TWI697781B - 控制裝置及相關的電腦應用程式產品 - Google Patents

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TWI697781B
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耿萬培
馮耀
印凱源
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瑞昱半導體股份有限公司
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Abstract

控制裝置包含：第一多工器，耦接於多個高速差動對端子；第二多工器，耦接於多個非高速差動對端子；設置電路，自外部裝置接收通道資訊信號和電力資訊信號，依據通道資訊信號控制第一多工器和第二多工器以及產生通道設置指令，依據電力資訊信號產生電力設置指令；控制電路，依據電力設置指令控制外部供電模組；高頻震盪電路提供高頻時脈至控制電路和設置電路；電源電路提供多個工作電壓至第一多工器、第二多工器、控制電路和高頻震盪電路；控制電路依據通道設置指令和電力設置指令控制電源電路，以設置第一多工器、第二多工器或高頻震盪電路為失能狀態。控制裝置可調整自身的功率消耗，所以當應用於移動式設備時，可延長移動式設備的運作時間。

Description

控制裝置及相關的電腦應用程式產品
本申請是關於一種適用於通用序列匯流排(universal serial bus，USB)的控制裝置。
輕薄化的產品是現今移動式設備產業的設計趨勢。不過，輕薄化的設計也會使得分配給電池的空間減少，進而使得移動式設備的工作時間下降。因此，於移動式設備中設置低功率消耗的元件以延長移動式設備的工作時間，亦是當今的設計趨勢之一。然而，現今的移動式設備無論是否透過USB介面與其他設備連接，其中的傳統USB控制裝置卻皆會消耗差不多的功率，因而可觀地減少了移動式設備的工作時間。
有鑑於此，如何提供能適應性調整功率消耗的USB控制裝置及相關的電腦應用程式產品，實為業界有待解決的問題。
本發明提供一種控制裝置，該控制裝置透過一外部介面電路耦接於一外部裝置，該外部介面電路包含多個 高速差動對端子以及多個非高速差動對端子。該控制裝置包含第一多工器、第二多工器、設置電路、控制電路、高頻震盪電路和電源電路。該第一多工器用於耦接該多個高速差動對端子。該第二多工器用於耦接該多個非高速差動對端子。該設置電路用於自該外部裝置接收一通道資訊信號和一電力資訊信號，其中該設置電路依據該通道資訊信號控制該第一多工器和該第二多工器的切換運作，並依據該通道資訊信號和該電力資訊信號分別產生一通道設置指令和一電力設置指令。該控制電路用於依據該電力設置指令控制一外部供電模組提供一電力輸出至該外部裝置。該高頻震盪電路用於提供一高頻時脈至該控制電路和該設置電路。該電源電路用於提供多個工作電壓至該第一多工器、該第二多工器、該控制電路和該高頻震盪電路。其中該控制電路還用於依據該通道設置指令和該電力設置指令控制該電源電路，以將該第一多工器、該第二多工器或該高頻震盪電路切換至失能狀態。
本發明另提供一種電腦應用程式產品，該電腦應用程式產品儲存在一控制裝置的一非暫時性儲存裝置中，其中該控制裝置透過一外部介面電路耦接於一外部裝置，該外部介面電路包含多個高速差動對端子以及多個非高速差動對端子，該控制裝置的一控制電路會執行該電腦應用程式產品，該電腦應用程式產品包含：收發模組、通道設置模組、電力設置模組和狀態切換模組。該收發模組用於接收一通道設置指令和一電力設置指令。該通道設置模組用於依據該通道設置指令判斷該控制裝置是否耦接於該外部裝 置。該電力設置模組用於依據該電力設置指令控制一外部供電模組提供一電力輸出至該外部裝置。其中該收發模組耦接於該通道設置模組、該電力設置模組和該狀態切換模組，該控制裝置的一電源電路用於提供多個工作電壓至該控制裝置的一第一多工器、一第二多工器和一高頻震盪電路，該第一多工器用於耦接該外部介面電路的該多個高速差動對端子，該第二多工器用於耦接該外部介面電路的該多個非高速差動對端子，該狀態切換模組用於依據該通道設置指令和該電力設置指令控制該電源電路，以將該第一多工器、該第二多工器或該高頻震盪電路切換至失能狀態。
由上述內容可知，控制裝置可適應性地調整自身的功率消耗。因此，當控制裝置應用於移動式設備時，可有效延長移動式設備的運作時間。
100:控制裝置
101:外部供電模組
102:外部處理器
103:外部介面電路
104:電力路徑
105:外部裝置
110:設置電路
120:第一多工器
130:第二多工器
140:控制電路
142:儲存裝置
144:電腦應用程式產品
150:高頻震盪電路
160:低頻震盪電路
170:電源電路
180:感測電路
210:收發模組
220:通道設置模組
230:電力設置模組
240:狀態切換模組
302~320:流程
Svch:通道資訊信號
Scfg:通道設置指令
Sech:電力資訊信號
Sefg:電力設置指令
CKH:高頻時脈
CKL:低頻時脈
VDD:外部電壓源
Vpw1:第一工作電壓
Vpw2:第二工作電壓
Vpw3:第三工作電壓
Vp:電力輸出
CC1/CC2:設置通道端子
D1+/D1-、D2+/D2-:非高速差動對端子
TX1/RX1、TX2/RX2:高速差動對端子
VBUS:匯流排端子
第1圖為依據本發明一實施例的控制裝置簡化後的功能方塊圖。
第2圖為第1圖的電腦應用程式產品的功能模組簡化後的示意圖。
第3圖為依據本發明一實施例的控制方法簡化後的流程圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
第1圖為依據本發明一實施例的控制裝置100簡化後的功能方塊圖。如第1圖所示，控制裝置100包含設置電路110、第一多工器120、第二多工器130、控制電路140、高頻震盪電路150、低頻震盪電路160、電源電路170和感測電路180。控制電路140包含非暫時性儲存裝置142，且儲存裝置142儲存有電腦應用程式產品144。控制裝置100可用於耦接外部供電模組101、外部處理器102和外部介面電路103，並透過外部介面電路103耦接於外部裝置105。另外，外部供電模組101和外部處理器102也透過外部介面電路103耦接於外部裝置105。控制裝置100可執行電腦應用程式產品144以控制外部供電模組101和外部裝置105之間的電力傳輸，以及控制外部處理器102和外部裝置105之間的資料通信。為使圖面簡潔而易於說明，控制裝置100中的其他元件與連接關係並未繪示於第1圖中。
設置電路110耦接外部介面電路103的一對設置通道(configuration channel)端子CC1/CC2。第一多工器120耦接於外部介面電路103的兩對高速差動對端子TX1/RX1和TX2/RX2，能夠選擇性地將高速差動對端子TX1/RX1和TX2/RX2的其中一對耦接到外部處理器102。第二多工器130耦接於外部介面電路103的兩對非高速差動對端子D1+/D1-和D2+/D2-，能夠選擇性地將非高速差動對端子D1+/D1-和D2+/D2-的其中一對耦接到外部處理器102。感測電路180耦接一電力路徑104，外部供電模組101會透過電力路徑104以及外部介面電路103的匯流排端子VBUS提供電力輸出Vp至外部裝置105，感測電路180則用於感測電力路徑104上的電力輸出Vp的大小，並將感測結果傳送至控制電路140。
實作上，外部供電模組101可以用個人電腦或筆記型電腦等等裝置中的電源管理晶片(power management IC，簡稱PMIC)來實現，外部處理器102則可以用上述裝置中的中央處理器或是其他系統單晶片(System on chip，簡稱SoC)電路來實現。
另外，外部介面電路103可以是手機、行動電源、筆記型電腦、個人電腦或是平板電腦等等裝置上的各種USB type-C連接器(connector)。
設置電路110自外部介面電路103的設置通道端子CC1/CC2接收外部裝置105所產生的通道資訊信號Svch，以判斷外部介面電路103的連接狀態。例如，通道資訊信號Svch可反應外部介面電路103是否連接於外部裝置105，或是外部介面電路103和外部裝置105的連接方向。設置電路110可依據通道資訊信號Svch所代表的連接方向，控制第一多工器120和第二多工器130的切換運作，以使外部處理器102選擇性地耦接至外部介面電路103的兩對高速差動對端子TX1/RX1和TX2/RX2的其中之一，或是兩對非高速差動對端子D1+/D1-和D2+/D2-的其中之一。
設置電路110還用於自設置通道端子CC1/CC2 接收外部裝置105所產生的電力資訊信號Sech，並依據電力資訊信號Sech輸出電力設置指令Sefg至控制電路140，其中電力資訊信號Sech可反應外部裝置105的電力需求。控制電路140會依據電力設置指令Sefg以及感測電路180的感測結果控制外部供電模組101的運作，以使外部供電模組101將合適的電力輸出Vp透過外部介面電路103的匯流排端子VBUS提供至外部裝置105。例如，控制電路140可依據電力設置指令Sefg得知外部裝置105的電力需求為何，並控制外部供電模組101對應地提供5V/1A或是5V/2A的電力輸出Vp至外部裝置105，再依據感測電路180的感測結果判斷電力輸出Vp的大小是否正確。
高頻震盪電路150和低頻震盪電路160分別提供高頻時脈CKH和低頻時脈CKL，以做為設置電路110和控制電路140的工作時脈。電源電路170會將外部電壓源VDD轉換為第一至第三工作電壓Vpw1~Vpw3，並將第一工作電壓Vpw1提供給設置電路110和低頻震盪電路160，將第二工作電壓Vpw2提供給第一多工器120、第二多工器130、控制電路140和感測電路180，且將第三工作電壓Vpw3提供至高頻震盪電路150。
實作上，電源電路170可以用各種合適的線性穩壓器(low dropout linear regulator)來實現，且電源電路170、外部供電模組101和外部處理器102可以由同一個電力系統進行供電。例如，電源電路170可以和外部供電模組101以及外部處理器102一起設置於同一個筆記型電腦、 個人電腦或行動電源等等裝置中，並由前述裝置的電力系統獲取電力。
另外，高頻震盪電路150和低頻震盪電路160可分別用各種LC震盪電路(inductor-capacitor oscillator)和RC震盪電路(resistor-capacitor oscillator)來實現。
設置電路110還會依據通道資訊信號Svch輸出通道設置指令Scfg至控制電路140，控制電路140再依據通道設置指令Scfg以及前述的電力設置指令Sefg切換控制裝置100的運作狀態，以適應性地調整控制裝置100的功率消耗。以下將配合第2圖和第3圖進一步說明控制電路140的運作。
第2圖為第1圖的電腦應用程式產品144的功能模組簡化後的示意圖。電腦應用程式產品144包含收發模組210、通道設置模組220、電力設置模組230和狀態切換模組240，其中收發模組210耦接於通道設置模組220、電力設置模組230和狀態切換模組240。收發模組210用於接收通道設置指令Scfg和電力設置指令Sefg。通道設置模組220用於依據通道設置指令Scfg判斷控制裝置100是否耦接於外部裝置105。電力設置模組230用於依據電力設置指令Sefg控制外部供電模組101提供合適的電力輸出Vp。狀態切換模組240用於依據通道設置指令Scfg和電力設置指令Sefg控制電源電路170是否輸出前述的第一至第三工作電壓Vpw1~Vpw3。
第3圖為依據本發明一實施例的控制方法300簡化後的流程圖。在第3圖所繪示的流程圖中，位於一特定模組所屬欄位中的流程，即代表由該特定模組所進行的流程。例如，標記在「210」欄位中的流程，代表由收發模組210所進行的流程。在進行第3圖中的控制方法300時，控制裝置100中的控制電路140會執行電腦應用程式產品144，以使控制裝置100執行第3圖中的全部或部分流程。
當控制裝置100接收到外部電壓源VDD或是剛進行完重設(Reset)運作時，控制裝置100會進入流程302。在流程302中，狀態切換模組240會指示電源電路170停止輸出第二工作電壓Vpw2和第三工作電壓Vpw3。此時，接收第二工作電壓Vpw2的第一多工器120、第二多工器130和感測電路180會進入失能狀態(例如，斷電狀態)，而接收第三工作電壓Vpw3的高頻震盪電路150也會進入失能狀態。
接著，當收發模組210於流程304中接收到通道設置指令Scfg時，通道設置模組220會執行流程306，以依據通道設置指令Scfg判斷控制裝置100是否耦接於外部介面電路103。若否，狀態切換模組240會使控制裝置100置重複執行流程302，以降低控制裝置100的功率消耗。若是，狀態切換模組240會使控制裝置100接著執行流程308。
在流程308中，狀態切換模組240會指示電源電路170輸出第二工作電壓Vpw2和第三工作電壓Vpw3。此時，接收第二工作電壓Vpw2的第一多工器120、第二多工 器130和感測電路180會進入致能狀態(例如，上電狀態)，而接收第三工作電壓Vpw3的高頻震盪電路150也會進入致能狀態。
接著，當收發模組210於流程310中接收到電力設置指令Sefg時，電力設置模組230會執行流程312，以依據電力設置指令Sefg分析外部裝置105的電力需求，並控制外部供電模組101提供合適的電力輸出Vp。
於流程314中，狀態切換模組240會判斷控制裝置100是否已超過一預定時間(例如，1秒)未接收到電力設置指令Sefg。若否，收發模組210會重複執行流程310。亦即，收發模組210和電力設置模組230可多次執行流程310~314，以確保外部供電模組101提供的電力輸出Vp符合外部裝置105當下的電力需求。
另一方面，若控制裝置100已超過預定時間(例如，1秒)未接收到電力設置指令Sefg，狀態切換模組240會執行流程316。在流程316中，狀態切換模組240會將設置電路110和控制電路140由依據高頻時脈CKH進行運作切換為依據低頻時脈CKL進行運作，並指示電源電路170停止輸出第三工作電壓Vpw3，以將高頻震盪電路150切換至失能狀態(例如，斷電狀態)。如此一來，便可以使控制裝置100運作於低功耗工作狀態。
接著，在流程318中，當收發模組210再度接收到電力設置指令Sefg時，代表外部介面電路103的電力需求可能有所改變，因而發送了新的電力資訊信號Sech至控制 裝置100。此時，狀態切換模組240會執行流程320。
在流程320中，狀態切換模組240會指示電源電路170輸出第三工作電壓Vpw3，以將高頻震盪電路150切換至致能狀態(例如，導電狀態)。另外，狀態切換模組240會將設置電路110和控制電路140切換至依據高頻時脈CKH進行運作，以及時回應外部裝置105可能傳來的其他資訊或要求。接著，電力設置模組230會再度執行前述的流程312，以使外部供電模組101依據外部裝置105目前的電力需求調整電力輸出Vp。
值得注意的是，若控制裝置100在進入流程316後一直沒有接收到電力設置指令Sefg，控制裝置100可以繼續維持在低功耗工作狀態。
由上述可知，藉由流程316~320中的運作，即使控制裝置100處於低功耗工作狀態，控制裝置100也能及時回應外部裝置105的電力需求變化，進而調整外部供電模組101的電力輸出Vp。
另外，當控制裝置100進入低功耗工作狀態時，電源電路170不會停止輸出第二工作電壓Vpw，所以第一多工器120和第二多工器130的工作狀態不會改變。如此一來，外部處理器102和外部裝置105之間的資料通信便不會中斷或延遲。
在某些控制電路140可以偵測外部供電模組101的輸出能力的實施例中，當控制裝置100處於低功耗工作狀態，且控制電路140偵測到外部供電模組101的輸出能 力改變時(例如，由最高可提供5V/2A變化為最高可提供5V/1A)，狀態切換模組240也會執行流程320以將設置電路110和控制電路140切換至依據高頻時脈CKH進行運作。此時，控制電路140會利用收發模組210向外部裝置105更新外部供電模組101的輸出能力，以使外部裝置105相應地調整電力需求。
請注意，前述各流程圖中的流程執行順序，只是示範性的實施例，而非侷限本發明的實際實施方式。
例如，在某些實施例中，流程304~306可以和其他流程平行執行，以隨時偵測控制裝置100和外部裝置105的連接狀態。
又例如，在另外一些實施例中，流程314可以和流程310~312平行執行，以隨時偵測控制電路140是否超過預定時間長度未接收到電力設置指令Sefg。
由上述內容可知，控制裝置100藉由執行電腦應用程式產品144，可在適應性節省功率的情況下，及時依據外部裝置105的電力需求變化控制供電模組101，且不影響外部處理器102和外部裝置105之間的資料通信。因此，當控制裝置100應用於電力有限的移動式電子設備時，可有效延長移動式電子設備的運作時間，又不影響移動式電子設備的工作效率。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及 申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
210‧‧‧收發模組
220‧‧‧通道設置模組
230‧‧‧電力設置模組
240‧‧‧狀態切換模組
302~320‧‧‧流程

Claims (10)

  1. 一種控制裝置，透過一外部介面電路耦接於一外部裝置，該外部介面電路包含多個高速差動對端子以及多個非高速差動對端子，該控制裝置包含：一第一多工器，用於耦接該多個高速差動對端子；一第二多工器，用於耦接該多個非高速差動對端子；一設置電路，用於自該外部裝置接收一通道資訊信號和一電力資訊信號，其中該設置電路依據該通道資訊信號控制該第一多工器和該第二多工器的切換運作，並依據該通道資訊信號和該電力資訊信號分別產生一通道設置指令和一電力設置指令；一控制電路，用於依據該電力設置指令控制一外部供電模組提供一電力輸出至該外部裝置；一高頻震盪電路，用於提供一高頻時脈至該控制電路和該設置電路；以及一電源電路，用於提供多個工作電壓至該第一多工器、該第二多工器、該控制電路和該高頻震盪電路；其中，該控制電路還用於依據該通道設置指令和該電力設置指令控制該電源電路，以將該第一多工器、該第二多工器或該高頻震盪電路切換至失能狀態。
  2. 如請求項1的控制裝置，其中，若該控制電路依據該通道設置指令判斷該控制裝置沒有耦接於該外部裝置，該控制電路會透過該電源電路將該第一多工器、 該第二多工器和該高頻震盪電路切換至失能狀態。
  3. 如請求項2的控制裝置，其中，當該第一多工器、該第二多工器和該高頻震盪電路處於失能狀態時，若該控制電路依據該通道設置指令判斷該控制裝置耦接於該外部裝置，該控制電路會透過該電源電路將該第一多工器、該第二多工器和該高頻震盪電路切換至致能狀態。
  4. 如請求項1的控制裝置，另包含：一低頻震盪電路，用於產生一低頻時脈；其中，若該控制裝置耦接於該外部裝置，且該控制電路在一預定時間內未接收到該電力設置指令，該控制電路會將該設置電路和該控制電路由依據該高頻時脈進行運作切換為依據該低頻時脈進行運作，並透過該電源電路將該高頻震盪電路切換至失能狀態。
  5. 如請求項4的控制裝置，其中，當該設置電路和該控制電路依據該低頻時脈進行運作時，若該控制電路接收到該電力設置指令，該控制電路會透過該電源電路將該高頻震盪電路切換至致能狀態，並將該設置電路和該控制電路切換至依據該高頻時脈進行運作。
  6. 如請求項4的控制裝置，其中，當該設置電路和該控制電路依據該低頻時脈進行運作時，若該控制 電路偵測到該外部供電模組的輸出能力改變，該控制電路會透過該電源電路將該高頻震盪電路切換至致能狀態，並將該設置電路和該控制電路切換至依據該高頻時脈進行運作。
  7. 一種電腦應用程式產品，儲存在一控制裝置的一非暫時性儲存裝置中，其中該控制裝置透過一外部介面電路耦接於一外部裝置，該外部介面電路包含多個高速差動對端子以及多個非高速差動對端子，該控制裝置的一控制電路會執行該電腦應用程式產品，該電腦應用程式產品包含：一收發模組，用於接收一通道設置指令和一電力設置指令；一通道設置模組，用於依據該通道設置指令判斷該控制裝置是否耦接於該外部裝置；一電力設置模組，用於依據該電力設置指令控制一外部供電模組提供一電力輸出至該外部裝置；以及一狀態切換模組，其中該收發模組耦接於該通道設置模組、該電力設置模組和該狀態切換模組；其中該控制裝置的一電源電路用於提供多個工作電壓至該控制裝置的一第一多工器、一第二多工器和一高頻震盪電路，該第一多工器用於耦接該多個高速差動對端子，該第二多工器用於耦接該多個非高速差動對端子，該狀態切換模組用於依據該通道設置指令和該電力設 置指令控制該電源電路，以將該第一多工器、該第二多工器或該高頻震盪電路切換至失能狀態。
  8. 如請求項7的電腦應用程式產品，其中，若該通道設置模組判斷該控制裝置沒有耦接於該外部裝置，該狀態切換模組會透過該電源電路將該第一多工器、該第二多工器和該高頻震盪電路切換至失能狀態。
  9. 如請求項8的電腦應用程式產品，其中，當該第一多工器、該第二多工器和該高速震盪電路處於失能狀態時，若該通道設置模組判斷該控制裝置耦接於該外部裝置，該狀態切換模組會透過該電源電路將該第一多工器、該第二多工器和該高頻震盪電路切換至致能狀態。
  10. 如請求項7的電腦應用程式產品，其中，當該高頻震盪電路處於失能狀態，且該設置電路和該控制電路依據一低頻時脈進行運作時，若該控制電路偵測到該外部供電模組的輸出能力改變，該狀態切換模組會透過該電源電路將該高頻震盪電路切換至致能狀態，並將該設置電路和該控制電路切換至依據該高頻時脈進行運作。
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