TWI788759B

TWI788759B - 用於電源管理的擴充基座

Info

Publication number: TWI788759B
Application number: TW110101744A
Authority: TW
Inventors: 黃振庭; 翁而咨; 朱世強; 林群皓
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2023-01-01
Also published as: CN114115450A; TW202209041A

Abstract

本案提供一種用於電源管理的擴充基座，包含一積體電路、一第一訊號輸入輸出埠、一網路介面控制器及一第一控制器，第一訊號輸入輸出埠連接主機之主控制器。在主機進入休眠模式或待機模式、網路介面控制器斷線或沒有網路封包傳輸時，積體電路切斷積體電路與第一訊號輸入輸出埠之間的訊號連線，使主控制器進入最深的休眠狀態；以及在網路介面控制器接收到一網路喚醒訊號時，網路介面控制器透過功能接腳通知第一控制器，第一控制器產生一邊帶訊號經第一訊號輸入輸出埠傳送至主控制器，以喚醒主控制器，且網路介面控制器響應網路喚醒訊號而使積體電路重新建立與第一訊號輸入輸出埠之間的訊號連線。

Description

用於電源管理的擴充基座

本案係有關一種擴充基座（docking station），特別是關於一種用於電源管理的擴充基座。

標準的擴充基座可為一主機端電腦（例如筆記型電腦）提供複數個可擴充的連接埠，以提供安裝螢幕、滑鼠、鍵盤、網路卡等擴充設備，且擴充基座亦具有電源適配器電性連接市電，以供電給主機端電腦以及擴充設備。其中，為了維持更低的耗電，就要讓主機端電腦之主控制器（host controller）在無使用時能夠進入最深的休眠狀態，以下稱之為D3冷（D3 cold）狀態。要使得主機端電腦之主控制器能夠進入D3冷狀態的前提是所有下行連接埠連接的擴充設備都要能夠進入D3冷狀態，只要有其中一個設備無法進入D3冷狀態，那麼整個主控制器就無法進入D3冷狀態進而增加耗電。一般來說，擴充基座上無法進入D3冷狀態的擴充設備通常為提供有線網路之USB網路卡（ NIC），為保持接收網路喚醒（wake on LAN，WOL）的狀況下，USB網路卡只能進入D2的低電源狀態而無法進入D3冷狀態。

有鑒於此，本案提出一種用於電源管理的擴充基座，適於電性連接一主機，主機包含一主控制器，擴充基座包含一積體電路、一第一訊號輸入輸出埠、一網路介面控制器以及一第一控制器。第一訊號輸入輸出埠電性連接積體電路並提供主控制器連接，使主控制器透過第一訊號輸入輸出埠與積體電路進行訊號傳輸。網路介面控制器電性連接積體電路，用以提供連接一外部網路，網路介面控制器係具有至少一功能接腳。第一控制器電性連接功能接腳及第一訊號輸入輸出埠，第一控制器係透過第一訊號輸入輸出埠與主機建立一傳輸通道。其中，在主機啟動休眠模式或待機模式時、該網路介面控制器斷線或沒有網路封包傳輸時，積體電路切斷積體電路與第一訊號輸入輸出埠之間的訊號連線，使主控制器進入最深的休眠狀態；以及在網路介面控制器接收到來自外部網路之一網路喚醒訊號時，網路介面控制器透過功能接腳通知第一控制器，第一控制器產生一邊帶訊號經傳輸通道傳送至主控制器，以喚醒主控制器，且網路介面控制器響應網路喚醒訊號而使積體電路重新建立與第一訊號輸入輸出埠之間的訊號連線。

依據一些實施例，在主機插接在第一訊號輸入輸出埠時，積體電路會配置並儲存相關的一喚醒組態（wake configuration），以供主機使用；以及在網路介面控制器偵測到主機解除連接時，積體電路會移除喚醒組態。

依據一些實施例，在主控制器先被喚醒時，主控制器透過傳輸通道傳送一恢復訊號給第一控制器，第一控制器透過功能接腳通知網路介面控制器，使網路介面控制器響應恢復訊號而使該積體電路重新建立與第一訊號輸入輸出埠之間的訊號連線。

依據一些實施例，功能接腳更包含一喚醒接腳以及一恢復接腳，使網路介面控制器透過喚醒接腳通知第一控制器，以及第一控制器透過恢復接腳通知網路介面控制器。

依據一些實施例，第一訊號輸入輸出埠係為一USB連接器或一霹靂（thunderbolt）連接器。

依據一些實施例，主機更包含一第二控制器電性連接主控制器，以利用第二控制器、第一訊號輸入輸出埠及第一控制器建立傳輸通道。

依據一些實施例，第一訊號輸入輸出埠為該USB連接器時，第一控制器及第二控制器係分別為一電源傳送控制器。

依據一些實施例，前述之積體電路係整合在網路介面控制器中。

綜上所述，為了因應平板、筆記型電腦對於功耗與效能的要求愈來愈高，對應的擴充基座也必須朝著更低功耗的目標前進，而本案提出之擴充基座讓主機之主控制器能夠進入最深的休眠狀態（D3冷狀態），且同時支援網路喚醒的功能，以達到最大化的省電目的。

本案所提供的擴充基座，係適用於電性連接一主機之主控制器，且透過擴充基座提供主控制器連接有複數個擴充設備，使所有連接擴充基座的擴充設備都能夠支援進入D3冷狀態，而讓主控制器得以進入最省電的D3冷狀態。

圖1為根據本案一實施例之擴充基座的方塊示意圖，請參閱圖1所示，一用於電源管理的擴充基座10，適於電性連接一主機30，擴充基座10包含一積體電路12、一第一訊號輸入輸出埠14、複數第二訊號輸入輸出埠16、一網路介面控制器18以及一第一控制器20。在此實施例係以三個第二訊號輸入輸出埠16為例，但本案不限於此。在一實施例中，擴充基座10更包含一電源適配器22，電性連接積體電路12並連接至外部的市電，以提供電源給積體電路12及所有內部元件之外，亦提供電源給主機30或是第二訊號輸入輸出埠16的供電。

如圖1所示，主機30更包含一主控制器32及一第二控制器34，且主控制器32電性連接第二控制器34，第一訊號輸入輸出埠14電性連接積體電路12並提供主機30之主控制器32連接，使主控制器32透過第一訊號輸入輸出埠14與積體電路12進行訊號傳輸。第二訊號輸入輸出埠16電性連接積體電路12，以提供連接複數擴充設備。網路介面控制器18電性連接積體電路12，用以提供連接一外部網路36，此網路介面控制器18係具有至少一功能接腳24。第一控制器20電性連接功能接腳24及第一訊號輸入輸出埠14，第一控制器20係透過第一訊號輸入輸出埠14與主機30之第二控制器34訊號連接，以利用第一控制器20、第一訊號輸入輸出埠14、第二控制器34建立一傳輸通道26。若要使主控制器32能夠進入最深的休眠狀態，且維持擴充基座10的網路喚醒支援功能，就需要一邊帶訊號（sideband signal）的支援，此邊帶訊號負責網路介面控制器18接收到一網路喚醒訊號時傳遞的角色，而第一控制器20則負責喚醒主機30的主控制器32。

請同參閱圖1及圖2所示，在主機30啟動休眠模式或待機模式、網路介面控制器18斷線或是沒有網路封包傳輸時，積體電路12會切斷積體電路12與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線，使主機30之主控制器32進入最深的休眠狀態，亦即D3冷狀態。在網路介面控制器18接收到來自外部網路36之一網路喚醒訊號時，網路介面控制器18透過功能接腳24通知第一控制器20，第一控制器20產生一邊帶訊號經傳輸通道26傳送至主控制器32，以喚醒主控制器32，同時，網路介面控制器18響應此網路喚醒訊號而使積體電路12重新建立與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線。

在一實施例中，主機30係可為筆記型電腦、平板電腦、個人電腦等，但不以此為限。

在一實施例中，第一訊號輸入輸出埠14係為一USB連接器或一霹靂（thunderbolt）連接器。

在一實施例中，當第一訊號輸入輸出埠14為USB連接器時，主控制器32為USB主控制器（USB host controller），第一控制器20及第二控制器34係分別為一電源傳送控制器（PD controller），所以第一控制器20、第一訊號輸入輸出埠14及第二控制器34建立之傳輸通道26係有別於一般訊號傳輸通道，即使在休眠模式（包含D3冷狀態）或待機模式，仍可以維持低耗電的訊號傳輸功能。另外，重新建立積體電路12與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線即為一般所稱之USB列舉（enumeration）。請參閱圖3所示，在積體電路12中之邏輯電路40基本包含一微控制單元（MCU）42、一媒體存取控制（mac）層44、一網路物理層46、以及一USB物理層48，且媒體存取控制層44包含一網路控制層441以及USB協定層442，網路物理層46內設有一前端不斷電單元（afe-ups）461，以偵測有無插入網路連接器。請同時參閱圖1至圖3所示，微控制單元42會判斷主機30（主控制器32）是否啟動休眠模式或待機模式、網路介面控制器18是否有斷線或是否有封包傳輸，當主機30進入休眠模式或待機模式、網路介面控制器18斷線或沒有封包傳輸等其中一狀況發生時，微控制單元42會切斷供電給USB物理層48，以切斷積體電路12與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線，讓主機30無法識別到網路介面控制器18而認為第一訊號輸入輸出埠14無連接擴充設備，進而將整個主控制器32連同擴充基座10及其所連接之擴充設備都進入D3冷狀態，以達到最大化的省電目的。當網路介面控制器18接收到來自外部網路36之網路喚醒訊號時，網路介面控制器18透過功能接腳24通知第一控制器20，第一控制器20產生邊帶訊號經傳輸通道26傳送至主控制器32，以喚醒主控制器32，此時，網路介面控制器18響應此網路喚醒訊號驅動積體電路12，使微控制單元42據此恢復供電給USB物理層48，並完成一標準的USB新裝置插入的過程（USB列舉），以重新建立積體電路12與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線。

在一實施例中，第二訊號輸入輸出埠16係可為一標準視訊埠連接器、一高畫質多媒體介面（High Definition Multimedia Interface，HDMI）連接器、一影片圖形陣列（Video Graphics Array，VGA）連接器、一音訊輸出連接器或至少一USB連接器的任意組合。其中，標準視訊埠連接器係為標準化的DisplayPort（DP）數位視訊埠，用於與顯示器等擴充設備的連接，同時也支援傳輸音訊和其他形式的資料；HDMI連接器係可進行全數位化影像和聲音傳送介面，並可傳送未壓縮的音訊及視訊訊號；VGA連接器則是傳統的類比訊號的電腦顯示標準，藉由此VGA連接器可以有效地連接使用VGA連接器的顯示器；音訊輸出連接器則可以輸出聲音音訊；USB連接器則提供擴充基座10可以連接更多的外接的擴充設備，以擴充連接於擴充基座10的主機30的功能，USB連接器可以提供USB2.0或以上的訊號連接，其可以是A型（type A）USB 連接器、B型（type B）USB連接器或C型（type C）USB連接器。

在一實施例中，外部網路36係為一有線網路或一無線網路。當網路介面控制器18為一有線網路介面控制器時，網路介面控制器18可透過一RJ45連接器連接至作為外部網路36的有線網路，以提供穩定且高頻寬的有線網路。另一方面，當網路介面控制器18為一無線網路介面控制器時，網路介面控制器18連接至作為外部網路36的無線網路，以提供便捷的無線網路。

請參閱圖1所示，由於擴充基座10存在插入和拔除的行為，也就是當主機30插接在第一訊號輸入輸出埠14時，積體電路12會配置並儲存相關的喚醒組態。但當此主機30拔除之後，另一主機（圖中未示）插入擴充基座10時，可能發生後續的網路喚醒訊號誤喚醒了另一主機。為避免此誤喚醒的行為，本案可搭配網路介面控制器18（例如USB網路介面控制器）既有的插入偵測支援的交互協同來達成。詳言之，在一主機30插接在第一訊號輸入輸出埠14時，積體電路12會配置並儲存相關的一喚醒組態，以供主控制器32使用；而在網路介面控制器18偵測到主機30解除連接時，積體電路12移除原有的喚醒組態，以供後續重新設定，進而避免誤喚醒的行為發生。

請參閱圖1所示，若在接收到網路喚醒訊號之前，反而是主機30之主控制器32先主動被喚醒時，主控制器32會透過傳輸通道26（依序經過第二控制器34、第一訊號輸入輸出埠14及第一控制器20）傳送一恢復訊號給第一控制器20，第一控制器20再透過功能接腳24通知網路介面控制器18，使網路介面控制器18響應此恢復訊號而使積體電路12重新建立與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線。其中，不管是第一控制器20通知網路介面控制器18或是網路介面控制器18通知第一控制器20都是透過同一個通道的功能接腳24來進行傳輸。

在另一實施例中，第一控制器20通知網路介面控制器18以及網路介面控制器18通知第一控制器20也可以透過不同通道的功能接腳24來進行傳輸，請參閱圖4所示，此功能接腳24更包含一喚醒接腳241以及一恢復接腳242，網路介面控制器18利用喚醒接腳241電性連接第一控制器20，在網路介面控制器18接收到來自外部網路36之網路喚醒訊號時，網路介面控制器18可透過喚醒接腳241通知第一控制器20。第一控制器20利用恢復接腳242電性連接網路介面控制器18，在主控制器32被喚醒而透過傳輸通道26傳送恢復訊號給第一控制器20時，第一控制器20可透過恢復接腳242通知網路介面控制器18，以各自使用自己的通道進行訊號傳輸。

在一實施例中，積體電路12更可直接整合在網路介面控制器18中，請參閱圖5所示，擴充基座10包含網路介面控制器18、第一訊號輸入輸出埠14以及第一控制器20，網路介面控制器18內整合有一積體電路12，且此網路介面控制器18具有至少一功能接腳24。由於積體電路12內建於網路介面控制器18中，網路介面控制器18內原有的電子電路亦電性連接積體電路12。第一訊號輸入輸出埠14電性連接網路介面控制器18內之積體電路12，第一控制器20電性連接功能接腳24及第一訊號輸入輸出埠14，以透過第一訊號輸入輸出埠14與主機30之第二控制器34訊號連接，並利用第一控制器20、第一訊號輸入輸出埠14、第二控制器34建立傳輸通道26。

請同時參閱圖5及圖6所示，在主機30啟動休眠模式或待機模式、網路介面控制器18斷線或是沒有網路封包傳輸時，網路介面控制器18中之積體電路12會切斷網路介面控制器18（積體電路12）與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線，使主控制器32進入最深的休眠狀態，亦即D3冷狀態。在網路介面控制器18接收到來自外部網路36之一網路喚醒訊號時，網路介面控制器18透過功能接腳24通知第一控制器20，第一控制器20產生一邊帶訊號經傳輸通道26傳送至主控制器32，以喚醒主控制器32，同時，網路介面控制器18響應此網路喚醒訊號而使積體電路12重新建立網路介面控制器18（積體電路12）與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線。

請參閱圖5所示，若是主機30之主控制器32先主動被喚醒時，主控制器32會透過傳輸通道26（依序經過第二控制器34、第一訊號輸入輸出埠14及第一控制器20）傳送恢復訊號給第一控制器20，以透過功能接腳24通知網路介面控制器18，使網路介面控制器18響應此恢復訊號而使積體電路12重新建立與第一訊號輸入輸出埠14之間的訊號連線。

除了透過同一個通道的功能接腳24來進行傳輸之外，第一控制器20通知網路介面控制器18以及網路介面控制器18通知第一控制器20也可以透過不同通道的功能接腳24來進行傳輸，請參閱圖7所示，此功能接腳24包含喚醒接腳241以及恢復接腳242，網路介面控制器18利用喚醒接腳241電性連接第一控制器20，在網路介面控制器18接收到來自外部網路36之網路喚醒訊號時，網路介面控制器18可透過喚醒接腳241通知第一控制器20。第一控制器20利用恢復接腳242電性連接網路介面控制器18，在主控制器32被喚醒而透過傳輸通道26傳送恢復訊號給第一控制器20時，第一控制器20可透過恢復接腳242通知網路介面控制器18，以各自使用自己的通道進行訊號傳輸。

因此，本案提出之擴充基座能夠有效管理電源，讓主機之主控制器能夠進入最深的休眠狀態（D3冷狀態），且又同時支援網路喚醒的功能，以達到最大化的省電目的。

以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之專利範圍內。

10:擴充基座 12:積體電路 14:第一訊號輸入輸出埠 16:第二訊號輸入輸出埠 18:網路介面控制器 20:第一控制器 22:電源適配器 24:功能接腳 241:喚醒接腳 242:恢復接腳 26:傳輸通道 30:主機 32:主控制器 34:第二控制器 36:外部網路 40:邏輯電路 42:微控制單元 44:媒體存取控制層 441:網路控制層 442:USB協定層 46:網路物理層 461:前端不斷電單元 48:USB物理層

圖1為根據本案一實施例之擴充基座的方塊示意圖。圖2為根據本案一實施例切斷訊號連接之擴充基座的方塊示意圖。圖3為根據本案一實施例之積體電路中邏輯電路的簡要方塊示意圖。圖4為根據本案另一實施例之擴充基座的方塊示意圖。圖5為根據本案另一實施例之擴充基座的方塊示意圖。圖6為根據本案另一實施例切斷訊號連接之擴充基座的方塊示意圖。圖7為根據本案再一實施例之擴充基座的方塊示意圖。

10:擴充基座

12:積體電路

14:第一訊號輸入輸出埠

16:第二訊號輸入輸出埠

18:網路介面控制器

20:第一控制器

22:電源適配器

24:功能接腳

26:傳輸通道

30:主機

32:主控制器

34:第二控制器

36:外部網路

Claims

一種用於電源管理的擴充基座，適於電性連接一主機，該主機包含一主控制器，該擴充基座包含：一積體電路；一第一訊號輸入輸出埠，電性連接該積體電路並提供該主控制器連接，使該主控制器透過該第一訊號輸入輸出埠與該積體電路進行訊號傳輸；一網路介面控制器，電性連接該積體電路，用以提供連接一外部網路，該網路介面控制器係具有至少一功能接腳；以及一第一控制器，電性連接該功能接腳及該第一訊號輸入輸出埠，該第一控制器係透過該第一訊號輸入輸出埠與該主機建立一傳輸通道；其中，在該主機啟動休眠模式或待機模式、該網路介面控制器斷線或沒有網路封包傳輸時，該積體電路切斷該積體電路與該第一訊號輸入輸出埠之間的訊號連線，使該主控制器進入最深的休眠狀態；以及在該網路介面控制器接收到來自該外部網路之一網路喚醒訊號時，該網路介面控制器透過該功能接腳通知該第一控制器，該第一控制器產生一邊帶訊號經該傳輸通道傳送至該主控制器，以喚醒該主控制器，且該網路介面控制器響應該網路喚醒訊號而使該積體電路重新建立與該第一訊號輸入輸出埠之間的該訊號連線；其中，在該主機插接在該第一訊號輸入輸出埠時，該積體電路會配置並儲存相關的一喚醒組態，以供該主控制器使用；以及在該網路介面控制器偵測到該主機解除連接時，該積體電路移除該喚醒組態。
如請求項1所述之用於電源管理的擴充基座，其中在該主控制器先被喚醒時，該主控制器透過該傳輸通道傳送一恢復訊號給該第一控制器，該第一控制器透過該功能接腳通知該網路介面控制器，使該網路介面控制器響應該恢復訊號而使該積體電路重新建立與該第一訊號輸入輸出埠之間的該訊號連線。
如請求項1或2所述之用於電源管理的擴充基座，更包含複數第二訊號輸入輸出埠，電性連接該積體電路。
如請求項2所述之用於電源管理的擴充基座，其中該功能接腳更包含一喚醒接腳以及一恢復接腳，使該網路介面控制器透過該喚醒接腳通知該第一控制器，以及該第一控制器透過該恢復接腳通知該網路介面控制器。
如請求項2所述之用於電源管理的擴充基座，其中該第一訊號輸入輸出埠係為一USB連接器或一霹靂(thunderbolt)連接器。
如請求項1或2所述之用於電源管理的擴充基座，其中該積體電路係整合在該網路介面控制器中。
如請求項1所述之用於電源管理的擴充基座，其中該最深的休眠狀態係為一D3冷狀態。
如請求項1所述之用於電源管理的擴充基座，其中該外部網路係為一有線網路或一無線網路。
如請求項1所述之用於電源管理的擴充基座，更包括一電源適配器，電性連接該積體電路，以提供電源。