通用串行总线集线器及其控制方法
【专利摘要】一种通用串行总线集线器及其控制方法。藉由在通用串行总线集线器处于休眠和正常工作状态时分别提供不同的电压给电路群组，以减少漏电流的产生。该通用串行总线集线器包括：一控制单元，通过探测该通用串行总线的讯号判断该通用串行总线集线器是否进入一休眠状态；一核心电路群组，耦接该控制单元；以及一电压转换单元，内建于该通用串行总线集线器，其耦接该控制单元以及该核心电路群组，受控于该控制单元而于该通用串行总线集线器处于一正常工作状态时产生一正常工作电压，并于该通用串行总线集线器处于该休眠状态时产生一第一休眠电压，该核心电路群组于该休眠状态下接收该第一休眠电压，其中该第一休眠电压低于该正常工作电压。
【专利说明】通用串行总线集线器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电子装置，特别是涉及一种通用串行总线集线器及其控制方法。【背景技术】
[0002]目前，市面上的计算机最常见的热插拔接口便为通用串行总线(UniversalSerial Bus, USB)接口。目前大部分的通用串行总线接口外接式装置是以USB2.0接口来连接至计算机。随着科技日益精进，通用串行总线的讯号传输规格亦从USB2.0发展至USB3.0。相较于传统USB2.0的传输速率仅有480M bps，USB3.0的传输速率可达到5G bps,大幅的增加了数据传递的速度。
[0003]有关通用串行总线的规范并没有明确定义出电流限制。一般而言，USB2.0集线器提供的核心电压为3.3V，而USB3.0集线器在休眠状态和正常运作状态下提供的核心电压为I?1.5V。由于现有技术的通用串行总线集线器在休眠和正常运作状态提供固定的核心电压，因此可能会在休眠状态下产生漏电流而导致不必要的电力消耗。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种控制装置及其操作方法，可减少通用串行总线集线器的电力消耗。
[0005]本发明的通用串行总线集线器，其经由一通用串行总线耦接于一主机或另一通用串行总线集线器，通用串行总线集线器包括控制单元、核心电路群组以及电压转换单元。其中控制单元通过探测该通用串行总线的讯号判断通用串行总线集线器是否进入休眠状态。核心电路群组耦接控制单元。电压转换单元，耦接控制单元以及核心电路群组，受控于控制单元而于通用串行总线集线器处于正常工作状态时产生正常工作电压，并于通用串行总线集线器处于休眠状态时产生第一休眠电压，核心电路群组于休眠状态下接收第一休眠电压，其中第一休眠电压低于正常工作电压。
[0006]本发明的通用串行总线集线器的控制方法，通用串行总线集线器经由通用串行总线耦接于主机或另一通用串行总线集线器，通用串行总线集线器的控制方法包括下列步骤。通过探测通用串行总线的讯号判断通用串行总线集线器是否进入休眠状态。于通用串行总线集线器处于正常工作状态时，控制电压转换单元产生正常工作电压。于通用串行总线集线器处于休眠状态时，控制电压转换单元产生第一休眠电压，其中核心电路群组于休眠状态下接收第一休眠电压。其中第一休眠电压低于正常工作电压，电压转换单兀内建于通用串行总线集线器。
[0007]基于上述，本发明藉由在通用串行总线集线器处于休眠和正常工作状态时分别提供不同的电压给电路群组，以减少漏电流的产生，进而减少通用串行总线集线器的电力消耗。
[0008]为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1示出了本发明一实施例的通用串行总线集线器的示意图。
[0010]图2示出了本发明另一实施例的通用串行总线集线器的示意图。
[0011]图3示出了本发明一实施例的稳压器的示意图。
[0012]图4示出了本发明一实施例的通用串行总线集线器的控制方法。
[0013]附图符号说明
[0014]10:主机
[0015]101:通用串行总线
[0016]100,200:通用串行总线集线器
[0017]102:控制单元
[0018]104:核心电路群组
[0019]1041:第一电路群组
[0020]1043:第二电路群组
[0021]108:电压转换单元
[0022]110、202、204、300:稳压器
[0023]302:稳压电路
[0024]304:分压单元
[0025]306:比较器
[0026]V0:正常工作电压
[0027]VSl:第一休眠电压
[0028]VS2:第二休眠电压
[0029]S1:通知讯号
[0030]S2:唤醒讯号
[0031]VCC:参考电压
[0032]Vsw:锯齿波讯号
[0033]Vl:稳压电压
[0034]V2:分压讯号
[0035]PWMl:脉冲宽度调制讯号
[0036]Rl ?R3:电阻
[0037]Sffl:开关
[0038]S402?S406:通用串行总线集线器的控制方法步骤【具体实施方式】
[0039]图1示出了本发明一实施例的通用串行总线集线器的示意图。请参照图1，通用串行总线集线器100包括控制单元102、核心电路群组104以及电压转换单元108。其中控制单元102耦接核心电路群组104以及电压转换单元108，电压转换单元108还耦接核心电路群组104。其中，通用串行总线集线器100的规格可为USB2.0或USB3.0。其中，核心电路群组104为通用串行总线集线器100的核心电路，与输入输出(I/O)电路(未绘示)不同，核心电路的供电电压低于输入输出(I/O)电路的供电电压，举例而言，在USB3.0规格的通用串行总线集线器IOO中，在正常工作状态下，输入输出(I/O)电路的供电电压为3.3V，而核心电路的供电电压为1.XVC1.0?1.5V)，核心电路群组104的供电电压取决于通用串行总线集线器100的制造工艺，以80nm的制造工艺为例，核心电路群组104在正常工作状态下的供电电压为1.2V。控制单元102可通过一通用串行总线101耦接到一主机10或另一通用串行总线集线器(未绘示)，并通过探测通用串行总线101的讯号判断通用串行总线集线器100是否进入休眠状态。例如，当通用串行总线集线器的规格为USB2.0时，控制单元102可通过探测该通用串行总线101上传输的握手协定的机制中定义的特定图案(pattern)判断通用串行总线集线器100是否进入休眠状态，当通用串行总线集线器100的规格为USB3.0时，控制单元102则通过探测通用串行总线101上的来自主机10或该另一通用串行总线集线器(未绘示)的提示讯号判断通用串行总线集线器100是否进入休眠状态。
[0040]当控制单元102判断出通用串行总线集线器100处于正常状态时，控制单元102控制电压转换单元108产生正常工作电压VO给控制单元102以及核心电路群组104，以提供控制单元102以及核心电路群组104运作所需的核心电压，正常工作电压VO可例如为
1.2伏特，然不以此为限。
[0041]而当控制单元102判断出通用串行总线集线器100须进入休眠状态时，控制单元102控制电压转换单元108产生第一休眠电压VS1，其中第一休眠电压VSl小于正常工作电压V0。核心电路群组104于休眠状态下接收第一休眠电压VSl,其中在一实施例中核心电路群组104包括在休眠状态下须进行运作的第一电路群组1041，例如讯号接收检测电路(receiving detecting circuit)、远程唤醒电路(remote wakeup circuit)以及低频周期讯号检测电路(LFPS detecting circuit)等等。在休眠状态下控制单元102与第一电路群组1041仍可依据第一休眠电压VSl执行基本的运作，第一休眠电压VSl可例如为1.0伏特，然不以此为限，第一休眠电压VSl大于或等于第一电路群组1041的最低操作电压。在一实施例中，第一休眠电压VSl可以是能维持控制单元102与第一电路群组1041的基本运作的最低操作电压，其由制造工艺决定，不同的制造工艺条件下，第一休眠电压VSl不同。核心电路群组104还包括在休眠状态下不须运作的第二电路群组1043，例如用于处理数据传输的电路，比如数据收发模块(TRX module)的实体层电路(ePHY circuit)。在休眠状态下第一休眠电压VSl无法使第二电路群组1043正常运作，亦即第一休眠电压VSl低于第二电路群组1043的最低操作电压。
[0042]如上所述，藉由在休眠状态下提供低于正常工作电压VO的休眠电压给核心电路群组104，可减少漏电流的产生，进而大幅地减低电力消耗。在休眠状态下，先进制造工艺(<90nm)的电路会产生漏电流，而本发明籍由降低休眠状态下提供的电压从而降低漏电流，而由于电力消耗正比于电压的平方，因此使得通用串行总线集线器100的电力消耗呈平方数地下降。而同时该休眠电压又可使通用串行总线集线器100在休眠状态下所须持续运作的电路(第一电路群组1041)维持基本的运作，从而维持在休眠状态下所须具有的功能。
[0043]例如当使用者唤醒通用串行总线集线器100时，第一电路群组1041可接收唤醒讯号S2，并依据唤醒讯号S2发出通知讯号SI给控制单元102，以使控制单元102控制电压转换单元108输出正常工作电压VO至控制单元102、第一电路群组1042与第二电路群组1043，以使其进入正常状态，而得以执行其所具有的完整功能，其中唤醒讯号S2可例如藉由鼠标或键盘所触发。
[0044]进一步来说，如图1所示的通用串行总线集线器100中的电压转换单元108在一实施例中可包括稳压器110。其中稳压器110耦接控制单元102与核心电路群组104。在一实施例中，稳压器110受控于控制单元102而经由通用串行总线集线器100的一第一输出管脚，将上述的正常工作电压VO与第一休眠电压VSl输出至一外部电感，该外部电感位于通用串行总线集线器200的片外，通用串行总线集线器100还包括一第一输入管脚，耦接核心电路群组104，经由该外部电感接收正常工作电压VO或第一休眠电压VSl。
[0045]值得注意的是，上述实施例的通用串行总线集线器100可例如实施于一芯片上，且电压转换单元108可配置于通用串行总线集线器100内部。
[0046]图2示出了本发明另一实施例的通用串行总线集线器的示意图。图2中标号相同的模块的功能与运作与图1均相同，在此不再赘述。当控制单元102判断出通用串行总线集线器200处于正常状态时，控制单元102控制电压转换单元108产生正常工作电压VO给控制单元102、第一电路群组1041以及第二电路群组1043，以提供控制单元102、第一电路群组1041以及第二电路群组1043运作所须的电源，正常工作电压VO可例如为1.2伏特，然不以此为限。与图1不同的是，当控制单元102判断出通用串行总线集线器200须进入休眠状态时，控制单元102控制电压转换单元108产生第一休眠电压VSl与第二休眠电压VS2，其中第二休眠电压VS2低于第一休眠电压VS1。第一电路群组1041以及第二电路群组1043分别于休眠状态下接收第一休眠电压VSl与第二休眠电压VS2，其中第一电路群组1041则可包括在休眠状态下须进行运作的电路，例如讯号接收检测电路、远程唤醒电路以及低频周期讯号检测电路等等。在休眠状态下控制单元102与第一电路群组1041仍可依据第一休眠电压VSl执行基本的运作。另外，第二电路群组1043可包括在休眠状态下不须运作的电路，例如用于处理数据传输的电路。在图2的实施例中，休眠状态下提供给第二电路群组1043的第二休眠电压VS2是比第一休眠电压VSl更低的电压以进一步降低功耗，第二休眠电压VS2可例如为0.7伏特，然不以此为限，在一实施例中，第二休眠电压VS2可以是保证第二电路群组1043可从休眠状态中唤醒的最低电压值，其由制造工艺决定，不同的制造工艺条件下，第二休眠电压VS2亦不同，第二休眠电压VS2亦可为更低的电压或者是O伏特。
[0047]在图2的实施例中，藉由将电路分为第一电路群组1041与第二电路群组1043，并在休眠状态下提供不同的休眠电压给第一电路群组1041与第二电路群组1043，进一步降低无须运作的第二电路群组1043的休眠电压，从而进一步减少漏电流的产生，进而大幅地减低电力消耗。此外，并提供比正常工作电压VO低的第一休眠电压VSl给控制单元102与第一电路群组1041，可使通用串行总线集线器100维持在休眠状态下所须具有的功能。
[0048]进一步来说，如图2所示的通用串行总线集线器200中的电压转换单元108在一实施例中可包括稳压器202与稳压器204。其中稳压器202耦接控制单元102与第一电路群组1041，而稳压器204耦接控制单元102与第二电路群组1043。在一实施例中，稳压器202受控于控制单元102而经由通用串行总线集线器200的一第一输出管脚，将上述的正常工作电压VO与第一休眠电压VSl输出至一外部电感，该外部电感位于通用串行总线集线器200的片外，通用串行总线集线器200还包括一第一输入管脚，耦接该第一电路群组1041，经由该外部电感接收正常工作电压VO或第一休眠电压VSl。稳压器202则受控于控制单元102而经由通用串行总线集线器200的一第二输出管脚，将上述的正常工作电压VO与第二休眠电压VS2输出至另一外部电感，通用串行总线集线器200还包括一第二输入管脚，耦接该第二电路群组1043，经由该外部电感接收正常工作电压VO或第二休眠电压VS2。
[0049]在其它实施例中，电压转换单元108可仅包括一个稳压器202，而进一步包括一切换单元(未绘示)，该切换单元耦接该控制单元102与该第二电路群组1043，受控于该控制单元102而于该通用串行总线集线器200处于该正常工作状态时，将稳压器202输出的正常工作电压VO提供给该第二电路群组1043，并于该休眠状态时将经由该通用串行总线集线器200的一第二输入管脚输入的第二休眠电压VS2提供给该第二电路群组1043，其中该第二休眠电压VS2来自一主机板(未绘不),经由该第二输入管脚输入。
[0050]现在讨论图1与图2的实施例的优劣。相较于图2的实施例，图1为第一电路群组1041与第二电路群组1043提供相同的休眠电压VS1，尽管电力消耗较之图2的实施例高，但因为电压转换单元108仅需输出一个休眠电压，因此仅需占用通用串行总线集线器200一个输出管脚和一个输入管脚。而图2的实施例占用较多的输出和输入管脚，但漏电流和电力消耗进一步降低，因此图1和图2的实施方式可供设计需要灵活选择。
[0051]图3示出了本发明一实施例的稳压器的示意图。请参照图3，详细来说，稳压器110、稳压器202与稳压器204的实施方式可如图3所不。稳压器300包括稳压电路302、分压单元304以及比较器306。其中稳压电路302耦接参考电压VCC以及比较器306的输出端，比较器306的一输入端耦接分压单元304，另一输入端则接收锯齿波讯号Vsw，分压单元304还耦接稳压电路302的输出端。
[0052]其中分压单元304用以对稳压电路302所输出的稳压电压Vl (亦即上述的正常工作电压V0、第一休眠电压VSl或第二休眠电压VS2)进行分压，以产生分压讯号V2至比较器306。比较器306比较分压讯号V2与锯齿波讯号Vsw以产生脉冲宽度调制讯号PWMl至稳压电路302，使稳压电路302依据脉冲宽度调制讯号PWMl对参考电压VCC进行稳压而产生稳压电压VI，其中稳压电路302可例如为降压电路、升压电路或降压/升压电路。
[0053]详细来说，分压单元304可例如包括电阻Rl?R3以及开关SW1，其中电阻Rl、R2串联于稳压电路302的输出端与接地之间，开关SWl与电阻R3串联于电阻R1、R2的共同接点与接地之间。开关SWl的导通状态受控于控制单元102，藉由控制开关SWl的导通状态即可控制稳压电路302输出正常工作电压或休眠电压。
[0054]图4示出了本发明一实施例的通用串行总线集线器的控制方法。通用串行总线集线器经由通用串行总线耦接于主机或另一通用串行总线集线器。归纳上述通用串行总线集线器的控制方法可包括下列步骤。首先，通过探测通用串行总线的讯号判断通用串行总线集线器是否进入休眠状态(步骤S402)。若通用串行总线集线器处于正常工作状态，控制电压转换单元产生正常工作电压(步骤S404)，相反地，若通用串行总线集线器进入休眠状态，则控制电压转换单元产生第一休眠电压，其中核心电路群组于休眠状态下接收第一休眠电压(步骤S406)。其中第一休眠电压低于正常工作电压，且第一休眠电压低于第二电路群组的最低操作电压。
[0055]综上所述，本发明藉由在通用串行总线集线器处于休眠状态时提供不同的电压给不同的电路群组，以减少漏电流的产生，如此不但可减少通用串行总线集线器的电力消耗，且不会增加额外的制造成本。
【权利要求】
1.一种通用串行总线集线器，其经由一通用串行总线耦接于一主机或另一通用串行总线集线器，该通用串行总线集线器包括: 一控制单元，通过探测该通用串行总线的讯号判断该通用串行总线集线器是否进入一休眠状态； 一核心电路群组，耦接该控制单元；以及 一电压转换单元，内建于该通用串行总线集线器，其耦接该控制单元以及该核心电路群组，受控于该控制单元而于该通用串行总线集线器处于一正常工作状态时产生一正常工作电压，并于该通用串行总线集线器处于该休眠状态时产生一第一休眠电压，该核心电路群组于该休眠状态下接收该第一休眠电压，其中该第一休眠电压低于该正常工作电压。
2.如权利要求1所述的通用串行总线集线器，其中当该核心电路群组于该休眠状态下接收到一唤醒讯号时，该核心电路群组依据该唤醒讯号通知该控制单元控制该电压转换单元输出该正常工作电压至该核心电路群组。
3.如权利要求2所述的通用串行总线集线器，其中该唤醒讯号为由一鼠标或一键盘所触发。
4.如权利要求1所述的通用串行总线集线器，其中该通用串行总线集线器进一步包括: 一第一稳压器，耦接该控制单元与该核心电路群组，受控于该控制单元而输出该正常工作电压或该第一休眠电压； 一第一输出管脚，I禹接该第一稳压器，将该正常工作电压或该第一休眠电压输出至一外部电感；以及 一第一输入管脚，耦接该核心电路群组，经由该外部电感接收该正常工作电压或该第一休眠电压。
5.如权利要求4所述的通用串行总线集线器，其中该第一稳压器包括: 一稳压电路，耦接一参考电压，依据一脉冲宽度调制讯号对该参考电压进行稳压以输出该正常工作电压或该第一休眠电压； 一分压单元，耦接该稳压电路的输出端，受控于该控制单元分压该稳压电路的输出电压，而产生一分压讯号；以及 一比较器，其输入端耦接该分压单元，该比较器的输出端耦接该稳压电路的输入端，该比较器比较该分压讯号与一锯齿波讯号而产生该脉冲宽度调制讯号至该稳压电路。
6.如权利要求5所述的通用串行总线集线器，其中该分压单元包括: 一第一电阻，其第一端与第二端分别耦接至该稳压电路的输出端与一共同接点； 一第二电阻，其第一端与第二端分别耦接至该共同接点与一参考电压； 一第三电阻；以及 一开关，与该第三电阻串接于该共同接点与该参考电压之间，其中该开关的导通状态受控于该控制单元以使该稳压电路输出该正常工作电压或该第一休眠电压。
7.如权利要求1所述的通用串行总线集线器，其中当该通用串行总线集线器的规格为USB2.0时，该控制单元通过探测该通用串行总线上传输的握手协定的机制中定义的特定图案判断该通用串行总线集线器是否进入该休眠状态；以及 其中当该通用串行总线集线器的规格为USB3.0时，该控制单元通过探测该通用串行总线上的来自该主机或该另一通用串行总线集线器的一提示讯号判断该通用串行总线集线器是否进入该休眠状态。
8.如权利要求1所述的通用串行总线集线器，该核心电路群组还包括一第一电路群组及一第二电路群组，其中该第一电路群组包括于该休眠状态下须进行运作的核心电路，该第二电路群组包括于该休眠状态下不须运作的核心电路，其中该第一休眠电压低于该第二电路群组的一最低操作电压。
9.如权利要求8所述的通用串行总线集线器，其中该电压转换单元受控于该控制单元而还于该通用串行总线集线器处于该休眠状态时产生一第二休眠电压，该第二电路群组于该休眠状态下接收该第二休眠电压，该第一电路群组于该休眠状态下接收该第一休眠电压，其中该第二休眠电压低于该第一休眠电压。
10.如权利要求8所述的通用串行总线集线器，其中该通用串行总线集线器进一步包括: 一第二稳压器，耦接该控制单元与该第二电路群组，受控于该控制单元而输出该正常工作电压或一第二休眠电压； 一第二输出管脚，耦接该第二稳压器，将该正常工作电压或该第二休眠电压输出至一外部电感；以及 一第二输入管脚，经由该外部电感接收该正常工作电压或该第二休眠电压。
11.如权利要求8所述的通用串行总线集线器，其中该通用串行总线集线器进一步包括: 一第二输入管脚，接收来自一主机板的一第二休眠电压；以及一切换单元，其耦接该控制单元与该`第二电路群组，受控于该控制单元而于该通用串行总线集线器处于该正常工作状态时，将该正常工作电压提供给该第二电路群组，并于该通用串行总线集线器处于该休眠状态时将该第二休眠电压提供给该第二电路群组。
12.一种通用串行总线集线器的控制方法，该通用串行总线集线器经由一通用串行总线耦接于一主机或另一通用串行总线集线器，该控制方法包括: 通过探测该通用串行总线的讯号判断该通用串行总线集线器是否进入一休眠状态；于该通用串行总线集线器处于一正常工作状态时，控制一电压转换单元产生一正常工作电压；以及 于该通用串行总线集线器处于该休眠状态时，控制该电压转换单元产生一第一休眠电压，其中一核心电路群组于该休眠状态下接收该第一休眠电压； 其中该第一休眠电压低于该正常工作电压，其中该电压转换单元内建于该通用串行总线集线器。
13.如权利要求12所述的通用串行总线集线器的控制方法，其中该核心电路群组还包括一第一电路群组及一第二电路群组，该第一电路群组包括于该休眠状态下须进行运作的核心电路，该第二电路群组包括于该休眠状态下不须运作的核心电路，其中该第一休眠电压低于该第二电路群组的一最低操作电压。
【文档编号】G06F13/38GK103678213SQ201310593604
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】陈宜德, T.S.史, 林小琪 申请人:威盛电子股份有限公司