智能地為裝置提供電力的方法和設備的制作方法

專利名稱：智能地為裝置提供電力的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及電子裝置的電力管理領域。更具體地講，在一個示例性方面，本發明針對經由統一的電力和數據接口智能地為對等裝置或從屬裝置提供電力的方法和設備。
背景技術：
許多已有的計算機系統或電子接口集成或統一了各種類型的功能，包括數據和電能輸送。例如，接口可提供用于計算機化的裝置與相關的外圍設備之間的信令和功率輸送的端口。針對USB 2. O和USB 3. O的已有方案向/從USB裝置和主機提供功率輸送(有關通用串行總線(USB)的細節記載在2000年4月27日公布的標題為“Universal Serial BusSpecification”的USB規范修訂版2· O以及2008年4月4日公布的標題為“UniversalSerial Bus 3.0 Specification”的USB 3. 0規范修訂版0. 85等中；其內容均以引用方式整體并入本文)。例如，上述USB 2. O規范定義了 2. 5W的最大功率輸送(USB 2. O在5V下最多支持五(5)個IOOmA負載)。類似地，上述USB 3. O規范定義了 4. 5W的最大功率輸送(USB 3. O在5V下最多支持六(6)個150mA負載)。遺憾的是，已有的USB功率輸送機制不足以經由標準化的USB機制向例如移動計算機或膝上型計算機等的若干種類型的裝置供電。許多移動計算機根據配置、操作模式等可消耗40W至85W范圍內的功率；這些功率汲取水平比目前的USB供電能力高十(10)倍以上。因此，需要改進的方案來經由已有端口接口向某些裝置輸送非標準功率(如，大大增加功率輸送能力)。這樣的改進方案理想情況下應該與構成接口的已有和遺留功能(如，標準USB功率輸送)保持完全兼容。然而，更一般的是，需要改進的方法和設備來經由例如標準化接口智能地為具有不同要求的各種裝置提供多種功率輸送能力
發明內容
本發明通過提供用于電子裝置功率輸送和管理的改進的方法和設備來滿足上述需要。在本發明的第一方面，公開了一種為外圍設備或從屬裝置供電的方法。在一個實施例中，所述方法包括使用所述外圍設備和另一裝置(如，主機)之間的接口來采用增強功率輸送模式。在一個變形例中，結構接口(如，連接器)是具有一個或多個信號(如，光學和/或電)接口和電源接口的統一配置，所述方法包括使用所述電源接口來提供增強功率模式和能力。在另一變形例中，所述接口是具有光學和USB接口的統一接口，所述方法包括將所述USB接口的分工從其正常功能重新分配為用作增強功率輸送通道，而將所述光學接口的任務分配為處理所有數據通信。在本發明的第二方面中，公開了一種系統電源控制器。在一個實施例中，所述控制器為集成電路，其適于與另一裝置的實體進行通信以便協商并智能地控制功率輸送。在本發明的第三方面中，公開了一種包括被供電裝置和供電裝置的系統。在一個實施例中，所述被供電裝置是外圍設備，并且所述供電裝置是充電主機(如，計算機)。在本發明的第四方面中，公開了一種智能外圍設備或“從屬”裝置。在一個實施例 中，所述外圍設備具有足夠的智能(如，經由控制器或其他此類邏輯)來經由數據接口與主機協商，以獲得“增強”功率以便于所述外圍設備操作。在本發明的第五方面中，公開了一種使用單個電源為多個鏈接的外圍設備供電的方法。在本發明的第六方面中，公開了一種能夠進行增強的供電的數據接口。在一個實施例中，所述接口是統一接口，其具有相關的智能以使能增強的功率信號(如，更高水平的功率，足以完全從一個裝置對另一裝置供電)的協商和輸送。在本發明的第七方面中，公開了一種適用于增強的功率輸送和/或接收的計算機化的設備。在一個實施例中，所述設備包括雙接口，其具有用于數據傳輸的一個或多個接口以及具有能夠驅動多個功率水平的功率輸出的電源接口 ；處理器，其耦合至所述電源接口 ；存儲裝置，其與所述處理器數據通信。所述存儲裝置包括計算機可執行指令，所述指令在由所述處理器執行并響應于裝置耦合至所述雙接口時針對所述裝置確定功率水平；使能以所述功率水平輸出功率。在另一實施例中，所述設備包括雙接口，其具有用于數據傳輸的第一接口以及用于數據傳輸的第二接口，所述第二接口還具有能夠驅動多個功率水平的功率輸出；處理器，其耦合至所述第二接口 ；存儲裝置，其與所述處理器數據通信。所述存儲裝置包括計算機可執行指令，所述指令在由所述處理器執行并響應于裝置耦合至所述雙接口時針對所述裝置確定功率水平；使能以所述功率水平輸出功率。本領域普通技術人員參照附圖以及下面給出的對示例性實施例的詳細描述將理解認識到本發明的其他特征和優點。


圖I是包括一個或多個收發器的一般性統一接口的圖示。圖2是包括光學收發器和USB 3. O收發器的一個示例性統一接口收發器的圖示。圖3是根據本發明的包括能夠進行增強功率操作的兩(2)個裝置的一個示例性系統。
圖4是根據本發明的由系統管理控制器管理的配電架構的一個示例性實施例。圖5是根據圖4的示例性配電架構，從第一裝置對第二裝置進行充電的消息傳送處理的圖示。圖6是根據圖4的示例性配電架構，從第一裝置向第二裝置(沒有電源)供電的消息傳送處理的圖示。圖7是根據本發明的智能地為裝置提供電力的一般性處理的一個實施例的邏輯流程圖。圖8是根據本發明配置的“增強”功率使能的設備的一個實施例的框圖。圖9是使用本發明的增強功率輸送功能的一個示例性系統的框圖。
具體實現方式 現在參照附圖，其中相同的標號始終指代相同的部件。概述在一個方面，本發明提供智能地為裝置提供電力的方法和設備。在一個示例性實施例中，統一接口被配置為安全地提供超過先前可能值的數量級的功率水平(如，28V(85W))。系統管理控制器(SMC)與其他類似裝置通信，以協商“增強的”功率輸送；即，與現有技術的經由標準化接口的功率輸送不同，本發明的協商的功率輸送使能經標準化連接器提供非標準功率。SMC的智能確定連接的裝置是否也智能/兼容，以防止與不被使能的裝置的無用操作。在本發明的一種實現方式中，裝置可向被供電的主機請求非標準功率水平，或者作為另外一種選擇，不被供電的外圍設備可向主機請求非標準功率水平，從而使能經由同一接口接收功率和數據的“單線纜”方案。示例性實施例利用電源收發器來協商電源管理，因此主要接口(如，數據接口，例如光學收發器)完全不受電源管理通信量的影響。輸送功率的協商保持與軟件應用通信量(如，外圍設備接入、網絡接入等)分離，并可在非常低水平的邏輯或處理內實現。另外，使能本發明的裝置可恢復至遺留或現有的供電操作方法(如，經USB接口或墻壁適配器等以較低電平供電)。沒有檢測到被類似地使能的裝置的裝置繼續依照已有標準或技術操作。在一種實現方式中，有意地使接口與已有標準兼容，以確保使能本發明的裝置能夠與廣泛的不被使能的設備無縫交互。示例性實施例的詳細描述現在詳細描述本發明的示例性實施例。盡管主要在統一接口的情境下討論這些實施例，本領域普通技術人員將認識到，本發明不限于此。實際上，本發明的各個方面可用于能夠受益于向多種裝置類型供電(或向相同或不同的裝置供應多種類型的功率)的任何系統接口或連接，如本文所述。示例性統一端口接口統一端口可組合多種收發器類型，以便經標準接口支持寬范圍的I/O協議。統一接口的初期實施應該用單一連接器類型取代廣泛的連接器類型，包括USB、FireWire,以太網、eSATA、VGA、DVI、Di spIayPort等。統一端口可包括對(i )所謂的“即插即用”配置、(i i )高速數據傳輸的支持。另外，這樣的統一接口應該支持各種各樣的網絡拓撲，例如包括菊花鏈、層次樹、對等連接、一般圖形拓撲等。圖I是一般性統一接口 100的圖示。統一接口包括第一接口 102和第二接口 104兩者。應該理解，統一接口可包括任何數量的接口，兩(2)個僅僅是用作說明。替代實施例可經單個接口實現多個協議，或者相反，多個接口(N)至多個協議(M)。本領域普通技術人員根據本公開的內容可容易地實現多個接口至多個協議的映射(N至M)。另外，應該理解，統一接口實現方式可以同時地或可切換地支持多個獨立接口。圖2是用電接口(這里，USB 3. O)和光學接口 202實現的一個示例性統一接口200。如圖所示，每一接口包括至配合的統一端口的雙重單工通信信道(即，各方向上的單向連接)。每一鏈路可分成多個“通道(lane)”。對于示例性光學接口，通道表征為光纖中復用的光的一個或多個波長。對于示例性電接口，通道表征為耦合的差分連接(即，接收差分對(RX)和發送差分對(TX))。如圖所示，此實施例的電接口為USB 3. O收發器，其還包括USB 2. O收發器204和 USB超高速(SS)收發器206。在USB 3. O操作期間，僅一個USB收發器活動(B卩，僅USB 2.0或USB SS)。USB SS總線由兩(2)個單向差分鏈路(發送(TX)和接收(RX))組成。USB 2.0總線為差分總線(D+，D-)，其支持兩個方向上的單向數據傳輸和雙向控制。D+/D-信號管腳USB 2. O在USB SS操作時不使用；然而，電源和接地(VBUS和GND)共享。通常，USB功率輸送規定在標準5V電壓下進行。上述USB規范(先前整體以引用方式并入)支持5. 25V至4. 75V (即，5V+_5%)的電源電壓范圍。另外，在可接受的電壓范圍內，USB規范還指定“單位”負載。低功率裝置通常消耗單個單位負載。高功率裝置可消耗最大數量的單位負載。在USB 2.0規范內，單位負載為100mA，并且每一裝置可支持最多達五(5)個單位負載。USB 3. O裝置的單位負載增大至150mA,可承受最多六(6)個單位負載。默認地，所有裝置初始為低功率(即，僅消耗一(I)個單位負載)的狀態；隨后，該裝置必須請求高功率操作以接收附加功率。圖2的統一接口 200實現USB 2. O兼容接口 204、USB SS兼容接口 206和光學接口 202。這些接口可同時和獨立操作。示例性系統架構圖3是根據本發明的一個或多個方面的一個示例性系統架構300的圖示，其被配置為經由標準化統一接口智能地以多個功率水平向可能具有不同的功率輸送要求的若干示例性裝置350輸送功率。圖3的每一示例性裝置350包括(i )第一收發器302、( i i )第二收發器304和(i i i )電源接口 306。在一個實施例中，第一收發器302是光學接口。在另一實施例中，第二收發器304為USB 3. O兼容的電接口。將認識到，通過本發明還可想到“僅USB 2. O”和“僅USB
3.O”變形例(S卩，光學僅加USB 2.0，或光學僅加USB 3.0)。電源接口 306是能夠支持現有技術的USB功率模式(即，用于USB2. O和USB 3. O的低功率模式和高功率模式)和“增強”功率模式的VBUS連接。增強功率模式功率輸送要求比典型的現有技術USB功率輸送水平高十倍以上。另夕卜，增強功率模式在85W的最大功率輸出下支持28V的更高最大電壓。這轉化成大約3A的平均電流汲取。如圖3所示，第一裝置350A向第二裝置350B提供電力；然而，從下文將明顯的是，此圖示方向是任意選擇的，意在描述圖3的示例性實施例。根據本發明的原理，下面概述其他靈活的功率輸送實現方式。如圖所示，第一和第二裝置(350A，350B)經由標準化接口耦合。盡管未示出裝置的實際配合，本領域技術人員將理解，任何數量的方案可用于標準化接口的物理和電配置(如，與陰型連接器配合的陽型連接器、插入線纜等)。每一裝置350A、350B還包括(iv)主要處理器308、(V)橋式電路310和(vi)系統管理控制器(SMC) 312。主要處理器308通常包括數字信號處理器、微處理器、現場可編程門陣列等。該處理系統用作裝置350的“主控(master)”處理元件，并被配置為執行通常與另一裝置或用戶交互的軟件應用。例如，主要處理系統管理數據傳輸并控制統一接口。因此，該處理系統控制物理操作、網絡連接和數據傳輸協議；如，主要處理系統橫跨統一接口的一個或多個“通道”建立與其他裝置的通信鏈路。如圖3所示，第一裝置和第二裝置(350A，350B)的主要處
理器已經經由第一收發器302建立了數據傳輸信道(光學鏈路)。主要處理器308經由橋式電路310連接至統一接口。橋式電路是可配置的構造，適于管理主要處理器308的外部接口。例如，橋式電路的常見實現方式邏輯上分成北橋和南橋，其中北橋處理高速存儲器存取(如，動態隨機存取存儲器(DRAM))，南橋處理外圍設備或網絡接入(如，以太網、USB、FireWire等)。如圖3所示，橋式電路被配置為(i)將主要處理器308連接到第一收發器302和第二收發器304，(ii)將主要處理器連接到系統管理控制器312，(iii)將系統管理控制器連接到第二收發器304。上述連接和拓撲僅是說明性的；本領域技術人員容易理解，橋式電路可動態配置，并且可以支持連接的交換、禁用/使能、復用等。系統管理控制器(SMC)312是負責裝置管理特征的次要設備(如處理器)，通常獨立于主要處理器308。例如，SMC的某些實現方式可在不對主要處理器供電的情況下起作用。SMC能力可包括(i )電源管理(如，電源排序、重置、睡眠等);(i i )環境管理(如，熱控制、風扇控制、環境光監測、背光控制、加速計等)；(iii)各種各樣的I/O功能(如，鍵盤、鼠標等)，
坐坐寸寸ο然而，與現有技術的裝置不同，示例性裝置350已被進一步修改，以使用其相應的SMC 312、橋式電路310以及統一接口的分配部分來支持增強功率模式輸送。更具體地講，示例性裝置350被配置為通過統一端口的電源接口 306在SMC之間建立通信信道。第一SMC橫跨USB電源接口與第二 SMC建立通信鏈路，同時保持為遺留USB兼容的主機和裝置所指定的已有功率輸送功能和要求。電源管理通常需要非常低的信息速率，并且可以根據需要用次要處理器(如，I2C、RS-232等)之間的低速通信協議或其他方法來實現。也可使用現有的電源管理協議(并且可根據需要修改)以實現本發明的智能增強功率模式。現在參照圖4，SMC針對本發明的一個實施例管理配電。如圖所示，電源架構400包括(i)標準電源連接器402、(ii)電源模塊450和(iii)統一連接器404。SMC提供用于在各種功率輸送模式之間切換的控制邏輯。SMC控制邏輯連接408表示SMC和電源模塊450之間的一般連接鏈路。電源模塊內的各個控制連接為了清晰起見未示出，通常與實現方式相關。SMC電源管理邏輯通常實現于適于存儲軟件指令的計算機可讀介質(如，HDD、致密閃存卡或其他外部卡、CD ROM、存儲器等)內，并可包括用于調節的功率輸送、智能功率輸送、故障轉移機制、功率損耗執行等的指令。電源管理邏輯的示例性實施例在下文有更詳細的描述。標準電源連接器402包括必要的變壓器以將通常在介于100VAC-240VAC單相(SP，北美或歐盟內提供的典型電源)之間的范圍內的輸入電壓轉換為適用于對裝置350進行充電和操作的電壓電平(如，18. 5V (85W))。本領域技術人員將理解，電源連接器402還可被配置為適應基于其他地區或應用的特定要求的其他功率轉換要求。如圖所示，統一連接器404經由VBUS接收和輸送USB功率(5V (4. 5W))。盡管經由USB輸送的功率通常不足以支持主要處理器功率汲取，但是USB功率足以向SMC控制器進行供電。與主要處理器相比，SMC控制器的較低功率要求允許使能本文詳細討論的附加電源管理方案和功率控制操作。
在一個實施例中，架構400還可包括可再充電電池(未示出)，其用于在主電源不可用時為裝置350供電。因此，統一連接器被配置為接收和輸送適于給電池充電的功率，和/或操作主要處理器。該主要處理器包括裝置350A、350B中任一個的處理器。如圖4所示，增強功率模式的功率(85W028V)經由已有VBUS線輸送；然而，SMC控制邏輯必須使能切換，以確保連接至VBUS的真USB裝置僅接收適當的USB兼容的功率。電源模塊450智能地對來自電源連接器402和/或統一連接器404中任一個的功率信號進行引導和/或路由。電源模塊包括直流輸入(DC-in)電源開關452和USB 3.0VBUS開關454。VBUS開關選擇性地將VBUS連接至內部USB 3. O模塊(如，接收來自被供電的外圍設備的外部VBUS)，或者作為另外一種選擇，從內部USB 3. O電源連接至外部USB 3.0裝置。在至少一個實施例中，外部VBUS電源對SMC控制邏輯供電。直流輸入電源開關452通常從統一連接器404接收18V (85W)直流輸入功率。在一個實施例中，開關452接收28V (85W)直流輸入功率。接收的功率經由充電器電路(如，降壓/升壓變壓器等)調節，并在內部分配。在一個實施例中，直流輸入電源開關可經由統一連接器(利用內部功率調節電路)間接地將120-240 VAC主供電傳遞給連接的裝置。在其他被供電的裝置實施例中，也可經由統一連接器將內部裝置電源供應給連接的裝置。下面的討論提供采用圖4的SMC管理配電的若干示例性供電情景。示例操作，充電現在參照圖5，該邏輯圖示意性地示出根據本發明各種原理，為了請求功率輸送以進行充電，第一和第二裝置(350A，350B)之間的交互處理。如圖5的步驟502所示，第一和第二裝置(350A，350B)經由統一接口利用第一收發器(光學鏈路302)連接。處理器活動地執行軟件應用(聯網、文件傳輸等)。在圖5的步驟504，第一和第二裝置經耦合至VBUS的電源鏈路收發器(經由圖3的電源鏈路收發器306)開始SMC通信以進行SMC電源管理控制。一旦在第一收發器之間建立鏈路，裝置350A、350B的SMC就經由已有電源總線連接(如，VBUS)使能兩個電源收發器。另外，第一和第二 SMC確定是否支持增強功率輸送模式，隨后適當配置它們的接口。在一個實施例中，SMC請求并接受對增強功率輸送模式的支持。在另一實施例中，SMC實現補救總線仲裁(由于通信量低，可使用非常簡單的方案)。在步驟506，第一和第二 SMC經由電源收發器鏈路協商功率輸送。基于該協商，第一裝置350A經由VBUS連接向第二裝置350B提供增強功率輸出(28V (85W))，如步驟508所示。示例操作，h電現在參照圖6，該邏輯圖示意性地示出根據本發明的各種原理，第一和第二裝置(350A, 350B)之間的交互處理，其中第二裝置初始沒有電源。與先前參照圖5描述的例子不同，在本實施例中，第二處理器(裝置350B的處理器)初始未操作，因為其沒有足夠的電力。如圖6所示，第一和第二裝置(350A，350B)經由統一接口連接；然而，第二裝置沒有電源，第一或第二收發器均不活動。第一裝置檢測對其USB電連接的裝置連接。一開始，第一裝置假設連接的裝置是沒有電源的USB裝置。第一裝置向第二裝置提供USB功率，以進行現有技術的USB枚舉處理，如步驟602所示 在一個實施例中，第二裝置的第一收發器的鏈路檢測電路也被供電(如，通過第一裝置的遺留USB功率模式)。對第二裝置的第一收發器的鏈路檢測電路供電的優點在于之 前不需要受第二裝置的SMC上電的“門限”。在步驟604，VBUS對第二裝置的SMC (第二 SMC)、橋式電路和用于鏈路檢測的第一接口(光學)以及電源收發器供電。第二 SMC、橋式電路、光學接口鏈路檢測和電源收發器的低功率要求可從標準USB兼容的VBUS驅動。然而，并非用作USB裝置，第二 SMC使用VBUS來初始化光學接口的鏈路檢測。響應于此，第一裝置的處理器改變至統一端口操作，并且第一 SMC和第二 SMC經由其電源收發器建立連接。第二 SMC (經由受限軟件客戶機)指示其與未通電的第二處理器(第二裝置的處理器)共駐(co-resident)。在步驟606，第一和第二 SMC經電源接口協商增強功率輸送模式。在步驟608，第一裝置經由VBUS連接向第二裝置提供增強功率輸出(28V (85W)),從而允許第二裝置使其主要處理器通電并經第一接口(光學)開始數據信道。如此前討論的，上述例子主要基于示例性統一端口接口(光學和USB)。因此，現在給出實現本發明的一個或多個方面的一般性方法和設備的描述。方法下面的討論提供智能地向裝置提供電力的一般性方法。在本發明的一個實現方式中，所述方法涉及分配和/或增強統一多接口連接的次要(電/電源)接口以實現邏輯，所述邏輯被配置為檢測兼容性并管理變化的功率輸送方案，但本領域普通技術人員將理解，該一般性方法也可擴展至其他配置(如，主要接口執行檢測，并將次要接口的分工重新分配為供應增強功率)。盡管下面的方法主要在第一裝置連接至第二裝置的簡單拓撲的情境下描述，應該理解，非常復雜的拓撲也可受益于本發明的各個方面。例如，在“樹”拓撲內，智能第一裝置必須考慮后續分支上的所有裝置(如，甚至作為被移除的一層或多層的裝置)的功率要求。類似地，在“菊花鏈”拓撲中，裝置可經由鏈中的每一鏈路請求功率。另外，某些拓撲可能需要分割；例如，被使能和不被使能的連接裝置的混合可在群的子集內實現增強功率能力。這樣的分割在被增強的裝置與未知或不具備該能力的裝置混雜的實施例中尤其有用。另外，盡管下面的討論主要參照具有光學收發器和電收發器的統一端口接口進行描述，但本發明可應用于組合了多種接口子類型的任何接口。根據本公開的內容，本領域普通技術人員可使得本發明的各個方面適合“僅電接口”實施例。例如，在USB 3. O實施例內，USB SS和USB 2. O管腳互斥地使用；8卩，在USB SS操作期間，USB 2. O線(D+，D-)不使用。因此，本發明應該支持USB SS接口，同時將USB 2. O線重新定位用于智能電源管理操作。圖7示出根據本發明的一個示例性一般性配電方法700。在圖7的步驟702，建立連接。在一個實施例中，主要連接建立并活動(即，用于數據傳輸)，而一個或多個次要接口不活動(即，未使用)。在替代實施例中，主要連接建立并啟用，一個或多個次要連接也啟用。在各種實施例中，主要和次要接口分別為光學連接和電連接、或電連接和電連接。例如，在一個示例性實施例中，所述連接為統一光學和USB接口。該接口包括光學連接和電連接，并支持各種各樣的通信協議。該統一接口可與已有標準互換使用，包括夕卜圍設備部件互連(PCI)及其不同版本(PCI-X、Compact PCI等)、DisplayPort、高清多媒體接口(HDMI)、USB、以太網、SATA 等。另外，電源接口連接以用于功率輸送。電源接口通常包括至少一個電源和接地端子。例如，基于USB的實施例提供VBUS (5V)和GND (OV)。另外，本發明還考慮使用電磁感應電源/數據耦接作為該連接的一部分；如，無接觸式連接。 在該方法的一個實施例中，系統管理控制器(SMC)經由電源接口通信。在一個變形例中，SMC與另一 SMC通信；作為另外一種方式，SMC與處理器通信。在一個實現方式中，SMC使用簡單協議經電源收發器調制電源控制命令(其可專用于該目的，或者由另一功能“再用”，或者其可一次執行多個功能)。所述命令由接收器接收并解釋。在一個變形例中，直接在電源軌(power rail)上進行所述調制。例如，SMC可在電源軌的可接受的容差范圍內調制消息傳送。信令由對等SMC或其他實體接收。對等裝置仍可使用電源軌，因此信令沒有超過容差。在另一示例性實現方式中，重復的電流脈沖信令(“音”)疊加在DC電源總線上以在兩個端點(或一個端點和插入其與另一端點之間的裝置)之間建立低速(如4Kbps)通信信道。需要兩個有能力的端點均在其端口的電源路徑中具有串聯電感以用于信號檢測和電源收發器的信號處理操作。這些收發器直接連接至SMC的I/O端口。如果電源總線的任一端均不支持這種方式的電源總線信令(如，遺留USB裝置)，將不建立通信信道，電源總線(VBUS)將保持在“基本”模式下(即，未增強)，如依據USB標準。在其他替代實現方式中，SMC經由不活動的次要接口建立邏輯連接。可(例如)由主要處理器向SMC分配或允許其使用活動的次要接口。作為另外一種選擇，SMC本身可通過請求訪問，或先占已有的活動通信量，或者甚至根據給定方案分時訪問，來主動“強占”次要接口。例如，SMC可向主要處理器發出中斷；作為響應，處理器服務該中斷，并退出次要接口。SMC隨后可奪取次要接口的控制。上述替代實現方式的一種配置涉及具有第一和第二數據接口(如，一個為光學接口，另一個為電接口，例如USB)的統一接口。接口之一根據兩種(或更多種)不同的模式供應功率；如，“基線”模式(如，如本文先前所述的正常USB功率)和提供“增強”功率輸送的第二(以及可能第三、等等)模式，例如以更高的電流、不同的電壓、濾波的、調節的模式等。利用橫跨非電源接口(如，功率模式改變信號與數據一起或穿插其間在主要接口上被發送)、橫跨電源使能接口的數據部分(如，橫跨USB接口的數據對)、或者甚至橫跨電源使能接口本身的電源管腳的信令，來選擇增強模式。也可使用上述項的組合(如，在功率模式協商的一個階段，使用第一接口或信號路徑，以及在另一階段，使用不同的接口或信號路徑)。專有或現有信令協議可用于上述目的；類似地，此類協議可僅專用于功率模式協商目的，或者還提供其他功能(如，多功能的)。例如，可使用接口(如，USB)的本地協議或專門的協議(如，I2C、RS-232等)建立通信，以降低計算復雜度或協議要求等。在其他實施例中，SMC訪問可與已有的活動連接復用。例如，橋式電路可使用各種復用方案從多個源向多個目的地路由通信量。一種這樣的復用方案可為時分復用，基于輪叫調度方案、加權方案等。因此，與SMC相比，優先級處理器可將顯著更多的時間分配給接口。根據本公開的內容，本領域普通技術人員將很好理解總線仲裁的任何變形例的替代，將不對其進行進一步描述。在某些“熄燈(lights-out)”實施例中，沒有任何活動的連接，直到裝置被供電。在一個此類情況中，用第一功率水平向裝置供電，其中所述第一功率水平足以對一個或多個接口供電(但是可能(例如)不足以對整個裝置供電)。在步驟702結束時，一個或多個裝置之間已建立連接，其中所述連接適合于確定功率能力。

在步驟704確定功率能力。在一個實施例中，通過與系統管理控制器(SMC)的兼容通信識別增強功率能力。例如，對等SMC控制器可以利用建立的協議通信，以識別適當的功率能力。在一個變形例中，經由電源收發器之間的連接執行通信。作為另外一種選擇，經由主要或次要連接執行通信，其中主要或次要連接用于用戶或裝置驅動的軟件應用的控制或數據傳輸。在一個實施例中，由“功率消耗”方作出對增強功率能力信息的明確請求。在替代實施例中，在主動提供的消息傳送中指示增強功率能力可用性(例如，自動包括在初始設置消息、廣播等內)。在其他實施例中，可間接推斷增強功率能力。例如，在初始裝置連接期間提供型號或裝置類型。基于接收的信息，接口的裝置確定增強功率是否可用。功率能力可包括下列要素，例如(i)可能的功率輸送模式數；(ii)功率輸送模式的類型；(iii)可用的當前功率；(iv)最大電源；(V)最小電源；(vi)平均功率輸送；和/或(vii)突發輸送等。類似地，也可交換對應消耗參數，例如(i)可能的操作模式數；(ii)功率模式的類型；(iii)需要的當前功率；(iv)消耗的最大功率；(V)消耗的最小功率；(vi)消耗的平均功率；和/或(vii)突發消耗等。在一些實現方式中，可以有多個功率輸送選項。在一個這樣的情況中，至少一個功率輸送選項適合于對整個裝置供電。在一個示例性變形例中，裝置需要額定28V (85W)的功率輸送。在其他情況下，功率輸送選項包括至少一個標準化的功率輸送選項(如，USBVBUS5V)以及至少一個非標準的、與實現方式有關的功率輸送選項(如，28V (85W))。在其他變形例中，基于先前所述的功率能力提供多個增強功率模式。例如，第一裝置可具有多個增強功率輸送選項。基于對等裝置所支持的功率模式類型的確定，第一裝置可智能地選擇適當的增強功率輸送模式。功率輸送選項可例如根據對等裝置而變化。例如，第一裝置可識別第二裝置，并基于第二裝置類型，僅提供功率輸送選項的有限子集。在其他實現方式中，可基于拓撲或內部裝置考慮調節功率輸送選項。例如，連接至其他裝置網絡的裝置可向多個其他裝置請求電力，或者類似地，可向多個其他裝置提供電力。因此，裝置網絡可智能地負載平衡，使得不會由單個裝置承受功率輸送的主要壓力。在另一例子中，可選擇內部功率要求負擔已經很重的裝置不向其他裝置提供電力，而無論其是否有能力如此做。在步驟706期間，一個或多個裝置協商功率控制。在一個示例性實施例中，基于預定義的角色進行協商；例如，裝置可分為充電的(charging)、可充電的(chargeable)、或既是充電的又是可充電的。因此，如果充電裝置與可充電裝置連接，則發生功率輸送。在另一實施例中，功率輸送基于其他源的功率的可用性和/或充足性。例如，從電源接收功率的裝置不需要來自第二裝置的功率(如，插入AC適配器的膝上型計算機以及通電的外圍設備優選從AC適配器等接收功率)。在更復雜的實施例中，功率輸送可能需要主動協商。例如,能夠充電并且也可充電的裝置可基于其當前的功率消耗協商功率輸送。這樣的協商可能旨在使功率消耗平衡或不平衡。在一個此類情況下，兩(2)個對等裝置可能旨在如果可能就對兩個裝置供電，例如，裝置可在充電和可充電之間交替。作為另外一種選擇，“可充 電”裝置可總是在附接時從“充電”裝置汲取功率。在另一例子中，應用負載較重的裝置總是“充電”裝置。在具有多種配電可能性的連接裝置網絡內，協商會尤其必要。根據本公開的內容，本領域普通技術人員將容易地理解和實現其他方案和情景。在方法700的步驟708，提供適當的增強功率。在一些實施例中，一個或多個裝置繼續通信。例如，插入第一電源和第二充電裝置的裝置可從所述電源拔出，而繼續從第二充電裝置操作。在另一實施例中，向第二裝置提供電力的第一裝置的電力可能快用到較低；隨后，第一裝置向第二裝置發送電力將切斷的通知(如，經數據或者甚至電源接口)。早期警告使第二裝置能夠適當地關閉，進入低功率操作，和/或評估其他可能的固有或可用電源。示例性設備現在參照圖8，其示出實現本發明的方法的示例性設備800。設備800包括處理器子系統802，例如數字信號處理器、微處理器、現場可編程門陣列，或者安裝在一個或多個基底804上的多個處理元件。處理子系統802連接至包括存儲器的存儲器子系統。如本文所用，術語“存儲器”包括適于存儲數字數據的任何類型的集成電路或其他存儲裝置，包括(但不限于)ROM、PROM、EEPROM、DRAM、SDRAM、DDR/2 SDRAM、EDO/FPMS, RLDRAM、SRAM、“閃速”存儲器(如，與非門/或非門)和PSRAM。在本發明的一個示例性實施例中，處理子系統包括系統管理控制器(SMC)，其能夠經由接口 806與另一控制器或處理器通信，并管理電源子系統808。圖示實現方式中，設備800還包括處理器802和接口 806之間的可切換連接。該可切換鏈路控制所述處理器和接口之間的連接和斷開。如前所述，可以以可重新配置橋式結構來實現對接口的可切換連接。作為另外一種選擇，可切換連接實現為專用硬件開關。根據本公開的內容，本領域普通技術人員將容易地認識到其他配置。在示例性實施例中，所述接口通常包括收發器邏輯，收發器邏輯可用于驅動一個或多個傳輸介質(如，光纖、銅線、電磁頻譜等)。如前所述，在一個變形例中，本發明為具有一個或多個光學收發器和/或電收發器(如USB等)的統一接口。該接口至少包括具有用于(SS RX+,SS X-、SS TX+和SS TX-)的電觸點的符合USB超高速的連接器、光學接口和電源接口。圖8的電源子系統808接收并輸送輸送給設備800外部的功率。如圖所示，電源子系統還分成“增強”電源模塊810和“標準”電源模塊812。應該理解，盡管本文所述的示例性實施例將術語“增強”與增大的電平或幅度相關聯，但本發明不限于此，因此“增強”功率可采取其他形式，包括但不限于(I)經不同的接口或介質(如，有線的與感應/無接觸)輸送的功率；(ii)不同頻率和/或相位的功率；和/或(iii)經特殊調節(如，濾波、整流、成形等)的功率。在本發明的一個實施例中，圖8的設備另外包括電源接口，其包括調制部分814和解調部分816。該電源接口適于調制和解調來自電源軌的控制信號。如圖所示，調制輸出耦合至輸出電源軌，解調輸入I禹合至輸入電源軌。在一些實施例中，輸入和輸出電源軌可為相同的物理連接(如，VBUS)。類似地，調制和解調設備可組合在單個實體內。各種其他實現方式可包括附加電路來將信令與功率輸送隔離。另外，盡管示出了充電元件和可充電元件二者，但電源子系統的各種實現方式可 以是僅接收或僅輸送的。還將認識到，充電元件和可充電元件可以不對稱；例如，增強電源模塊810可以能夠接收功率，但無法輸送。在另一例子中，可以不存在電源模塊812的充電部分，相反僅依賴于增強電源模塊來驅動該電源模塊。另外，盡管圖示實施例具有兩(2)個電源子系統(電源模塊812和增強電源模塊810)，應該理解，更多或更少的子系統是可能的。例如，單個電源模塊可被配置為提供標準和增強功率。類似地，多個電源模塊可選擇性地連接。例如，在一些實現方式中，提供多個電源模塊以改變其他模式(如，5V、3. 3V、I. 8V等)，可切換至其中任意模式以輸出功率。圖8的設備通常還包括附加裝置，包括但不限于附加處理器、一個或多個GPS收發器、或網絡接口，例如IrDA端口、藍牙收發器、Wi-Fi (IEEE標準802. 11)收發器、WiMAX(IEEE 標準 802. 16e)收發器、USB (如，USB 2. O、USB 3. O、無線 USB 等)、FireWire 等。然而，應該認識到，根據本發明的原理，這些元件不是設備800的操作所必需的。還將認識到，圖8的設備可采取任何數量的不同形狀因數。例如，設備800可為臺式計算機或塔式計算機。其還可為膝上型計算機或手持計算機、個人媒體裝置、PDA、移動智能電話、刀片服務器、較大的主機裝置的插卡、顯示裝置或監視器、RAID陣列或存儲裝置、網絡集線器等等。因此，本發明考慮了任何數量的不同使用情況，包括但不限于(i)較大的主機裝置為充電裝置，較小的移動或便攜式裝置為可充電裝置；(ii)較大的主機裝置為可充電裝置，并從移動裝置接收電力；(iii)兩個相當的對等裝置，一個對另一個充電；(iv)類似或不同類型的多個裝置的上述“樹”或“菊花鏈”聚集體；(V)具有極少智能的相對簡單或“笨”的(可充電)外圍設備與較大的更智能的(充電)主機的連接。不夸張地講，根據本發明，無限數量的使用情況是可能的。圖9提供有關本發明的統一接口 900的一個示例性實現方式的更多細節。如圖所示，示出第一裝置的統一連接器(350A，404A)與第二裝置的統一連接器(350B，404B)連接。圖9的光學雙向接口包括“存在”指示，其指示連接的光學鏈路的存在。所述存在指示使電源收發器能夠連接至電源總線902。如果在電源收發器被使能之后，在電源總線兩端均未檢測到SMC控制器，則兩個裝置均安全地進行USB操作，可禁用一端或兩端處的電源收發器，直到第一(光學)收發器的連接狀態改變。集中注意第二裝置(350B)的細節，受SMC控制的電源復用器904在從適配器402B還是從統一接口 404B接收電力之間進行選擇。電源復用器可向處理系統提供電力。因此，如圖所示，可從墻壁適配器或從統一連接器的電源接口為主要處理器供電。SMC供電方案還允許低功率操作。如圖9所示，SMC被配置為從VI 906 (如，外部5V或28V)、V2 908 (如，內部5V)、V3 910 (如，內部電池)或者墻壁適配器402B (如，外部18V)接收電力。因此，SMC可由(i)內部或外部USB電力(VBUS 5V)、(ii)內部或外部處理電力(VMAIN 28V)以及(vi)墻壁適配器(18V)供電。商業方法和規則將認識到，上述設備和方法可允許并容易地適應各種商業模型和方法。在一個這樣的示例中，適當使能的裝置具有許多多樣化的方法來輸送電力，從而減少用戶的煩惱。有利的是，本發明的各種實現方式可保持與遺留裝置完全向后兼容，類似地，實現本發明的裝置可結合低功率裝置操作，而不會由于過壓或過電流操作而引起損壞。上述方法非常有效，并且還可顯著提高裝置的供電可用性，從而擴展裝置的可用范圍(如，裝置不再“束縛”于插座或專用充電器等)。實際上，本發明考慮了可引入沒有任何AC墻壁 適配器或其他輸入電源的裝置，其電力僅依賴于本文所述的統一光學和USB接口或類似電源接口。為此，制造商可將這樣的裝置作為“升級”或“特級”裝置銷售，甚至可定更高的價格。另外，給定制造商可限制本發明僅用于其自己的裝置(B卩，僅X公司所制造的裝置具有專利“增強”電源接口)，從而吸引消費者購買X公司產品，以使得他們可獲得這一可取的功能。在一個變形例中，接口連接器的形狀因數與相關的接口標準(如，光學和USB)完全兼容，但還在支持邏輯中內嵌有本文所述的附加“智能”。因此，在此模型下，盡管具有標準或非增強統一光學和USB接口的Y公司外圍設備的用戶可物理上插入X公司裝置并實現所有的標準統一功能，但卻無法經由該連接器汲取或輸送任何電力。相比之下，實現有本發明的X公司外圍設備在插入X公司主機時，能夠傳輸“增強”電力。作為另外一種選擇，本發明的接口可以是標準化或開放源碼實現方式的基礎。還可以想到，主機裝置(如，充電裝置)內可使用軟件或其他機制以用于監測/記錄，甚至分析一個或多個被供電裝置的功率消耗。這一方法還可導致其具有電力計量能力，例如消耗(被供電)裝置為獲得的電力付費(或提供其他報酬)的情況。根據本公開，本領域普通技術人員將認識到針對增強功率輸送開發已有接口的無數其他實現方案和商業方法。將認識到，盡管按照方法步驟的特定順序描述了本發明的某些方面，這些描述僅是本發明的更廣泛的方法的舉例說明，可按照具體應用的要求修改。某些步驟在某些情況下可能是不必要或可選的。另外，本發明所公開的實施例可增加某些步驟或功能，或者兩個或更多個步驟的性能的順序交換。所有這些變形例均被認識為涵蓋在本文公開并要求權利的發明內。盡管上述詳細描述示出、描述并指出了本發明應用于各種實施例時的新穎特征，應該理解，在不脫離本發明的情況下，本領域技術人員可對所示裝置或處理進行各種形式和細節上的省略、替代和改變。上述描述是實施本發明目前可想到的最佳模式。該描述并非意在限制，而是應該被當作對本發明一般原理的說明。本發明的范圍應該參考權利要求來確定。
權利要求
1.一種計算機化的設備，包括 第一接口，其被配置用于數據傳輸； 第二接口，其能夠配置用于以多個功率輸出水平輸送功率； 處理器，其耦合至所述第一接口和所述第二接口中的至少一個； 與所述處理器進行數據通信的存儲設備，所述存儲設備包括計算機可讀指令，所述指令在由所述處理器執行并響應于外部裝置耦合至所述設備時 針對所述裝置確定一功率水平； 使能經由所述第一接口和所述第二接口中的至少一個以所述功率水平輸出功率。
2.根據權利要求I所述的設備，其中所述第二接口也適于數據傳輸。
3.根據權利要求I所述的設備，其中所述第一接口包括USB兼容接口。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述第一接口和所述第二接口是雙接口的一部分，所述雙接口還包括光學接口。
5.根據權利要求I所述的設備，其中所述第一接口包括光學接口。
6.根據權利要求2所述的設備，其中所述第二接口包括具有USB兼容的功率輸出水平的USB兼容接口。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述多個功率輸出水平中的至少一個包括比所述USB兼容的功率輸出水平高的水平。
8.根據權利要求I所述的設備，其中所述計算機化的設備包括便攜式計算機。
9.根據權利要求8所述的設備，其中所述裝置包括計算機外圍設備。
10.根據權利要求9所述的設備，其中所述多個功率輸出模式中的至少一個包括適于對所述裝置充電的模式。
11.一種在計算機化的設備中提供電力的方法，所述設備被配置用于經接口進行數據傳輸，所述方法包括 在第一裝置和第二裝置之間建立至少一個鏈路，所述至少一個鏈路能夠配置用于經由所述接口進行功率和數據傳輸； 響應于所述至少一個鏈路的建立，確定 所述第一裝置的功率輸送能力； 所述第二裝置需要的功率水平； 經由所述接口在所述第一裝置和所述第二裝置之間協商功率控制方案； 至少部分地基于所述協商動作，經由所述接口向所述第二裝置提供電力。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述確定所述第二裝置需要的功率水平的動作包括從所述第二裝置接收消息； 其中所述協商步驟被配置為既符合所述第一裝置的功率輸送能力又符合所述第二裝置需要的功率水平。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述接口包括被配置用于以多個功率水平進行功率傳輸的USB兼容接口，所述多個功率水平中的至少一個包括USB兼容的功率水平。
14.根據權利要求13所述的方法，其中向所述第二裝置提供電力包括將所述USB兼容接口配置用于以超過所述USB兼容的功率水平的水平提供電力。
15.根據權利要求12所述的方法，其中所述消息包括以增強水平提供電力的請求。
16.根據權利要求13所述的方法，其中所述計算機化的設備還包括第二接口，并且所述方法還包括將所述第二接口配置用于代替所述第一接口來傳輸數據。
17.根據權利要求11所述的方法，其中所述第一接口包括USB接口，所述向所述第二裝置提供電力的動作包括以USB兼容的功率水平提供電力。
18.根據權利要求11所述的方法,其中基本上獨立于所述數據傳輸執行功率控制方案的協商。
19.一種用于計算機化的裝置的多用途接口，包括 第一接口，其被配置用于數據傳輸； 第二接口，其被配置用于功率傳輸； 邏輯設備，其耦合至所述第一接口和所述第二接口，并且包括適于存儲計算機可讀指令的介質，所述指令在執行時 確定裝置是否耦合至所述第一接口和所述第二接口中的至少一個； 如果所述裝置耦合，則確定所述裝置需要的功率； 至少部分地基于確定需要的功率的動作與所述裝置協商功率輸送方案； 根據所述方案經由所述第二接口向所述裝置提供所述需要的功率。
20.根據權利要求19所述的設備，其中所述確定需要的功率的動作包括從所述裝置接收消息。
21.根據權利要求19所述的設備，其中所述確定需要的功率的動作包括(i)提示所述裝置；(ii)基本上響應于所述提示，從所述裝置接收至少一個消息。
22.根據權利要求19所述的設備，其中所述第一接口包括USB兼容接口。
23.根據權利要求22所述的設備，還包括光學接口。
24.根據權利要求19所述的設備，其中所述第二接口包括被配置用于功率傳輸和數據傳輸兩者的USB兼容接口。
25.根據權利要求24所述的設備，其中所述USB兼容被配置為支持多個功率傳輸模式，所述多個功率傳輸模式至少包括USB兼容的功率傳輸模式和第二功率傳輸模式，所述第二功率傳輸模式被配置為基本上超過所述USB兼容的功率傳輸模式來傳輸功率。
26.根據權利要求25所述的設備，其中所述第一接口包括光學接口，所述光學接口適于執行所述第二接口的數據傳輸。
27.根據權利要求25所述的設備，其中所述多個功率傳輸模式還包括適于對第二裝置充電的模式。
28.一種用于計算機化的裝置的存儲設備，包括存儲有計算機程序的存儲介質，所述程序被配置為在由所述計算機化的裝置執行時 針對附接的裝置確定需要的功率水平，所述附接的裝置經由所述計算機化的裝置的接口附接；和 使能經由所述接口以所述需要的功率水平輸出功率。
29.根據權利要求28所述的存儲設備，其中基本上響應于所述附接的裝置耦合至所述接口而執行所述程序。
30.根據權利要求28所述的存儲設備，其中所述接口能夠被配置用于以多個功率水平輸送功率，所述多個功率水平包括(i)低功率水平，其基本上符合高速串行總線協議，但無法供應所述需要的功率水平；(ii)高功率水平，其能夠供應所述需要的功率水平。
31.一種被配置為與主機計算機化的裝置接口的客戶機設備，所述客戶機設備沒有固有的電源，外圍設備包括 第一邏輯器，其被配置為與所述主機裝置協商，以經由接口獲得第一電功率，所述第一電功率足以在正常操作模式期間為所述主機裝置供電； 第二邏輯器，其被配置為使能獲得第二電功率，所述第二電功率在正常模式下足以為所述第一邏輯器供電，但不足以為所述客戶機設備供電。
32.根據權利要求31所述的客戶機設備，其中所述第一邏輯器利用所述接口的數據信號路徑與所述主機協商。
33.根據權利要求32所述的客戶機設備，其中利用所述接口的數據信號路徑與所述主機的協商包括根據簡化的消息交換協議進行協商。
34.根據權利要求33所述的客戶機設備，其中所述簡化的消息交換協議貯存于所述客戶機設備上，并且還用于除了功率協商之外的功能。
35.一種使得單個線纜能夠用于在第一和第二計算機化的裝置之間傳輸電功率和數據的裝置接口，所述接口包括 數據路徑； 功率路徑，其在所述接口內充分靠近所述數據路徑，以使得所述單個線纜能夠完成所述第一和第二計算機化的裝置之間的所述數據路徑和所述功率路徑兩者； 電源收發器，其用于協商從所述第一和第二計算機化的裝置中的一個向另一個的功率輸送； 其中基本上獨立于經所述數據路徑發送的軟件應用通信量執行經所述線纜的功率輸送協商。
36.根據權利要求35所述的接口，其中所述電功率足以提供下列項中的至少一個(i)對所述第一和第二計算機化的裝置中接收所述電功率的那一個的電池充電；和/或(ii)在正常操作模式下基本上為所述第一和第二裝置中接收所述電功率的那一個的所有功能供電達至少一段時間。
37.根據權利要求35所述的接口，其中經所述線纜的功率輸送協商經所述功率路徑執行。
38.根據權利要求35所述的接口，其中經所述線纜的功率輸送協商經所述數據路徑執行，并且所述協商包括使用低帶寬協議。
全文摘要
本發明公開了用于智能地為電子裝置供電的方法和設備。在本發明的一個實施例中，系統管理控制器控制電源接口智能地與對等裝置、客戶機裝置或主機裝置協商配電。主要數據路徑不受系統管理控制器通信的影響。參照由光學鏈路(數據路徑)和USB鏈路(功率)構成的統一接口的示例性實現方式說明本發明的各個方面。如所述，本發明的一個示例性實施例提供一種功率水平比現有技術的USB方案高許多的裝置。
文檔編號G06F15/16GK102822812SQ201180016031
公開日2012年12月12日 申請日期2011年1月27日 優先權日2010年2月22日
發明者B·布魯克斯, E·史密斯 申請人:蘋果公司