专利名称：用于低功率带外通信的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电气、电子及计算机领域，并且更特别地设计电子器件通信。
背景技术：
高速通用串行总线(USB)通信协议，例如，USB版本3. 0 (USB3或超高速USB)，以5 吉比特每秒((ibps)的速度操作的串行器/解串器(SerDes)要求极小的功率消耗，因为USB 一般是为其中功率消耗是关键考虑问题的便携式设备所设计的。在正常的操作期间，USB 3.0设备典型地在大多数时间处于休眠(待机)模式以便节省能量。但是，需要周期性地唤醒USB 3. 0设备以便与USB设备所连接的主机设备通信。当所连接的USB设备处于低功率(例如，休眠或待机)模式时，它通常通过发送 “ping”消息(也称为“pinging”)来将它的存在传达给主机设备。ping消息被用来检验活动的客户端是否存在于连接的另一端。如果没有检测到来自给定连接的其它活动，则通常以规则的间隔发送Ping消息。如果连接在规定的时间段内未能响应ping消息，则就关闭该连接。但是，为了发送ping消息，需要在被连接设备中的链路层来唤醒整个时钟乘法单元(CMU)及发送器以发送双周期“ping时钟”。这种发送带外(out-of-band)信号的标准方法是代价高的，至少从能量的角度看来是这样的，并且因此是所不希望的，特别是对于设法最小化功率消耗的移动设备。
发明内容
本发明的原理，在其说明性的实施例中，提供了适合使用于低功率的便携式和/ 或桌面应用中的新型的USB (例如，USB3)收发器的带外信号发生器。USB收发器的带外信号发生器包括局部低频周期信令(LFPQ的边带信号发生器适于在收发器的主要部分(bulk) 处于低功率(例如，掉电(power down)或待机)的操作模式时操作。常规的SAS/SATA(串行连接SCSI (小型计算机系统接口)/串行高级技术附件)带外信号发生器唤醒整个发送器和时钟乘法单元(CMU)来执行带外通信并且付出了不具竞争性的能量代价。本发明的实施例提供了通过使用参考时钟源和小状态机从而使信号发生器响应快速且廉价(至少从功率消耗的角度看来是这样的)的方式来有利地降低在USB收发器以及其它具有低功率要求的被连接设备中的功率消耗的技术。根据本发明的一种实施例，用于降低在包括信号发生电路的第一设备和与第一设备耦接的第二设备之间的消息通信的功率消耗的信号发生电路包括开关电路以及与开关电路耦接的控制器。控制器可操作为接收参考时钟信号，在第一设备处于第一操作模式时接收指示请求第一设备发送消息给第二设备的至少第一控制信号，以及生成输出控制信号和输出数据信号。输出控制信号在第一模式期间可操作成作为第一控制信号的函数选择性地给开关电路和发送器驱动器加电。输出数据信号包括在第一模式期间经由开关电路供应给发送器驱动器以便传输给第二设备的消息。优选地，在第一设备中至少发送器数据路径电路、发送器时钟路径电路和/或时钟乘法单元在第一设备处于第一模式时保持掉电。根据本发明的另一种实施例，用于在串行设备和与串行设备可操作性通信的主机设备之间的消息通信的具有降低的功率消耗的串行设备包括发送器。发送器至少包括可操作为接收输入数据字以及生成输出数据流的数据路径电路，可操作为生成至少一种用于控制输入数据字的处理的控制信号的时钟路径电路，以及可操作为将输出数据流传输给主机设备的驱动器。包含于串行设备中的时钟乘法单元可操作为生成至少一种由发送器中的时钟路径电路使用的时序信号。串行设备还包括包含开关电路以及与开关电路耦接的控制器的信号发生电路。控制器可操作为接收参考时钟信号，在串行设备处于第一操作模式时接收指示请求串行设备发送消息给主机设备的至少第一控制信号，以及生成输出控制信号和输出数据信号。输出控制信号在第一模式期间可操作成作为至少第一控制信号的函数选择性地给发送器中的开关电路和驱动器加电。含有消息的输出数据信号在第一模式期间经由开关电路供应给驱动器以便传输给主机设备。根据本发明的又一种实施例，本发明提供了一种用于降低在第一设备和与第一设备可操作性通信的第二设备之间的消息通信的功率消耗的方法。该方法包括步骤在第一设备中接收参考时钟信号；当第一设备处于第一操作模式中时在第一设备中接收指示请求第一设备发送消息给第二设备的至少第一控制信号，该消息向第二设备指示第一设备的存在；以及在第一设备中生成输出控制信号和输出数据信号，输出控制信号在第一模式期间可操作成作为至少第一控制信号的函数选择性地给第一设备中的开关电路和发送器驱动器加电，输出数据信号包含在第一模式期间经由开关电路供应给发送器驱动器以便传输给第二设备的消息，所述消息与参考时钟信号同步。本发明的这些及其它特征、目的和优点根据以下对其说明性实施例的详细描述将变得显而易见，其中该详细描述将结合附图来阅读。
附图以仅为实例且非限制性的方式给出，在附图中图1是示出根据常规的USB连接布局的用于促进两个设备之间的数据通信的说明性系统的框图；图2是示出可以包含于被连接设备内的说明性的串行器/解串器(SerDes)的收发器的至少一部分的框图；图3是示出适合于结合本发明来使用的示例性发送器的示意图；图4是示出说明性的差分LFPS波形的时序图；图5是示出根据本发明的实施例的包括带外信号发生器的示例性收发器的至少一部分的框图；图6是示出根据本发明的实施例的适合使用于图5所示的说明性的收发器中的示例性状态机的至少一部分的状态图；以及图7是示出根据本发明的实施例的其中可以采用本发明的原理的示例性数据处理系统的框图。应当认识到，图中的元件为了简单和清晰起见而示出。可能在商业上可行的实施例中是有用的或必需的常见而又很好理解的元件可以不示出以便使所示出的实施例的视图受到较少的干扰。
具体实施例方式本发明的原理将在适合使用于例如便携式USB或其它串行设备中的低功率的串行器/解串器(SerDes)的收发器的说明性实施例的情况下描述于此。但是，应当认识到， 本发明并不限制于在此说明性示出及描述的具体的装置和方法。相反，本发明的各方面广泛地涉及用于有利地降低所连接的串行设备(例如，krDes设备)中的功率消耗的技术， 特别是通过降低为被连接的设备向相应的主机设备广播其存在所需的功率的大小的方式。 以这种方式，本发明的各方面提供了用于在主机控制器与相应的被连接设备之间的带外通信的低功率的解决方案。虽然本发明的说明性实施例将在此参考USB通信协议，特别是USB 3. 0来描述，但是应当认识到本发明并不仅限于使用USB协议。相反地，本发明的原理可以推广到基本上任何串联通信协议(标准的或非标准的)，有线的和无线的，例如包括SAS和SATA通信协议。而且，根据在此的教导，对本领域技术人员而言应当变得明显的是，能够在本发明的范围之内对所示出的实施例进行众多的修改。也就是，并没有意欲或并不应当暗示对在此所描述的具体的实施例的限制。图1是示出根据常规的USB连接布局的用于促进两个设备之间的数据通信的说明性的系统100的框图。具体地，系统100包括起着主机控制器102的作用的第一设备以及与主机控制器在操作上耦接的第二设备104，该第二设备104可以是USB设备。设备104在此可以称为“被连接设备”。主机控制器102可以包括例如计算机或替换的处理装置，被连接设备104可以包括例如USB使能的外围设备(例如，扫描仪、数码相机、存储设备、移动电话、个人数字助理(PDA)、闪存卡读卡器、网络接口等)。物理USB设备104可以包括多个逻辑子设备，在此称为“设备功能”，每个设备功能由主机控制器102分配唯一标识符(例如， 地址)。根据USB标准，高达127个设备(包括集线器设备)可以与给定的主机控制器连接。在两个或更多USB设备之间的通信基于逻辑信道，通常称为“管道” 106。管道106 实质上是在主机控制器102与在USB被连接设备104中的相应端点108之间建立的逻辑连接。与在物理上存在于设备104上的端点108不同，管道106仅在当主机控制器102建立与端点连接时存在。根据USB规范(例如，USB 1. χ或2. 0规范)，USB设备能够支持高达32个活动管道；16个管道到主机控制器之内并且16个管道从主机控制器出来。有基于数据传输的类型(例如，同步传输、中断传输、批量传输及控制传输)而设计的两种类型的管道，即流管道和消息管道。参考例如“通用串行总线规范修订2.0 (Universal Serial Bus Specification Revision 2. 0)，，(Universal Serial Bus Implementers Forum,Inc. (USB-IF)，pp. 31-36,April 27,2000)以及其后续版本及修订，其公开内容针对所有的目的在此通过引用的方式全文并入本文中。为了确定USB设备104仍然与其主机控制器102连接，主机控制器可以通过例如检测传给被连接设备和/或从被连接设备中传出的数据包来监测在USB设备和主机控制器之间的数据通信。但是，当设备104空闲时，例如在休眠的操作模式期间，并且从而没有从给定的连接中检测到活动，设备通过以规则的间隔将“ping”消息广播到主机控制器102来指示其存在。如果连接未能在规定的时间段内响应Ping消息，则关闭该连接。不幸的是， 为了广播Ping消息，USB设备104必须唤醒设备中的整个CMU和发送器来发送双周期的 "ping时钟”。这种方法就功率消耗而言是代价高的，并且因此是所不希望的。图2是示出可以包含于被连接设备中并且可以修改以实现本发明的原理的说明性的krDes收发器200的至少一部分的框图。收发器200可以划分成第一部分202、第二部分204以及包括时钟乘法单元(CMU)的第三部分212。第一部分202包括接收器(RX)数据路径206以及状态和控制电路208的至少一部分。第二部分204包括发送器(TX)210、 第一复用器214以及状态和控制电路208的至少一部分。应当理解，本发明并不限制于所示出的具体的收发器布局，而是同样预料到了实现义劝⑶收发器200的本发明的替换实施例，这根据在此的教导对本领域技术人员而言将变得明显。接收器数据路径206可以以常规的方式来实现。例如，接收器数据路径206优选地包括交流电(ac)耦接的且终端电路216，交流电(ac)耦接的终端电路216可操作为从呈现给接收器的输入数据信号Data_in中去除直流电(dc)分量，并且保护接收器免受静电释放(ESD)事件。第二复用器218与ac耦接终端电路216耦接并且可操作为在第一输入端接收输入数据信号以及在第二输入端接收可以是近端串行回环信号(NEQ的第一控制信号。 由复用器218生成的输出信号被馈入模拟前端，该模拟前端包括前置放大器/模拟均衡器 220、信号损失(L0Q及带外(OOB)检测器222以及与前置放大器/模拟均衡器耦接的判决反馈均衡器(DFE)和加法器224。据预测，大部分的USB 3. 0设备将使用某些类型的动态接收器均衡来克服在以5 千兆赫(GHz)的频率来操作时常见的信号损失。为了实现动态接收器均衡，前置放大器 /模拟均衡器220和/或DFE 2M可以根据本领域技术人员所熟知的技术来操作以执行模拟信号过滤和判决反馈均衡。(参见，例如，T. Do-Hong等的“Principles of Digital Communications，，(Student Manual, Rice University, May 2008) ；S. Benedetto 等的 "Principles of Digital Transmission :ffith Wireless Applications，， (Published December 1998，Plenum Publishing Corporation, ISBN-13 :9780306457531)；以及 Y. Sun 的“Bandwidth-efficient Wireless OFDM，，(IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 19，Issue 11，November 2001，pp. 2267-2278)，它们的公开内容针对所有的目的在此以引用的方式全文并入本文中)。DFE是使用之前的检测器判决以利用反馈回路基本消除对当前正在解调的脉冲的符号间干扰(ISI)的非线性均衡器。由之前所检测到的符号所贡献的ISI能够通过减去适当加权的过去的符号值从前向滤波器的输出中准确地取消掉。以这种方式，能够消除由之前的脉冲引入的电流脉冲的失真。由DFE 224生成的输出信号优选地被馈入接收器数据路径206的时钟及数据恢复段(section)。更特别地，时钟恢复段包括高速锁存电路226，其具有可操作为接收由DFE 224生成的输出信号的数据输入并且具有用于接收由与高速锁存电路耦接的数控振荡器 (NCO)的时钟相位旋转器2 生成的第二控制信号以调整供应给时钟相位旋转器的输入时钟信号的采样相位的控制输入。NCO时钟相位旋转器2 可优选地操作用来根据出现于其中的输入时钟生成多重输出时钟，各个输出时钟具有彼此间不同的相位。接收器数据路径206的数据恢复段优选地包括与高速锁存电路2 的输出耦接的解复用器(DMUX)和字节对准器230。由DMUX和字节对准器230生成的输出数据信号被供应给环路滤波器和旋转分频器(RFD) 232以及给DFE和前置放大器适配电路234。环路滤波器和RFD 232可操作为接收由CMU 212中的主锁相环路(PLL) 236供应的输入时钟信号 (该输入时钟信号可以是接收器时钟信号R_CLK)并且生成作为R_CLK的多倍或划分的输出时钟信号。该输出时钟信号被供应给NCO时钟相位旋转器228。DFE和前置放大器适配电路234可操作为生成控制信号，该控制信号被馈入前置放大器/模拟均衡器220及DFE 224 以分别控制前置放大和DFE适配，从而提供动态接收器均衡。由DMUX和字节对准器230生成的输出数据被供应给包含于控制电路208中的先进先出(FIFO)寄存器M2，或者替换的存储电路。FIFO寄存器242可操作为至少临时存储所恢复的数据。接收器数据路径206还可以包括电压调节器235。电压调节器235可操作成作为参考电压源，生成至少一个可以用来给接收器数据路径206的一个或多个部分供电的基本上恒定的输出电压。应当认识到，可预料到适合本发明使用的替换的接收器布局，这对本领域技术人员而言应当变得明显。包含于CMU 212内的主PLL 236优选可操作为接收外部参考时钟以及生成供应给环路滤波器和RFD 232的接收器时钟信号R_CLK，如前面所描述的。根据外部参考时钟，主 PLL 236还可操作为生成可以是发送器时钟信号T_CLK的第二时钟信号。虽然基于相同的外部参考时钟，但是接收器和发送器时钟信号可以由包含于主PLL 236内的分开的PLL电路所生成，并且因此可能不一定是相同的频率或者相同频率的倍数。CMU 212可以包括其它功能电路，例如，可以由主PLL 236在生成接收器和发送器时钟信号R_CLK和T_CLK中分别使用的CMU电压调节器238以及偏压发生器M0。发送器210可以以常规的方式来实现。例如，发送器210优选地包括可操作为接收输入数据的并-串转换器M4，该输入数据可以是来自复用器214(例如，20位宽的)的并行的传输字(tX_word)，并且将该数据转换成输出串行数据流。第三复用器246优选生成供应给并-串转换器M4以使输出串行数据流同步的时钟信号。由复用器246生成的时钟信号可以或者是接收器206中的NCO时钟相位旋转器228的函数或者可以是由主PLL 236 生成并且通过NCO扩展频谱时钟(SSC)电路248馈入的发送器时钟T_CLK的函数。如本领域技术人员所已知的，扩展频谱时钟是用于降低电磁干扰(EMI)的频率调制技术。代替保持恒定的频率的是SSC沿着预定的路径(即调制轮廓)以预定的调制频率fm来调制时钟频率/周期。由并-串转换器M4生成的串行数据流于是被馈入2分接的预加重 (pre-emphasis)电路250。预加重电路250基本上可作为高通滤波器来操作以帮助防止引入传输信道或接收器之内的噪声被放大，并由此补偿发送器210在操作上耦接的传输信道的低通频率特性。以这种方式，使频率响应在规定的频率范围的带宽之内变平。预加重电路250或者放大待传输的信号的高频率分量或者衰减它的低频率分量。用于实现预加重的技术是本领域技术人员所熟知的。预加重电路250的输出被馈入第四复用器252。复用器252包括用于接收预加重电路250的输出的第一输入以及用于接收在接收器数据路径206的模拟前端中的前置放大器 /模拟均衡器220的输出并将这些信号之一多路传输到复用器的输出上的第二输入。由复用器252生成的输出被馈入可操作为控制来自复用器252的输出信号的规定特性的振幅、 压摆(slew)及OOB控制电路254。由振幅、压摆及OOB控制电路2M生成的输出信号被供应给接收器数据路径206中的复用器218以及发送器(TX)驱动器256。发送器驱动器256 可操作为生成发送器210的输出信号Data_0Ut。参考图3，图中示出了适于结合本发明来使用的示例性的发送器300。发送器300 可以是图2所示的示例性krDes收发器200中的发送器210的一种非限制性的实现。再次，本发明并不限制于所示出的具体的发送器架构。发送器300包括可操作为接收多种时钟信号，即CMU时钟信号(例如，该时钟信号可以是由图2中的CMU 212生成的传输时钟(T_CLK))以及接收器(RX)时钟信号(例如， 该时钟信号可以由图2所示的接收器206中的NCO时钟相位旋转器2 生成)的时钟复用器(CLK MUX)/分频器302。时钟复用器/分频器302还可以接收接收器前端的时钟信号 (没有示出)，例如，该接收接收器前端的时钟信号可以由图2中的前置放大器/模拟均衡器220生成。这些时钟信号可以根据规定的值来划分并且选择性地供应给与时钟复用器/ 分频器302耦接的延迟控制电路304。延迟控制电路304可以包括分接的延迟线，如图所示，或者替换的延迟电路。可选地，延迟校准电路305可以与延迟控制电路304耦接。延迟控制电路304优选地可操作为控制由发送器300中的驱动级生成的发送器输出信号tx_out 的压摆(slew)。延迟控制电路304的至少一部分可以合并到图2所示的振幅、压摆及OOB 控制电路254中。时钟复用器/分频器302的输出被馈入可操作为将共同模式逻辑(CML)电压电平转换为互补金属氧化物半导体(CM0Q电压电平的电压电平转换器306。由电压电平转换器306生成的所转换信号被供应给并-串(P2S)转换器308。如同结合图2中的并-串转换电路244所描述的，P2S转换器308可操作为将由发送器300收到的并行输入数据字tx_ word(例如，20位宽)转换成包含数据输出使能信号Data 0/E和预加重的数据输出使能信号Pre-em Data 0/E的串行数据流。由P2S转换器308生成的Data 0/E和Pre-em Data 0/E信号优选被馈入包括多个时序控制块310的重定时电路。时序控制块310的每个实例包括一对触发器311a和311b以及与触发器耦接的复用器3llc。具体地，每个触发器311a、311b包括用于接收由并-串转换器308生成的串行数据流信号Data 0/E中的各自一个的数据输入，以及用于接收在延迟控制电路304中的相应一个分接头处生成的时序信号的时钟输入。复用器311c包括第一及第二输入以及输出。 每个触发器311a、311b的输出与复用器311c的相应的输入耦接。触发器311a、311b被配置使得对于第一个触发器311a，给该触发器311a供应的输入数据在时钟信号的上升沿装入(即以时钟输入(clocked in))，并且对于第二个触发器311b，给该触发器311b供应的输入数据在时钟信号的下降沿装入。用来给触发器311a、311b定时钟的时序信号还被用来选择哪一个触发器来从中输出数据。以这种方式，由每个时序控制块310生成的输出信号将具有明确界定的上升沿和下降沿。由时序控制块310生成的输出信号被馈入相应的放大器312形成发送器300中的输出驱动级。每个放大器312的增益可以是相同的或者是彼此间不同的。发送器驱动级被示出为具有四组放大器，尽管本发明并不限制于任何特定的不同的放大器组数。在延迟控制电路304中的每个延迟分接头处生成的时序信号被优选地供应给时序控制块310的相应的一个从而控制与该时序控制块310耦接的各自放大器312的激活。以这种方式，输出信号TX OUT的压摆能够按需要来控制。
放大器312各自的输出在求和块314中求和。在块314的输出端生成的信号于是被馈入与上拉DAC终端电路耦接的第二求和块316。发送器输出信号TX OUT在求和块316 的输出端生成。虽然USB 3. 0规范的主要目标是增加可用的带宽，但是新的标准还设法降低平均功率消耗，这特别有利于移动设备。USB 2.0不变地轮询可用的设备，需要供电。与此相反， USB 3.0被设计具有另外像空闲、休眠和挂起状态那样的节能特征。(例如，参见2008年11 月 12 日的“通用串行总线 3.0 规范(Universal Serial Bus 3. OSpecif ication) ” 修订版 1. 0)，其公开内容针对所有的目的在此以引用的方式全文并入本文中)。进入休眠模式的设备实际上将被USB 3.0主机置之不理直到设备自身启动设备模式更改。但是，即使在被连接设备处于休眠模式中时，如果从给定的连接中没有检测到其它的活动，则它仍然必须通过以规则的间隔发送带外通信信号(也称为“Ping”消息)来向主机设备传达其存在。其它通信协议可以使用将同样应用本发明的原理的模拟带外信令技术，这对本领域技术人员而言将变得明显。通过仅为实例且不损失通用性的方式，根据USB 3. 0规范，低频周期信令(LFPS) 被使用于在链路两端的两个端口之间的边带通信，该链路处于低功率的链路状态。(参见 2008 年 11 月的“通用串行总线 3. 0 规范(Universal Serial Bus 3. OSpecification)" 修订版1.0的kCtion6.9)。在图4中示出了说明性的差分LFPS波形400。参考图4， tPeriod 402定义了 LEPS周期的时长。LFPS突发(burst)被定义为连续的LFPS信号在由 tBurst 404表示的一段时间内的传输。LFPS序列由持续时间tBurst的单一LFPS突发在由 tRepeat所定义的一段时间内的传输代表。在两个连续的LFPS突发之间，链接处于电空闲状态。LFPS消息作为LFPS突发的持续时间tBurst的变化的函数来编码。时间段tR印eat 被定义为下一 LFPS消息何时被传输的时间间隔。根据USB 3.0规范，所规定的tPeriod为 20 200纳秒(ns)范围，其最大的上升及下降时间为^s。(参见“通用串行总线3.0规范(Universal Serial Bus 3. OSpecification) ” 修订版 1· 0 中的 kction 6.9.1)。根据 USB3. 0规范，“ping”消息优选包含双周期LFPS传输(40ns 200ns)。但是，应当认识到， 同样可预料到结合本发明使用的可操作为将被连接设备的存在传达给相应的主机控制器的其它带外消息配置和时序。为了发送ping消息，在被连接设备中的链路层按常规唤醒设备中的整个CMU以及 krDes收发器内的发送器来发送双周期“ping时钟”，如前面所说明的。这些功能块，即CMU 和发送器，可能是在krDes中功率消耗最大的块。应当理解，带外通信信号(例如ping消息)的具体周期数并不为本发明所限制。为了降低在被连接设备与其相应的主机之间的带外通信的功率消耗，特别是当设备处于低功率模式(即掉电或休眠模式)时，本发明的各方面，在它们的说明性实施例中， 提供了适合使用于例如低功率的移动和/或桌面USB(例如，USB3)应用中的新型的带外信号发生器。带外信号发生器优选包括适于在收发器的主要部分(bulk)保持于休眠或其它非活动的操作模式(例如，低功率、掉电、待机等)中时操作的局部LFPS边带信号发生器， 在所述操作模式中基本上没有在被连接设备与主机设备之间传输的数据流量并且在所述操作模式中设备正操作于低于所规定的最大功率消耗的功率下。本发明的实施例提供了通过使用由外部参考时钟提供时钟的小状态机从而使LFPS发生器响应快速且廉价(至少来从能量的角度看来是这样的)的方式来有利地降低USB收发器以及实质上具有低功率要求的其它被连接设备中的功率消耗的技术。图5是示出根据本发明的实施例的示例性收发器502的至少一部分的框图，该收发器502可以是使用于例如USB设备500中的krDes收发器。如前面所说明的，为了降低设备500中的功率消耗，特别是当设备处于休眠模式中时，收发器502包括带外信号发生器 504，该带外信号发生器504包括状态机506或替换的控制器以及与状态机操作性耦接的复用器508或替换的开关电路。有利的是，即使在其余的收发器502为非活动(例如，被断电，在休眠、掉电等模式中)时，状态机506保持为活动的(例如，被通电，处于“醒”模式中等)并且是工作的；其余的收发器电路，例如包括CMU 514、接收器(RX) 516、发送器时钟路径(TX Clk Path)电路 518和发送器数据路径(TX data Path)电路520，全部被断电。发送器数据路径电路520包括可操作为接收输入数据字tx_WOrd以及生成串行输出数据流tX_data的功能块(例如， 并-串转换器、预加重电路、数据重定时电路等)。发送器时钟路径电路518优选地包括可操作为生成用于控制在发送器数据路径电路520中的一个或多个功能块的时钟和/或其它时序/控制信号的功能块(例如，SSC时钟发生器、复用器、压摆控制电路等)。当将“SEND_PING”控制信号从设备500中的链路层510发送到收发器502时，优选地适合于消耗相对少量的功率(例如，数十微安)的状态机506可操作为检测SEND_PING 信号并且仅给将ping消息传输到相应的主机设备所必需的裸最小电路(例如，发送器(TX) 驱动器512)加电(即激活)。由链路层510生成并发送到状态机506的SEND_PING信号指示了请求收发器发送Ping消息(由此广播其存在)到主机设备。由于ping消息被周期性发送到主机设备以广播被连接设备的持续存在性，特别是当设备处于待机或休眠模式(即当在设备与其相应的主机之间没有数据传输时)时， SEND_PING信号也被周期性地发送到状态机506。作为选择，根据本发明的其它实施例， SEND_PING信号可以内部生成，例如，通过包含于直接收发器502中的定时器或其它低功率的时序电路(没有明确示出)。当状态机506检测到来自链路层510的异步的SEND_PING控制信号时，使消息与由外部时钟源供应给状态机的外部参考时钟同步。以这种方式，在设备中通常消耗相当大的功率的CMU 514保持为非活动的(即掉电，断电等)。当检测到SEND_PING信号时，状态机506生成加电控制信号sm_pu，响应于该加电控制信号sm_pu来激活(即加电)复用器 508和发送器驱动器512。优选地，由状态机506生成的供电控制信号被馈入功能OR电路 522(例如，OR门)的第一输入。OR门522的第二输入适合于接收由发送器时钟路径电路 518生成的发送器加电控制信号tx_pu。因而，OR门522可操作为生成供电控制信号pu_ ctl，该供电控制信号pu_ctl被供应给复用器508和发送器驱动器512各自的控制(使能) 输入以根据由状态机506生成的加电信号sm_pu和/或由发送器时钟路径电路518生成的加电信号tx_pu选择性地激活复用器和发送器驱动器。状态机506于是通过例如触发包含于状态机中的反转(T)触发器(没有明确示出)或替换的信号生成电路来生成数据信号sm_data，该数据信号sm_data优选包含规定周期数(例如，两个)的参考时钟(即Ping时钟)。应当认识到，本发明并不限制于由状态机 506响应于SEND_PING信号生成的任何具体周期数的参考时钟。而且，在由状态机506生成的sm_data消息信号中的周期数优选不依赖于SEND_PING信号的断言(assertion)的持续时间(例如，从SEND_PING信号的断言(assertion)直到取消断言(de-assertion)的时间段)。反转触发器是本领域技术人员所熟知的。状态机数据信号sm_data通过复用器508 供应给发送器驱动器512 (sm_data被馈入复用器508的第一输入(“1”))。复用器508还可操作为在其第二输入(“0”)处接收由发送器数据路径电路520生成的发送器数据信号 tx—复用器508并不只使用状态机加电控制信号sm_pu来激活；相反，复用器输入数据路径还由sm_pu来选择。具体地，状态机加电控制信号sp_pu优选地被直接供应给复用器 508的选择控制输入SEL。当sp_pu被断言(例如，逻辑“1”)时，状态机数据sm_data通过复用器508被发送到发送器驱动器512。作为选择，当sm_pu被取消断言(例如，逻辑“0”) 时，发送器数据tX_data经由复用器508从发送器数据路径520发送到发送器驱动器512。 以这种方式，复用器508可操作为根据收发器502的操作模式(例如，醒模式或休眠模式) 选择状态机数据信号sm_data或发送器数据信号tX_data来输出到发送器驱动器512，假定供应给复用器和驱动器的加电控制信号pu_ctl被断言。在发送器驱动器512发送了双周期ping时钟之后，SEND_PING信号被取消断言。 该动作促使状态机506将供电控制信号sm_pu取消断言，从而使复用器508和发送器驱动器512掉电。还能够根据由发送器时钟路径电路518生成的tx_pu信号由pu_ctl独立地给复用器508和发送器驱动器512加电，如前面所说明的。假定sm_pu控制信号被取消断言， 还能够通过tx_pu控制信号的取消断言来使复用器508和发送器驱动器512掉电。sm_pu 控制信号优选在收发器502的第一操作模式中使用，该第一操作模式可以是低功率模式， 并且tx_pu在第二操作模式中使用，该第二操作模式可以是其中收发器502被加电(即被激活)的正常(即常规)模式。链路层510还可以将SEND_LFPS控制信号发送给状态机506，SEND_LFPS信号指示了请求设备500中的收发器502发送LFPS消息给主机设备。优选地，通过状态机506使异步的SEND_LFPS信号与外部参考时钟同步。根据USB 3. 0规范(例如，参见“通用串行总线 3. 0 规范(Universal Serial Bus 3. OSpecif ication)，修订 1. 0”的 section 6. 9 (pp. 6-30 至6-35)，其公开内容在此以引用的方式全文并入本文中)，LFPS被使用于在链路两端的两个端口之间的边带通信，该链路处于低功率的链路状态中。当接收器终端存在但是在链路上没有出现信令时，设备被认为是处于电空闲状态(参见图4)。当处于这种状态时，LFPS 被使用于信号初始化以及电源管理信息。在检测到SEND_LFPS控制信号时，状态机506通过断言供电信号sm_pu来给复用器508和发送器驱动器512加电。状态机506于是开始(例如，通过触发在状态机中的T 触发器)发送来自外部时钟源的连续的参考时钟周期直到信号SEND_LFPS被取消断言。因此，在由状态机506生成的sm_data消息信号中的时钟周期的数量将作为SEND_LFPS信号断言的持续时间的函数。在控制信号SEND_LFPS被取消断言(即被去除)之后，状态机506 使复用器508和发送器驱动器512掉电，并且除了状态机外的整个krDes收发器502返回到非活动(即掉电)模式。图6是示出根据本发明的实施例的由适合使用于图5所示的说明性的krDes收发器502中的示例性状态机执行的操作的至少一部分的状态图600。如同可从图中明显看出的，在第一状态(S0)602中，状态机可操作于“空闲”模式中，其中状态机等待发送自设备中的链路层(例如，在图5中为510)的SEND_PING信号或SEND_LFPS控制信号。在状态 602期间，状态机加电信号(sm_pu)保持为取消断言使得复用器和发送器驱动器(例如，在图5中分别为508和51 两者都是非活动的(即掉电)，假定发送器时钟路径电路(例如， 在图5中为518)保持于低功率模式中，并且由此tx_pu信号保持为取消断言的。当SEND_PING控制信号被断言时，状态机从空闲状态602转变为第二状态 (Sl)604。在状态604中，状态机断言加电控制信号sm_pu，从而激活(例如，加电)复用器和发送器驱动器(在图5中分别为508和512)。为逻辑“1”的sm_pu信号还选择在复用器中的状态机数据路径以便配置信号发生器(在图5中为504)用于发送从状态机中收到的数据(sm_data)，如前面所描述的。状态机于是经由状态机数据信号sm_data (通过复用器) 将双周期Ping消息或者替换的带外消息发送到发送器驱动器(在图5中为512)以便传输给主机控制器。如前面所说明的，本发明并不限制于Ping消息中的任何特定的周期数，并且此外优选地不依赖于SEND_PING控制信号保持为断言的持续时间。在ping消息完成之后，sm_pu信号被取消断言(例如，逻辑“0”)，由此使复用器和发送器驱动器掉电。状态机于是返回空闲状态602。作为选择，当SEND_LFPS控制信号被断言时，状态机从空闲状态602转变为第三状态(S》606。在状态606中，状态机断言了加电控制信号sm_pu，由此给复用器和发送器驱动器(在图5中分别为508和512)加电。如前面所描述的，为逻辑“1”的sm_pu信号还选择了复用器中的状态机数据路径。状态机于是(通过复用器)将在sm_data上代表LFPS 消息或者替换的带外消息的参考时钟的连续突发发送到发送器驱动器(例如，512)以便传输给主机控制器。在消息信号sm_data中的时钟突发被发送直到SEND_LFPS信号被取消断言，如前面所描述的。在LFPS消息完成之后，sm_pu信号被取消断言，由此使复用器和发送器驱动器掉电。状态机于是返回空闲状态602。本发明的实施例的方法可以特别适用于实现在电子设备或替换的系统(例如，便携式电子设备)中。通过仅作说明的方式，图7是示出根据本发明的一方面形成的示例性的数据处理系统700的框图。例如，系统700可以代表适合于使用串行通信协议与主机设备通信的移动设备(例如，USB设备，SATA设备、SAS设备等)。系统700可以包括处理器 702、与处理器耦接的存储器704，以及可操作为与处理器接口地连接的输入/输出(I/O)电路708。例如，处理器702、存储器704和I/O电路708能够经由作为数据处理系统700的一部分的总线706或者替换的连接装置来互连。还能够经由例如总线给能够提供与计算机网络接口连接的网络接口 710(例如网络接口卡(NIC))以及给能够提供与媒体接口连接的媒体接口(例如软盘或CD-ROM驱动器)提供合适的互连。可以配置处理器702使之执行以上所描述的本发明的方法的至少一部分应当认识到，在此所使用的词语“处理器”意指包括任何处理器件，例如，包括中央处理单元(CPU)和/或其它处理电路(例如，网络处理器、DSP、微处理器等)的器件。另外，应当理解，词语“处理器”可以指的是多于一个的处理器件，并且与处理器件关联的不同元件可以由其它处理器件所共用。在此所使用的词语“存储器”意指包括存储器以及与处理器或CPU关联的其它计算机可读的媒体，例如，随机存取存储器(RAM)、可读存储器(ROM)、 固定存储媒体(例如，硬盘)、可移动的存储媒体(例如，软盘)、闪速存储器等。而且，在此所使用的词语“I/O电路”意指包括例如用于将数据输入处理器的一个或多个输入设备(例如，键盘、鼠标等)，用于给出与处理关联的结果的一个或多个输出设备(例如，打打印机、 监视器等)，和/或用于使输入或输出设备(多个设备)与处理器可操作性地耦接的接口电路。因此，在此所描述的应用程序或者其软件组成部分，包括用于执行本发明的方法的指令或代码，可以存储于一个或多个关联的存储媒体(例如，ROM、固定或可移动的存储) 中并且，当准备好被使用时，被全部或部分装载(例如，到RAM之内)并由处理器702执行。 应当理解，在任何情况下，图1所示的组成部分的至少一部分可以以硬件、软件或它们的组合的不同形式来实现，例如，一个或多个具有关联存储器的DSP、专用的一个或多个集成电路、功能电路、一个或多个具有关联存储器的可操作地编程的通用数字计算机等。根据在此提供的本发明的教导，本领域技术人员应当能够预料到本发明的组成部分的其它实现方式。本发明的技术的至少一部分可以以一个或多个集成电路来实现。在形成集成电路中，典型以重复的图形将管芯制作于半导体晶片的表面上。每个管芯包括在此所描述的存储器，并且可以包括其它结构或电路。个体管芯从晶片中切割出或划片出，然后被封装为集成电路。本领域技术人员应当知道如何对晶片划片以及封装管芯以生产集成电路。这样制造的集成电路被认为是本发明的一部分。根据本发明的实施例的IC能够使用于任何应用和/或使用存储器(例如，嵌入式存储器或分立存储器)的电子系统中。用于实现本发明的实施例的合适的系统可以包括但并不限于个人计算机、通信网络、电子商务系统、便携式通信设备(例如，移动电话)、固态介质存储设备等。结合此类集成电路的系统被认为是本发明的一部分。根据在此所提供的本发明的教导，本领域技术人员应当能够预料到本发明的技术的其它实现方式和应用。虽然本发明的说明性实施例已经在此参考附图进行了描述，但是应当理解，本发明并不限制于那些精确的实施例，并且可以由本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下进行各种的其它改变和修改。
权利要求
1.一种信号发生电路，用于降低所述信号发生电路位于其中的第一设备和与所述第一设备操作性通信的第二设备之间的消息通信的功率消耗，所述信号发生电路包括开关电路；以及与所述开关电路耦接的控制器，所述控制器操作来接收参考时钟信号、在所述第一设备处于第一操作模式时接收指示请求所述第一设备发送消息给所述第二设备的至少第一控制信号、以及生成输出控制信号和输出数据信号，所述输出控制信号操作来根据所述至少第一控制信号在所述第一模式期间选择性地给所述第一设备中的所述开关电路和发送器驱动器加电，所述输出数据信号包括在所述第一模式期间经由所述开关电路供应给所述发送器驱动器以便传输给所述第二设备的所述消息。
2.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中在所述第一模式期间当所述第一控制信号断言时，所述控制器给所述开关电路和所述发送器驱动器加电，并且在所述第一模式期间当所述第一控制信号取消断言时，所述控制器操作来使所述开关电路和发送器驱动器掉 H1^ ο
3.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中所述控制器还操作来接收第二控制信号，所述第一控制信号指示在所述第一模式期间发送Ping消息给所述第二设备的请求，所述第二控制信号指示在所述第一模式期间发送低频周期信令(LFPQ消息给所述第二设备的请求。
4.根据权利要求3所述的信号发生电路，其中当所述第一控制信号断言时，由所述控制器生成的所述输出数据信号包括规定周期数的所述参考时钟，并且当所述第二控制信号断言时，所述输出数据信号操作来生成连续周期的所述参考时钟直到所述第二控制信号被取消断言。
5.根据权利要求3所述的信号发生电路，其中当所述第一控制信号断言时，由所述控制器生成的所述输出数据信号包括不依赖于所述第一控制信号的断言的持续时间的多个周期的所述参考时钟，并且当所述第二控制信号断言时，所述输出数据信号包括依赖于所述第二控制信号的断言的持续时间的多个周期的所述参考时钟。
6.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中所述开关电路包括用于接收由所述控制器生成的所述输出数据信号的第一输入、用于在所述第一设备处于第二操作模式中时接收由所述第一设备中的发送器数据路径电路生成的输出数据流的第二输入、以及用于根据供应给所述开关电路的选择信号来选择性地将所述输出数据信号和所述输出数据流之一传达给所述发送器驱动器的输出。
7.根据权利要求6所述的信号发生电路，其中供应给所述开关电路的所述选择信号是由所述控制器生成的所述输出控制信号。
8.根据权利要求1所述的信号发生电路，还包括功能OR电路，所述功能OR电路包括用于接收由所述控制器生成的所述输出控制信号的第一输入、用于接收由所述发送器时钟路径电路在所述第一设备的第二操作模式期间生成的加电信号的第二输入、以及与所述开关电路耦接且适合于与所述发送器驱动器连接的输出，并且操作来生成用于根据由所述控制器生成的所述输出控制信号和由所述发送器时钟路径电路生成的所述加电信号中的至少一个来选择性地给所述开关电路和所述发送器驱动器加电的控制信号。
9.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中所述第一设备内的发送器数据路径电路、发送器时钟路径电路和时钟乘法单元中的至少一个在所述第一模式期间保持掉电。
10.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中所述控制器包括至少一个状态机。
11.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中所述开关电路包括复用器。
12.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中所述第一操作模式是所述第一设备的掉电模式并且所述第二操作模式是所述第一设备的活动模式。
13.根据权利要求1所述的信号发生电路，其中指示请求所述第一设备发送消息给所述第二设备的所述第一控制信号由所述第一设备中的链路层生成。
14.一种集成电路，包括至少一个根据权利要求1所述的信号发生电路。
15.一种串行设备，具有用于所述串行设备和与所述串行设备操作性通信的主机设备之间的消息通信的降低的功率消耗，所述串行设备包括发送器，包括操作来接收输入数据字以及生成输出数据流的数据路径电路、操作来生成至少一种用于控制所述输入数据字的处理的控制信号的时钟路径电路、以及操作来将所述输出数据流传输给所述主机设备的驱动器；时钟乘法单元，操作来生成至少一种由所述发送器中的所述时钟路径电路使用的时序信号；以及信号发生电路，包括开关电路；以及与所述开关电路耦接的控制器，所述控制器操作来接收参考时钟信号、在所述串行设备处于第一操作模式时接收指示请求所述串行设备发送消息给所述主机设备的至少第一控制信号、以及生成输出控制信号和输出数据信号，所述输出控制信号在所述第一模式期间操作来根据所述至少第一控制信号选择性地给所述发送器中的所述开关电路和所述驱动器加电，所述输出数据信号包含在所述第一模式期间经由所述开关电路供应给所述驱动器以便传输给所述主机设备的消息。
16.根据权利要求15所述的串行设备，其中所述串行设备中的所述发送器数据路径电路、所述发送器时钟路径电路和所述时钟乘法单元中的至少一个在所述第一模式期间保持掉电。
17.根据权利要求15所述的串行设备，其中在所述第一模式期间当所述第一控制信号断言时，所述控制器给所述开关电路和所述发送器驱动器加电，并且在所述第一模式期间当所述第一控制信号取消断言时，所述控制器操作来使所述开关电路和发送器驱动器掉 H1^ ο
18.根据权利要求15所述的串行设备，其中所述控制器还操作来接收第二控制信号， 所述第一控制信号指示在所述第一模式期间发送Ping消息给所述主机设备的请求，所述第二控制信号指示在所述第一模式期间发送低频周期信令(LFPS)消息给所述主机设备的请求。
19.根据权利要求18所述的串行设备，其中当所述第一控制信号断言时，由所述控制器生成的所述输出数据信号包括规定周期数的所述参考时钟，并且当所述第二控制信号断言时，所述输出数据信号操作来生成连续周期的所述参考时钟直到所述第二控制信号被取消断言。
20.根据权利要求18所述的串行设备，其中当所述第一控制信号断言时，由所述控制器生成的所述输出数据信号包括不依赖于所述第一控制信号的断言的持续时间的多个周期的所述参考时钟，并且当所述第二控制信号断言时，所述输出数据信号包括依赖于所述第二控制信号的断言的持续时间的多个周期的所述参考时钟。
21.根据权利要求15所述的串行设备，其中所述开关电路包括用于接收由所述控制器生成的所述输出数据信号的第一输入、用于在所述串行设备处于第二操作模式中时接收由所述发送器中的所述数据路径电路生成的所述输出数据流的第二输入、以及用于根据供应给所述开关电路的选择信号来选择性地将由所述控制器生成的所述输出数据信号和由所述数据路径电路生成的所述输出数据流之一传达给所述驱动器的输出。
22.根据权利要求21所述的串行设备，还包括功能OR电路，所述功能OR电路包括用于接收由所述控制器生成的所述输出控制信号的第一输入、用于接收由所述发送器中的所述时钟路径电路在所述串联设备的第二操作模式期间生成的加电信号的第二输入、以及与所述开关电路耦接且适合于与所述发送器中的所述驱动器连接的输出，并且操作来生成用于根据由所述控制器生成的所述输出控制信号和由所述时钟路径电路生成的所述加电信号中的至少一个来选择性地给所述开关电路和所述驱动器加电的控制信号。
23.一种用于降低在第一设备和与所述第一设备可操作性通信的第二设备之间的消息通信的功率消耗的方法，所述方法包括步骤在所述第一设备中接收参考时钟信号；当所述第一设备处于第一操作模式中时在所述第一设备中接收指示请求所述第一设备发送消息给所述第二设备的至少第一控制信号，所述消息向所述第二设备指示所述第一设备的存在；以及在所述第一设备中生成输出控制信号和输出数据信号，所述输出控制信号在所述第一模式期间操作来根据所述至少第一控制信号选择性地给所述第一设备中的开关电路和发送器驱动器加电，所述输出数据信号包含在所述第一模式期间经由所述开关电路供应给所述发送器驱动器以便传输给所述第二设备的所述消息，所述消息与所述参考时钟信号同
全文摘要
本发明涉及用于低功率带外通信的方法和装置。一种用于降低在包括信号发生电路的第一设备和与第一设备耦接的第二设备之间的消息通信的功率消耗的信号发生电路，包括开关电路以及与开关电路耦接的控制器。控制器操作来接收参考时钟信号，在第一设备处于第一操作模式时接收指示请求第一设备发送消息给第二设备的至少第一控制信号，以及生成输出控制信号和输出数据信号。输出控制信号在第一模式期间操作来根据第一控制信号选择性地给开关电路和发送器驱动器加电。输出数据信号包括在第一模式期间经由开关电路供应给发送器驱动器以便传输给第二设备的消息。
文档编号G06F1/32GK102262435SQ20111013934
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年5月28日
发明者G·S·温恩, M·S·莫宾, M·托塔, M·阿莱艾哈麦德 申请人:Lsi公司