具有供电合约协商能力的端口控制器的制作方法

具有供电合约协商能力的端口控制器
1.分案申请的相关信息
2.本申请是发明名称为“具有供电合约协商能力的端口控制器”、申请号为201680065253.4、申请日为2016年11月14日的发明专利申请的分案申请。


背景技术：

3.包含usb缆线及连接器的传统通用串行总线(usb)系统通常用于在多个电子装置之间传递数据，及将低电平功率(例如，在5v或更小的电压电平下)从源装置提供到接收装置。此低电平功率传递使较小低功率装置，例如智能手机能够从较大装置，例如笔记本计算机的电池进行充电。然而，此低电平功率不足以为具有更大功率需求的较大装置，例如笔记本计算机本身充电。因此，将此较大装置降级为使用到市电电源(“壁式插座”)的传统筒状插孔(或“电源块”)连接。
4.具有电力传递(pd)能力的较新usb类型c系统通过以更高电平(例如，具有大于5v的电压)实现功率的输出及输入而使传统的usb供电能力更进一步。因此，举例来说，适当配置的笔记本计算机可使用此较新的usb系统来为较小装置充电(如同传统的usb系统)及从市电充电(传统usb系统无法实现)。具有pd能力的此较新usb类型c系统不需要大体积及不方便的筒状插孔连接及设备。


技术实现要素：

5.在所描述的实例中，电子装置端口系统包括第一装置，所述第一装置经配置以经由通用串行总线(usb)缆线协商来自电源的供电合约。所述系统还包括第二装置，所述第二装置经配置以在第一装置不能够协商来自电源的供电合约时，经由usb缆线协商来自电源的供电合约。第二装置经配置以在第二装置与电源协商供电合约之后激活开关。开关经配置以准许根据协商的供电合约将电力从电源提供到电子装置的电池系统。一或多个此类实例可按任何次序及按任何组合使用以下技术中的一或多者补充：其中usb缆线是具有电力传递(pd)能力的usb类型c缆线；其中第一装置包括类型c端口管理器；其中第二装置包括类型c端口控制器；其中第二装置经配置以确定第一装置不能够基于为第一装置供电的轨道电压源协商供电合约；其中系统经配置以将电力输出到另一电子装置；其中开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)；其中第二装置经配置以经由usb缆线中的配置信道(cc)协商来自电源的供电合约；其中经由usb缆线中的一对专用电力线将根据协商的供电合约供应的电力提供到开关；其中在根据协商的供电合约接收电力之后，电池系统为第一装置供电；及其中第二装置经配置以在确定第一装置能够协商来自电源的供电合约之后将供电合约协商交给第一装置。
6.在进一步描述的实例中，系统包括电池系统及dc
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dc转换器，其耦合到所述电池系统及经配置以提供轨道电压源。所述系统还包括端口管理器，所述端口管理器由轨道电压源供电及经配置以经由通用串行总线(usb)缆线代表系统与电力供应器协商供电合约。所述系统进一步包含端口控制器，所述端口控制器经由usb缆线由电源供电及经配置以在端
口控制器检测到端口管理器被供电成低于阈值水平，电池系统被供电成低于另一阈值水平或两者时，经由usb缆线代表系统与电力供应器协商供电合约。一或多个此类实例可按任何次序及按任何组合使用以下技术中的一或多者补充：其中端口控制器经配置以确定端口管理器经由内置集成电路(i2c)连接被供电成低于阈值水平；其中端口控制器经配置以确定电池系统经由轨道电压源被供电成低于另一阈值水平；其中usb缆线是具有电力传递(pd)能力的usb类型c缆线；其中电力供应器是市电适配器；其中电力供应器是便携式电子装置；其中系统包括第二端口控制器，其经配置以在第二端口控制器检测到端口管理器被供电成低于阈值水平，电池系统被供电成低于另一阈值水平或两者时，经由usb缆线代表系统与电力供应器协商供电合约，及其中仅当端口控制器向第二端口控制器提供准许指示时，第二端口控制器与电力供应器协商供电合约。
7.在更多所描述实例中，方法包括使用装置来经由数据及电力传输缆线协商来自电源的供电合约；确定装置不接收符合最小阈值的电力；经由数据及电力传输缆线检查从电源接收的供电选项；选择所接收的供电选项中的一者；向电源提供选择的指示；根据选择从电源接收电力；及在电源与电池系统之间建立电路径。一或多个此类实例可按任何次序及按任何组合使用以下技术中的一或多者补充：其中装置包括usb类型c端口管理器；其中在电源与电池系统之间建立电路径包括闭合p型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)开关及闭合串联耦合到p型mosfet的n型mosfet。
附图说明
8.图1是经配置以经由具有pd能力的usb类型c系统从市电输出电力及进一步经配置以经由相同usb系统将电力输入到另一电子装置的说明性电子装置的透视图。
9.图2是具有pd能力的usb类型c系统中的缆线的至少一些内容的说明性示意图。
10.图3是与具有pd能力的usb类型c系统兼容的说明性电子装置端口系统的示意框图。
11.图4是根据各种实施例的说明性过程的流程图。
12.图5是图3中所描绘的端口控制器的说明性示意框图。
具体实施方式
13.为了促进经由具有pd能力的usb类型c输出及输入高于传统的功率电平，usb端口(例如，笔记本计算机及usb壁适配器中的端口，或笔记本计算机及较小电子装置中的端口)必须协商供电合约，这表示电源(例如，市电usb适配器)必须向接收器(例如，笔记本计算机usb端口系统)提供一或多个功率电平以供选择，及接收器必须从可用功率电平之中选择及开始输入电力。此供电协商被视为高阶任务，因此通过由嵌入式控制器(及/或通过另一处理器，例如，片上系统(soc)或应用程序处理器(ap))执行。
14.本文所描述实施例中的至少一些涉及usb类型c/pd兼容的电子装置端口系统，其经配置以在通常负责电力协商的嵌入式控制器(或其它处理器)临时丧失能力时执行电力协商。更具体来说，在一些情况下，电子装置电池系统可被完全放电，并且因此，电子装置端口系统内的嵌入式控制器不可用于与能够将电力供应到电子装置的适配器协商供电合约。在此类情况下，通常不负责供电合约协商等高级功能的端口控制器确定嵌入式控制器丧失
能力并接管供电协商，直到嵌入式控制器再次通电。在嵌入式控制器再次通电并能够进行供电合约协商之后，端口控制器将其供电合约协商职责交还给嵌入式控制器。此技术减少协商电子装置的供电合约所需的时间量，并减少嵌入式控制器及一般来说电子装置的停机时间。
15.图1是经配置以经由具有pd能力的usb类型c系统从市电输出电力及进一步经配置以经由相同usb系统将电力输入到另一电子装置的说明性电子装置的透视图。具体来说，图1描绘适用于耦合到usb类型c/pd缆线104的电子装置100，所述缆线具有安置于缆线的相对端上的连接器102、106。电子装置100作为笔记本计算机的描述仅是说明性的；在其它实施例中，电子装置100可采用各种其它电池供电的电子装置中的任一者的形式，例如且不限于，膝上型计算机、平板计算机(例如，)、智能电话、便携式音乐播放器及与usb类型c及pd规范兼容的任何其它电池供电的电子装置。关于图2更详细地描绘及描述usb缆线104的内容。
16.电子装置100包括连接器102可耦合到的usb类型c/pd端口116。在usb缆线104的相对端处的连接器106可耦合到各种装置。举例来说，连接器106可耦合到插入壁式插座110中及从壁式插座110输入电力的市电适配器108。在此配置中，电子装置100内的端口系统与市电适配器108通信以协商供电合约，由此市电适配器108将电力输出到端口系统及更一般而言，输出到整个电子装置100。在另一配置中，连接器106耦合到电子装置112中的usb类型c/pd端口114。(在一些实施例中，usb缆线104可直接硬连线到电子装置100及/或电子装置112。)图1将电子装置112描绘为平板计算机，但是电子装置112是能够经由usb类型c/pd缆线104由电子装置102充电的任何便携式电池操作的电子装置。在此配置中，电子装置102中的usb端口系统与电子装置112内的usb端口系统通信以协商供电合约，由此电子装置102将电力输出到电子装置112。
17.如下文将更详细地描述，图1中所描绘的电子装置中，例如电子装置100中的usb类型c/pd端口系统包括处理端口系统的更高级操作的类型c端口管理器(tcpm，例如，嵌入式控制器、系统芯片及/或应用处理器)，例如，经由usb类型c/pd缆线与其它电子装置的供电合约协商。每个端口管理器管理一或多个端口控制器，其中每个端口控制器通常控制单个端口。因此，在多端口装置中，端口管理器可管理多个端口控制器。端口控制器通常处理对应端口的低级操作，例如，路由及管理输入电力及数据、输出电力及数据等。
18.端口管理器直接通过直接或间接从电子装置电池接收到的电压源轨道供电。当电池无电或电池电量下降到低于阈值时，端口管理器不再能够与其它电子装置执行供电合约协商，并且因为其功率电平下降到低于阈值而脱机。在端口管理器临时丧失能力的此情况下，用于通过端口管理器管理的端口的端口控制器可“上前”并接管端口管理器的电力合约协商职责。在与外部电子装置协商供电合约之后，端口控制器可在外部电子装置与负责将电力供应到端口管理器的无电电池之间建立电路径。以此方式，端口管理器再次通电，并且端口控制器随后将其供电合约协商职责交还给端口管理器。在具有多个端口控制器的装置中，控制器可在本身之中确定哪个控制器将处理供电合约协商。
19.图2是usb类型c/pd缆线104(缆线104还在图1中描绘)内的导体中的至少一些的说明性示意图。缆线104包含配置信道(cc)200、一对电力线(vbus)202a及202b，及多个数据线204。cc线200可专用于关于供电合约协商的通信。电力线202a、202b可专用于输出及/或输
入电力。数据线204可专用于传递数据(例如，基于文本的文件、音频文件、视频文件)。usb缆线104及其连接器(图1中展示，但从图2省略)支持类型c及pd规范两者。然而，实例实施例的范围不限于在usb类型c/pd上下文中实施所公开技术，并且所公开技术可扩展到进行供电合约协商的任何当前或未来usb规范。
20.图3是支持usb类型c/pd规范(或替代地，启用供电合约协商的合适的usb规范)的说明性电子装置端口系统的示意框图。具体来说，图3描绘端口系统300，其包含端口控制器302；类型c电源管理器(tcpm)304，其包括嵌入式控制器(ec)308及/或片上系统(soc)及/或应用程序处理器(ap)306；电池系统310；dc/dc转换器312；另一dc/dc转换器314；入站电力线316；出站电力线318；连接电池系统310及dc/dc转换器312、314的节点320；耦合ec 308、dc/dc转换器314、soc/ap 306及端口控制器302的节点322；耦合soc/ap 306、ec 308及端口控制器302的节点324；通用输入/输出(gpio)连接326；n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)328；与mosfet 328串联耦合的p型mosfet 330；n型mosfet 332；与mosfet 332串联耦合的p型mosfet 334；及mosfet控件336到339。在一些实施例中，可使用多个串联耦合的n型mosfet及/或多个串联耦合的p型mosfet。
21.端口控制器302包括使端口控制器302能够执行本文中归因于端口控制器302的各种动作的任何合适逻辑(例如，硬件、软件及/或固件)。类似地，soc/ap 306及ec 308包括使soc/ap 306及ec 308能够执行本文中归因于soc/ap 306及ec 308的各种动作的合适逻辑(例如，硬件、软件及/或固件)。电池系统310可在入站电力线318上以不同电平接收电压及电流(例如，9v及2a；12v及1a)。节点320上的电压电平可处于各种电平中的任一者处(例如，9v)。dc/dc转换器312可在出站电力线316上将节点320上的电压下降到，例如5v。出站电力线316可用于经由mosfet 328、330将电力从电池系统310输出到其它电子装置。类似地，dc/dc转换器314可在轨道电压源322上将节点320上的电压下降到，例如3.3v。轨道电压源322经由插脚vdd提供到ec 308，经由插脚vdd提供到soc/ap 306，及经由插脚vdd提供到端口控制器302。节点324经由内置集成电路(i2c)插脚耦合到soc/ap 306，经由i2c插脚耦合到ec 308，及经由i2c插脚耦合到端口控制器302，由此使这三个组件能够彼此通信。端口控制器302经由cc插脚耦合到cc线200，及经由vbus及gnd插脚耦合到vbus电力线。端口控制器302经由开关控制插脚输出mosfet控件336到339。
22.现在联合图4的说明性过程400描述图3的端口系统300的操作。过程400开始于监视端口控制器轨道电压源(框402)，及确定轨道电压源是否可用(框404)。端口控制器302可执行此步骤。端口控制器302监视vdd插脚上的轨道电压源322的电源电压，所述电源电压下降到低于预定阈值。举例来说，在一些实施例中，端口控制器302可包含电压比较器或耦合到电压比较器，所述电压比较器将轨道电压源322与参考电压(例如，预定阈值)相比较，及使用电压比较器的输出来确定轨道电压源322的状态。如果轨道电压源下降到低于阈值，则仅通过轨道电压源供电的tcpm 304脱机。因此，tcpm 304，且更具体来说，其构成组件soc/ap 306及/或ec 308不能够协商供电合约(或，如果已协商前一个合约，则这些组件不能够在需要时协商新的供电合约)。替代地或另外，端口控制器302可直接经由i2c节点324(举例来说且非限制性地，通过由soc/ap 306及/或ec 308发送的周期性心跳信号，或通过对由端口控制器302发送的周期性心跳信号的响应)监视soc/ap 306及/或ec 308的状态。如果与这些组件中的任一者通信的尝试不成功，则端口控制器302可推断这些组件供电不足(即，
低于预定阈值)并因此脱机。如果负责协商供电合约的在soc/ap 306及ec 308之间的组件脱机，则tcpm 304被视为不能够协商供电合约。因此，不管端口控制器302是否使用轨道电压源322及/或i2c324，如果端口控制器302确定soc/ap 306或ec 308(无论哪个负责协商供电合约)脱机，则端口控制器302确定tcpm出于供电合约协商目的可能离线(框406)。
23.说明性方法400可通过经由cc插脚请求及检查通过另一外部电子装置展现的电源选项来继续(框408)。此步骤可例如通过端口控制器302执行。具体来说，在确定通过负责供电合约协商的tcpm 304脱机之后，端口控制器302与端口系统300经由cc 200耦合到的电子装置通信以开始协商经由cc 200接收电力。举例来说，如果端口系统300容纳在笔记本计算机内，则cc 200可耦合到市电适配器，例如，图1中所描绘的适配器108。类似地，如果端口系统300容纳在智能电话内，则cc 200可耦合到膝上型计算机或市电适配器。不管cc 200耦合到的外部电子装置的本质，假设电子装置与usb类型c/pd规范兼容。因此，端口控制器302及外部电子装置经由cc 200协商供电合约。具体来说，在一些实施例中，在请求之后，电子装置向端口控制器302展现供选择的多个电力供应器选项。举例来说，电子装置可向端口控制器302展现第一电流处的第一电压、第一电流处的第二电压、第二电流处的第三电压等。
24.方法400随后包括经由cc 200选择目标电源选项(框410)。端口控制器302可执行此步骤。端口控制器302可预编程有特定电压及电流组合，所述组合可接受用于为电池系统310充电。端口控制器302基于预编程到端口控制器302中的偏好而从由cc 200耦合到的外部电子装置提供的供电选项中选择选项。如果未经由cc 200提供优选的电压及电流组合，则端口控制器302可选择最紧密接近预编程到端口控制器302中的优选或可接受选项的选项。端口控制器302可经由cc 200通知电子装置其选择(框412)。步骤408、410及412因此是供电合约协商过程的部分。
25.过程400接下来包括当电子装置准备好用作电池系统310的电力供应器时，经由cc 200从电子装置接收备用消息(框414)。端口控制器302经由cc 200从外部电子装置接收备用消息。此时，端口系统300可以开始从外部电子装置输入电力。因此，在接收备用消息之后，端口控制器302使用mosfet控件338、339激活mosfet 332、334(框416)。mosfet控件338、339包括到mosfet的栅极及源极的连接，可经由所述连接施加激活mosfet 332、334的vgs电压。端口控制器302还可确保此时使用mosfet控件336、337关闭mosfet 328、330。
26.激活mosfet 332、334有助于从外部电子装置通过vbus电力线202a、202b，通过入站电力线318及到达电池系统310输入电力。以此方式，电池系统310得到充电，并且通过扩展，tcpm 304经由dc/dc转换器314供电(框418)。在电池系统310充分充电，使得轨道电压源322通过端口控制器302确定为高于预定阈值之后，或如果端口控制器302经由i2c节点324确定soc/ap 306及/或ec 308(无论哪个负责进行供电合约协商)再次通电，则端口控制器302将其供电合约协商职责交给tcpm 304(且更具体来说，交给通常负责协商供电合约的soc/ap 306及/或ec 308中的无论哪个)(框420)。端口控制器302可使用例如经由i2c插脚及节点324传输的一或多个消息转交这些职责。
27.在端口系统具有多个端口控制器的情况下，端口控制器可经由gpio 326彼此通信，使得为电池系统310供电的工作不通过多个端口控制器复制。举例来说，第一端口控制器可将准许指示发送到第二端口控制器，所述准许指示指示出第二端口控制器可或可不参与协商供电合约及控制mosfet开关以形成电源与电池系统之间的电路径。在一些实施例
中，端口控制器中的一者可表示为主端口控制器，并且其余端口控制器可表示为从端口控制器，这表示主端口控制器使用准许指示来指定哪个端口控制器将协商供电合约。此指定可例如作为预编程的特征，或在端口管理器(例如，图3的tcpm 304)的指导下进行。可按需要修改方法400，包含通过添加、删除、修改或重排一或多个步骤。
28.图5是图3中所描绘的端口控制器302的说明性示意框图。端口控制器302包含电源管理组件500；过压/过流保护监视器502；模拟驱动器504；及控制逻辑506。控制逻辑506包含可执行代码508(例如，软件、固件)及执行本文中归因于控制逻辑506的动作所需的任何其它硬件。电源管理组件500接收vbus电力线202a、vdd 322及接地线202b。vbus电力线202a还提供到监视器502，所述监视器又将启用信号提供到模拟驱动器504。模拟驱动器504发出mosfet控件336到339，所述mosfet控件用于激活及停用mosfet 328、330、332及334(图3)。控制逻辑506接收cc 200及gpio 326。此外，控制逻辑506经由总线510耦合到电源管理组件500，经由总线512耦合到监视器502，及经由总线514耦合到模拟驱动器504。
29.在操作中，控制逻辑506经由cc 200协商供电合约。控制逻辑506还管理电源管理组件500、监视器502及模拟驱动器504的动作。电源管理组件500经由电力线202a、202b接收电力，并且经由总线510将关于所接收电力的信息传送到控制逻辑506。取决于是否已成功地协商供电合约，模拟驱动器504在控制逻辑506的指导下使用mosfet控件336到339激活及停用mosfet。如果供应过量电压或电流(例如，超过所定义阈值的电压或电流)，则监视器502经由总线516用信号通知模拟驱动器504停用mosfet332、334(图3)。此动作保护端口系统免受过压及过流情况的有害影响。此外，控制逻辑506经由gpio 326发出通信及从其它端口控制器的控制逻辑接收通信。
30.在所描述的实施例中可能进行修改，且其它实施例在权利要求的范围内为可能的。