲極 S 源極 Q4 第一電晶體 D4 第一本體二極體 Q1 第二電晶體 D1 第二本體二極體 Q2 第三電晶體 R4 第一電阻器 D2a 蕭特基二極體 D2b 蕭特基二極體 Q3 第四電晶體 R3 第二電阻器 D3a 蕭特基二極體 D3b 蕭特基二極體 CN1 連接器 D5a 蕭特基二極體 D5b 蕭特基二極體 P5V 第一主機板電源 P12V 第二主機板電源 P5V_DVI 顯示器電源 DSP_HPD 熱插拔信號 DDSP_C_HPD_C 熱插拔信號 DDSP_C_HPD_C_N 第一控制信號 DDSP_C_HPD_C_M 第二控制信號 DDC_CLK 時脈信號 DDPC_CTRL_CLK_D 時脈信號 DDC_DATA 資料信號 DDPC_CTRL_DATA_D 資料信號
第一圖顯示本發明實施例之電腦系統的方塊圖。 第二圖顯示本發明實施例之顯示介面電路的電路圖。 第三圖顯示本發明實施例之顯示介面方法的流程圖。

Claims (20)

  1. 一種顯示介面電路，包含：一第一電晶體，具第一本體二極體；一第二電晶體，具第二本體二極體，該第一電晶體與該第二電晶體電性串接於第一主機板電源與顯示器電源之間，其中該第一本體二極體的電流方向相反於該第二本體二極體的電流方向；一第一控制電路，用以控制該第一電晶體；及一第二控制電路，用以控制該第二電晶體；其中當顯示裝置開啟電源但主機板未開啟電源時，該第一控制電路導通該第一電晶體，且該第二控制電路截止該第二電晶體，藉由該第二本體二極體以防止漏電流從該顯示器電源往該第一主機板電源流動，其中該第二本體二極體的陽極電性連接至該第一主機板電源，且該第二本體二極體的陰極電性連接至該顯示器電源；其中當該顯示裝置未開啟電源但該主機板開啟電源時，該第一控制電路截止該第一電晶體，且該第二控制電路截止該第二電晶體，藉由該第一本體二極體使得該第一主機板電源不會輸出至視頻顯示介面，因而得以節省能源。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示介面電路，其中該第一電晶體具第一型通道，且該第二電晶體具第二型通道，其中第一型相反於第二型。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之顯示介面電路，其中該第一電晶體具P型通道，且該第二電晶體具N型通道，且該第一電晶體的源極連接至該第二電晶體的汲極。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示介面電路，其中該視頻顯示介面包含數位視訊介面(DVI)。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示介面電路，更包含：一電感器，電性串接於該第一電晶體與該第二電晶體；及一保險絲，電性串接於該第一電晶體與該第二電晶體。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示介面電路，其中該第一控制電路包含：一第三電晶體，其閘極從該視頻顯示介面接收熱插拔信號，其源極接地，其汲極輸出第一控制信號以控制該第一電晶體；及一第一電阻器，連接於該第三電晶體的汲極與第二主機板電源之間。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之顯示介面電路，更包含二個蕭特基二極體，互為反向串接於該第三電晶體的閘極與源極之間。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述之顯示介面電路，更包含二個蕭特基二極體，互為反向串接於該熱插拔信號端與接地之間。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示介面電路，其中該第二控制電路包含：一第四電晶體，其閘極連接至該第一控制電路的輸出端，其源極接地，其汲極輸出第二控制信號以控制該第二電晶體；及一第二電阻器，連接於該第四電晶體的汲極與第二主機板電源之間。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之顯示介面電路，更包含二個蕭特基二極體，互為反向串接於該第四電晶體的閘極與源極之間。
  11. 一種顯示介面方法，包含：電性串接一第一電晶體與一第二電晶體於第一主機板電源與顯示器電源之間，該第一電晶體的第一本體二極體的電流方向相反於該第二電晶體的第二本體二極體的電流方向；當顯示裝置開啟電源但主機板未開啟電源時，導通該第一電晶體且截止該第二電晶體，藉由該第二本體二極體以防止漏電流從該顯示器電源往該第一主機板電源流動，其中該第二本體二極體的陽極電性連接至該第一主機板電源，且該第二本體二極體的陰極電性連接至該顯示器電源；及當該顯示裝置未開啟電源但該主機板開啟電源時，截止該第一電晶體且截止該第二電晶體，藉由該第一本體二極體使得該第一主機板電源不會輸出至視頻顯示介面，因而得以節省能源。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之顯示介面方法，其中該第一電晶體具第一型通道，且該第二電晶體具第二型通道，其中第一型相反於第二型。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之顯示介面方法，其中該第一電晶體具P型通道，且該第二電晶體具N型通道，且該第一電晶體的源極連接至該第二電晶體的汲極。
  14. 根據申請專利範圍第11項所述之顯示介面方法，其中該視頻顯示介面包含數位視訊介面(DVI)。
  15. 一種電腦系統，包含：一視頻顯示介面；一顯示裝置；一主機板，提供視頻信號，經由該視頻顯示介面而傳送給該顯示裝置；及 一系統電源產生器，提供第一主機板電源；其中該主機板包含一顯示介面電路，其包含：一第一電晶體，具第一本體二極體；一第二電晶體，具第二本體二極體，該第一電晶體與該第二電晶體電性串接於該第一主機板電源與顯示器電源之間，其中該第一本體二極體的電流方向相反於該第二本體二極體的電流方向；一第一控制電路，用以控制該第一電晶體；及一第二控制電路，用以控制該第二電晶體；其中當該顯示裝置開啟電源但該主機板未開啟電源時，該第一控制電路導通該第一電晶體，且該第二控制電路截止該第二電晶體，藉由該第二本體二極體以防止漏電流從該顯示器電源往該第一主機板電源流動，其中該第二本體二極體的陽極電性連接至該第一主機板電源，且該第二本體二極體的陰極電性連接至該顯示器電源；其中當該顯示裝置未開啟電源但該主機板開啟電源時，該第一控制電路截止該第一電晶體，且該第二控制電路截止該第二電晶體，藉由該第一本體二極體使得該第一主機板電源不會輸出至該視頻顯示介面，因而得以節省能源。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述之電腦系統，其中該第一電晶體具第一型通道，且該第二電晶體具第二型通道，其中第一型相反於第二型。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述之電腦系統，其中該第一電晶體具P型通道，且該第二電晶體具N型通道，且該第一電晶體的源極連接至該第二電晶體的汲極。
  18. 根據申請專利範圍第15項所述之電腦系統，其中該視頻顯示介面包含數位視訊介面(DVI)。
  19. 根據申請專利範圍第15項所述之電腦系統，其中該第一控制電路包含：一第三電晶體，其閘極從視頻顯示介面接收熱插拔信號，其源極接地，其汲極輸出第一控制信號以控制該第一電晶體；及一第一電阻器，連接於該第三電晶體的汲極與第二主機板電源之間。
  20. 根據申請專利範圍第15項所述之電腦系統，其中該第二控制電路包含：一第四電晶體，其閘極連接至該第一控制電路的輸出端，其源極接地，其汲極輸出第二控制信號以控制該第二電晶體；及一第二電阻器，連接於該第四電晶體的汲極與第二主機板電源之間。
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