电缆内的电力分发的制作方法
【专利摘要】本发明公开了电缆内的电力分发。供用于电缆的每端处的连接器插头中的有源组件的供电的电路、方法和装置可以有各种方式。例如，在主机被耦合到不是自供电的设备时，主机可以为电缆的每一端处的电路提供电力。在本发明的各个实施例中，该设备可以从主机请求较高的电压，使得更多的电力可以被递送。在这些情况中，设备可以将从主机接收的电压调节为较低的电压，并且随后将较低的电压提供给电缆的一端或两端处的电路。在主机被连接到是自供电的设备时，主机和自供电的设备可以对它们各自的连接器插头电路供电。
【专利说明】电缆内的电力分发
[0001]本申请是申请日为2011年6月30日申请号为201110189140.4发明名称为“电缆内的电力分发”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及电缆内的电力分发。
【背景技术】
[0003]电子设备常常包括连接器来提供用于与其它设备共享电力和数据信号的端口。这些连接器常常被设计为是与标准兼容的，使得电子设备可以以可靠的方式相互通信。各种通用串行总线(USB)、外围组件快速互连(PCIe)和显示端口(DP)标准仅仅是一些示例。
[0004]通常，设备通过电缆进行通信。这些电缆可能在每一端都具有插头，插头插入设备中的插孔中。但是这些标准的数据量大幅增大，并且为了让设备以更高的数据率进行通信，需要新型的电缆。
[0005]为了满足增大的数据率，可以在电缆中包括有源电路。但是需要给这些有源电路供电。通常不希望使用除了所连接的设备之一以外的源来给这些电缆提供电力。即，不希望使用第二电缆来给第一电缆供电。
[0006]为此，可以通过用电缆连接的设备来给该电缆中的有源电路提供电力。但是这些设备可能不具有等同的电力递送能力。例如，第一设备可能由墙上的插座供电，而第二设备可能从第一设备获取其电力。并且，各种设备可能提供各种电压电平。
[0007]因此，需要以智能的和可配置的方式来对电缆中的有源电路供电的电路、方法和装置。也希望通过提供诸如休眠和其它低功率状态之类的不同状态来降低功率。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的实施例提供以智能的和可配置的方式来对电缆中的有源电路供电的电路、方法和装置。
[0009]在本发明的各个实施例中，电缆的每一端处的连接器插头中的有源组件可以以各种方式被供电。例如，在主机被耦合到不是自供电的设备时，主机可以为电缆的每一端处的电路提供电力。在本发明的各个实施例中，设备可以从主机请求较高的电压，使得更多电力可以被递送。在这些情况中，设备可以将从主机接收的电压调节为较低的电压，并且随后将较低的电压提供给电缆的一端或两端处的电路。在主机被连接到是自供电的设备时，主机和自供电的设备可以对它们各自的连接器插头电路供电。
[0010]更具体而言，在本发明的一个实施例中，主机可被耦合以与不通过墙上的插座或其它外部电源被供电的设备进行通信，但是在本发明的各个实施例中，该设备可以通过内部或外部的电池被供电。主机可以经由电缆向该设备提供低电压源。电缆中的电路可以从该相同的低电压源被供电。电缆电路可以包括连接到主机的第一电缆插头中的电路以及连接到该设备的第二电缆插头中的电路。
[0011]在本发明的另一实施例中，主机可以向设备提供较高的电压。该较高的电压可以向设备提供增加数量的电力，并且其可以允许该设备中的或与之相关联的电池更快地充电。但是可能不需要该较高的电压来对电缆电路供电，并且使用该较高的电压可能引起电缆中的过度的功率损耗。该较高的功率损耗进而可能引起发热和不愉快的用户体验。因此，该设备可以接收该较高的电压，并且将该较高的电压降低为较低的电压。该较低的电压随后被用来对电缆电路供电。以这种方式，将高电压降低为低电压所需要的电路仅被包括在将使用它的设备上，其并不需要被包括在每个主机设备上。
[0012]在本发明的另一实施例中，主机可以与自供电的或通过墙上的插座或其它电源被供电的设备通信。在此情况中，主机和设备可以各自对它们连接到的插头中的电路供电。
[0013]在本发明的其它实施例中，与多个协议之一相兼容的信号可以在电缆上被提供。本发明的这些实施例可以提供用于检测哪个协议正被使用的电路。此外，本发明的实施例可以提供通过关断不使用的电路并且在不活动的时段期间提供休眠状态来节省电力的电路。
[0014]本发明的各个实施例可以结合在此描述的这些和其它特征中的一个或多个。通过参考以下详细描述和附图将可以更好地理解本发明的本质和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1图示出可以通过结合本发明的实施例来改进的老式系统；
[0016]图2图示出根据本发明的实施例的计算机系统；
[0017]图3图示出根据本发明实施例的连接器的引脚分配；
[0018]图4图不出根据本发明实施例的电子系统；
[0019]图5图示出其中主机经由电缆向设备提供高电压的电子系统；
[0020]图6图示出其中主机向左边插头提供电力并且主机或自供电的设备向右边插头提供电力的电子设备；
[0021]图7图示出根据本发明实施例的另一电子系统；
[0022]图8图示出其中主机经由电缆向设备提供高电压的另一电子系统；
[0023]图9图示出其中主机向左边插头提供电力并且主机或自供电的设备向右边插头提供电力的另一电子系统；
[0024]图10图示出根据本发明实施例的节省电力的方法；
[0025]图11图示出根据本发明的实施例在配置数据链路中可以使用的状态机；以及
[0026]图12图示出根据本发明实施例的在配置数据链路中可以使用的另一状态机。
【具体实施方式】
[0027]图1图示出可以通过结合本发明的实施例改进的老式系统。该示图示出通过老式连接115与老式显示器120通信的计算机110。在本发明的具体实施例中，老式连接115是显示端口连接，但是在本发明的其它实施例中，可以使用其它连接。
[0028]在该示图中，连接115被示出为老式连接。在本发明的其它实施例中，连接115也可以是新型连接。并且，尽管计算机110被示出为与显示器120通信，但是其它类型的连接也可以通过结合本发明的实施例被改进。例如，可以在便携仪式媒体播放器和显示器、计算机和便携式媒体播放器或这其它类型的设备之间提供连接。在本发明的不同实施例中，所示出和所讨论的计算机110、显示器120和其它设备可以由加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司制造。
[0029]此外，希望计算机110能够驱动诸如显示器120之类的老式显示器，或者任意更新的计算机、显示器或其它类型的设备。通常，这需要在计算机110上添加另一连接器。这可能是不希望的，因为其增加了计算机110的复杂度、成本和尺寸。另一连接器的添加还会增加消费者的困惑。
[0030]因此，本发明的实施例可以使用与老式连接115相同的连接器来提供更新的连接。在下图中示出一示例。
[0031]图2图示出根据本发明一个实施例的计算机系统。该示图与其它所包括的示图一样，仅为了说明性目的而被示出并且不限制本发明的实施例或权利要求。
[0032]该示图图示出通过高速连接225与计算机或显示器220通信的计算机110。计算机或显示器220通过高速连接235与盘驱动器230通信。计算机110可以使用相同的连接器来形成图1中老式连接115和图2中的高速连接225。如图所示，由计算机提供的高速连接可以串接到多个设备。在此配置中，每个高速连接225和235共享在计算机110处可用的带宽。
[0033]通过在计算机110上提供可以支持图1中的老式连接115和图2中的高速连接225的连接器，减少了计算机上的连接器的数目。这减小了设备尺寸、省钱并且减轻了消费者的困惑。在此示例中，计算机110与计算机或显示器220和盘驱动器230通信。在本发明的其它实施例中，可以采用其他类型的设备。例如，计算机110可以驱动一体式计算机的显示器、第二计算机、单独的监视器、扩展设备、袭击驱动器(raid drive)或其它类型的设备。
[0034]本发明的实施例可以为当使用现有的老式连接器来布置用于高速连接的引脚分配(pinout)时的至少两点考虑说明原因。第一，高速连接的不同信道中的信号可以被布置为使得它们相互不干扰。即，高速信号之间的串话可被减少并且信号可以被隔离。第二，用于驱动和接收新的高速信号的电路和与老式标准相关联的电路可以被隔离以限制它们之间的干扰。在下图中示出一示例。
[0035]图3图示出了根据本发明实施例的连接器的引脚分配。在此示例中，显示端口是老式标准，其被覆盖用于新标准的引脚，该新标准在这里被称为HS10，并且在本文档的其它地方被称为T29。在本发明的其它实施例中，可以使用其它标准。此外，这些标准中的一者或两者可以是老式标准，或者这些标准中的一者或两者可以是较新的标准。此外，尽管在这里示出两个标准共享连接器，但是在本发明的其它实施例中，其它数目的标准可以共享连接器。
[0036]在本发明的各个实施例中，这两个标准可以是分离的且不相关的。在本发明的其它实施例中，它们可以是相关的。例如，HS1可以是载运显示端口信息的高速信令技术。即，显示端口信息可以利用HS1信号进行隧道传输。HS1还可以同时载运其它类型的信号信息，例如PCIe信息。以这种方式，图3中的连接器可以直接载运显示端口信号，或者其可以载运作为HS1信号来递送的显示端口信息。应注意，在下面描述的本发明的各个实施例中，HS1也被称为T29。
[0037]在该布置中，可以使高速输入和输出引脚彼此相隔离。具体地，高速接收信号可被置于引脚4和6，以及16和18上。这些信号对中的每对可以通过作为AC地的信号被隔离。例如，高速接收引脚4和6可以通过热插拔检测引脚2和接地引脚8来隔离。类似地，高速接收引脚16和18可以通过接地引脚14和电源引脚20来隔离。高速发送引脚3和5、以及15和17可以通过接地引脚1、7、13和19来隔离。接地引脚中的某些或全部引脚，诸如引脚I和7，可以是与到地的直接DC连接相对的AC地。即，这些引脚可以通过电容器被耦合到地。这在高频时提供接地连接，而在低频时提供开路。这种布置允许在这些引脚处接收电源，同时在高频时维持接地。
[0038]在本发明的具体实施例中，电缆的第一端处的引脚20连接到该电缆的第二端处的引脚I。这允许由主机设备提供的在引脚20上的电力被供应给设备连接处的引脚I。由于引脚I通过电容器被耦合到地，因此虽然引脚I提供AC地，但是DC电源可被接收。
[0039]此外，在此实施例中，高速HS1标准中的高速信号可以与老式显示端口标准的适当信号共享引脚。具体地，引脚4和6上的高速接收信号可以与显示端口标准中的配置信号共享引脚。引脚16和18上的高速接收信号可以与显示端口标准中的辅助信号共享引脚。引脚3和5上的高速发送信号可以与显示端口输出信号共享引脚，引脚15和17上的高速发送信号也一样。
[0040]此外，在本发明的各个实施例中，有源电缆可以传递与各种标准相兼容的信号。如上所述，在本发明的具体实施例中，这些可以称为HS1和显示端口。有源电缆可以能够通过检测不同的上拉或下拉电阻器的状态来确定哪些标准正被使用。其示例可以在通过引用结合的代理卷号为20750P-02500US、标题为“用于有源电缆的电路”的共同未决的美国专利申请第13./173，979号中找到。
[0041]在本发明的各个实施例中，有源电缆可以将各种电子设备连接到一起。这些电子设备可以包括主机设备和其它类型的设备。这些其它类型的设备可以包括它们自己的电源，或者它们可以由主机设备供电。具有自己的电源的设备可以从电池、墙上的插座、车载充电器或其它电源来得到电力。这些设备可以是诸如盘驱动器、监视器之类的设备或其它类型的设备。
[0042]此外，根据本发明实施例的主机可以能够提供高电压，诸如12或15V。在这些情形下，可以在不增大最大电流的情况下向第二设备提供更多电力。电缆中的组件可以不是以高电压操作的，因此第二设备可以向电缆电路提供低电压。此外，通过在第二设备上提供用于生成较低电压的电路，此电路不必包括在主机中。在下图中示出一示例。
[0043]图4图示出根据本发明一个实施例的电子系统。该示图包括经由电缆410耦接到设备490的主机480。电缆410包括连接到主机480的左边插头424和连接到设备490的右边插头454。主机480可以能够向设备490和电缆410中的电缆电路两者提供一个或多个电压。主机480可以提供3.3V的低电压，或12或15伏特的高电压。在本发明的其它实施例中，主机480可以向设备490以及电缆410中的电缆电路提供各种电压电平。
[0044]在此具体实施例中，主机480向电缆410中的电缆电路以及设备490提供3.3V。因此，主机480中的开关482提供作为电压Vl的3.3V。此电压上拉晶体管NI的栅极，从而接通晶体管NI和Pl。晶体管NI向电缆微控制器422和开关424提供3.3V。此电压还接通晶体管P2的体二极管，这将线路V2上的电压的拉至2.6V，或3.3V减去一个二极管压降。此电压接通晶体管N3和P3，从而将线路V2上的电压连接到电缆微控制器452和开关454。晶体管N4和P4关断，从而使线路V2上的电压与线路Vl上的电压隔离。
[0045]电压Vl被设备490中的低压降调节器(low-drop-out regulator) 492接收,低压降调节器492向端口微控制器494提供电力。端口微控制器494随后可以与电缆微控制器422和452以及端口微控制器494通信来确定用于该电缆的合适配置。在本发明的具体实施例中，主机端口微控制器484可以利用设备端口微控制器494进行检查来以判定设备490是否需要更高的电平的电力。如果是，则主机端口微控制器484可以利用电缆微控制器422进行检查来判定电缆是否能够支持该更高电平的电力的递送。如果设备490需要更高的电力并且电缆能够递送它，则主机480可以提供更高电平的电力。在本发明的另一实施例中，主机端口微控制器484可以判定电缆和设备490将需要多少电力。在某些情形下，包括一对时钟和数据恢复电路或其它电路的一个链路可能需要被断电。
[0046]在该示例中，电源496在线路Vl上从主机480仅接收3.3V。以此电压，电源496可以处于欠压闭锁输出(under-voltage lock-out)状态，并且因此可以被断电。在此状态中，电源496不向电缆电路提供电力。
[0047]在此示例中，电缆插头电路包括时钟和数据恢复电路426和456。这些时钟和数据恢复电路可以对从主机480、设备490以及从彼此接收的数据进行接收和重新定时。其示例可以在通过弓I用结合的代理卷号为20750P-02500US、标题为“用于有源电缆的电路”的共同未决的美国专利申请第13./173，979号中找到。
[0048]此外，主机480能够提供较高电压，诸如12或15V。在这些情形下，尽管可能希望向设备490提供此较高电压，但是此较高电压可能在电缆410的电路中引起过度的功率损耗并因此引起发热。因此，在本发明的各个实施例中，尽管设备490从主机480接收较高电压，但是设备490进而向电缆电路提供较低电压。这使得电缆功率损耗保持较低。此外，通过在设备490上提供用于生成较低电压的电路，此电路不需要包括在主机480中。因此，在主机480不需要提供此较低电压的情形下，电路不会被浪费。而是，电路仅被包括在需要较高电压的设备上。在下图中示出一示例。
[0049]图5图示出其中主机580经由电缆510向设备590提供高电压的电子系统。此外，向电缆510中的电路提供高电压可能引起左边插头520和右边插头550中的过度功率损耗和组件发热。因此，在本发明的该实施例中，设备590从主机580接收较高电压，并且进而向电缆510中的电缆电路提供较低电压。由主机580提供的较高电压或由设备590生成的较低电压可被用来对设备590供电,对设备590中或与之相关联的电池充电,或用于其它目的。
[0050]具体而言，主机580中的高电压电力开关586在线路Vl上提供12V。该12V促使分路调节器522接通晶体管NI和Pl。此高电压通过低压降调节器592在设备590中被接收，低压降调节器592向端口微控制器594提供较低的经调节的电压。被设备590的接收的较高电压被调节为较低电源，诸如3.3V，并且由电源596在线路V2上提供。这进而可以接通晶体管P3，其将线路V2上的电压提供给电缆微控制器552和开关554。因为晶体管NI关断，所以晶体管N2和Pl接通，从而将线路V2上的电压3.3V耦合到电缆微控制器552和开关524。
[0051]以这种方式，主机580向设备590提供高电压(12V)。此较高电压增大主机580可以提供给设备590的电力的数量。这进而可以减少电池充电次数。设备590进而将低电压(3.3V)返回给电缆510中的左边插头520和右边插头550。即，高电压Vl不被用来直接对任何电缆电路供电。而是，Vl上的较高电压通过电源596被降低为较低电压，该较低电压在线路V2上被提供。此较低电压随后对左边插头520和右边插头550中的有源电路供电。
[0052]此外，在本发明的一些实施例中，主机可以连接到另一主机或自供电设备。在这样的情况中，希望每个主机或自供电设备给其自己的对应插头供电。以这种方式，电力不需要被发送经过电缆。在下图中示出一示例。
[0053]图6图示出其中主机680向左边插头620提供电力并且主机或自供电设备690向右边插头650提供电力的电子系统。在此示例中，主机680中的电路开关682在线路Vl上将3.3V提供给左边插头620。此电压接通晶体管NI和Pl，从而将3.3V提供给电缆微控制器622和开关624。类似地，主机或自供电设备690中的电力开关692在线路V2上将3.3V提供给右边插头650。此电压接通晶体管N3和P3，从而将3.3V提供给电缆微控制器652和开关654。
[0054]当在右边插头650被连接到主机或自供电设备690之前左边插头620被连接到主机680时，可能出现瞬时条件。在此瞬时条件期间，线路Vl上的3.3V可以接通晶体管NI和P1。这可以通过其体二极管接通P2，从而将线路V2上的电压变为2.6V。当右边插头650被连接到主机或自供电设备690时，电力开关692可以在线路V2上提供3.3V，从而关断晶体管P2。
[0055]在本发明的以上实施例中，示出了具体的电路配置。在本发明的其它实施例中，可以采用其它电路配置。这些电路可以使用离散的组件来形成，它们可以被部分地集成，或者它们可以被完全地集成。在下图中示出另一具体电路配置。
[0056]图7图示出根据本发明的实施例的另一电子系统。在这些示例中，使用两个分压调节器。使用两个分压调节器可以防止主机和设备两者都提供高电压的情形，并且两个插头将它们的电路连接到它们各自的引脚1，尽管高电压在那个引脚上被提供。使用两个分压调节器意味着两个插头中的电路都可以被断开连接并且因此免受更高较高电力的损害。
[0057]该示图包括经由电缆710耦接到设备790的主机780。电缆710包括连接到主机780的左边插头724和连接到设备790的右边插头754。主机780可以能够向设备790以及电缆710中的电缆电路两者提供一个或多个电压。主机780可以提供3.3V的较低电压或12或15伏特的较高电压。在本发明的其他实施例中，主机780可以向主机790和电缆710中的电缆电路提供各种电压电平。
[0058]在此具体示例中，主机780向电缆710中的电缆电路和设备790提供3.3V。因此，主机780中的开关782提供作为电压Vl的3.3V。此电压上拉晶体管Pl的栅极，从而接通晶体管Pl并且接通晶体管P2。晶体管P2向电缆微控制器722和开关724提供3.3V。此电压还接通晶体管P4的体二极管，这将线路V2上的电压拉至2.6V或3.3V减去一个二极管压降。此电压关断晶体管P5并且接通晶体管P6，从而将线路V2上的电压连接到电缆微控制器752和开关754。晶体管P8是关断的，从而将线路V2上电压与线路Vl上的电压隔离。
[0059]电压Vl被设备790中的低压降调节器792接收，低压降调节器492向端口微控制器494提供电力。主机端口微控制器784随后可以与电缆微控制器722和752以及设备端口微控制器794通信来确定用于该电缆的合适配置。如前，主机端口微控制器784可以确定更高的电力电平是否可以被提供，并且一些电路是否需要被断电。
[0060]在此示例中，电源796在线路Vl上从主机780仅接收3.3V。以此电压，电源796可以处于欠压闭锁输出状态，并且因此可以被断电。在此状态中，电源796不向电缆电路提供电力。
[0061]此外，主机780能够提供较高电压，诸如12或15V。在这些情形下，尽管可能希望向设备790提供此较高电压，但是此较高电压可能在电缆710的电路中引起过度的功率损耗并因此引起发热。因此，在本发明的各个实施例中，尽管设备790从主机780接收较高电压，但是设备790进而向电缆电路提供较低电压。这使得电缆功率损耗保持较低。此外，通过在设备790上提供用于生成较低电压的电路，此电路不需要包括在主机780中。因此，在主机780不需要提供此较低电压的情形下，电路不会被浪费。而是，电路仅被包括在需要较高电压的设备上。在下图中示出一示例。
[0062]图8图示出其中主机880经由电缆810向设备890提供高电压的电子系统。此外，向电缆810中的电路提供高电压可能弓I起左边插头820和右边插头850中的过度功率损耗和组件发热。因此，在本发明的该实施例中，设备890从主机880接收较高电压，并且进而向电缆810中的电缆电路提供较低电压。此外，或者由主机880提供的较高电压或者由设备890生成的较低电压可以用来给设备890供电，给设备890中的或与之相关联的电池充电，或用于其它目的。
[0063]具体而言，主机880中的高电压电力开关886在线路Vl上提供12V。该12V促使分路调节器812接通晶体管P1，这关断晶体管P2。此高电压通过低压降调节器892在设备890中被接收，低压降调节器892向端口微控制器894提供较低的经调节的电压。被设备890的接收的较高电压被调节为较低电源，诸如3.3V，并且由电源896在线路V2上提供。这进而可以接通晶体管P6，晶体管P6将线路V2上的电压提供给电缆微控制器852和开关854。因为晶体管NI和P3关断，所以晶体管P4接通，从而将线路V2上的电压3.3V耦合到电缆微控制器852和开关824。
[0064]以这种方式，主机880向设备890提供高电压(12V)。此较高电压增大主机880可以提供给设备890的电力的数量。这进而可以减少电池充电次数。设备890进而将低电压(3.3V)返回给电缆810中的左边插头820和右边插头850。S卩，Vl上的高电压不被用来直接对这些电缆电路供电。而是，Vl上的较高电压通过电源896被降低为较低电压，该较低电压在线路V2上被提供。此较低电压随后对左边插头820和右边插头850中的有源电路供电。
[0065]此外，如果主机880和设备890两者都在各自的引脚20上提供高电压，则附加的分路调节器814和864可以分别关断设备P4和P8，。这进而使电缆电路不被连接到高电压。
[0066]此外，在本发明的一些实施例中，主机可以连接到另一主机或自供电设备。在这样的情况中，希望每个主机或自供电设备给其自己的对应插头供电。以这种方式，电力不需要被发送经过电缆。在下图中示出一示例。
[0067]图9图示出其中主机980向左边插头920提供电力并且主机或自供电设备990向右边插头950提供电力的电子系统。在此示例中，主机980中的电路开关982在线路Vl上将3.3V提供给左边插头920。此电压接通晶体管Pl，从而将3.3V提供给电缆微控制器922和开关924。类似地，主机或自供电设备990中的电力开关992在线路V2上将3.3V提供给右边插头950。此电压接通晶体管P6，从而将3.3V提供给电缆微控制器952和开关954。
[0068]当在右边插头950被连接到主机或自供电设备990之前左边插头920被连接到主机980时，可能出现瞬时条件。在此瞬时条件期间，线路Vl上的3.3V可以接通晶体管Pl。这进而可以通过其体二极管接通P4，从而将线路V2上的电压变为2.6V。当右边插头950被连接到主机或自供电设备990时，电力开关992可以在线路V2上提供3.3V，从而关断晶体管P4并降低其体二极管电流。
[0069]此外，在本发明的各个实施例中，可以使用各种电路配置。在此实施例和其它实施例中，可以使用分路调节器。这些分路调节器可以接收在以上示例中由电阻分压器提供的电压。该接收的电压被与内部基准电压相比较。如果接收的电压高于该基准，则输出晶体管可以导通，如果接收的电压低于该基准，则输出晶体管可以关断。例如，在图7中，线路Vl上的电压仅为3.3V，并且接收的电压低于该基准。在此情况中，分路调节器中的输出晶体管关断，Pl关断，这接通P2。在图8中线路Vl上的电压是12V并且接收的电压高于该基准。在此情况中，分路调节器中的输出晶体管接通，并且Pl接通，这关断P2.
[0070]利用以上配置，如果接收的电力低于阈值，则接收的电力被用来给两个插头供电，如果接收设备不是自供电的话。如果接收电力在阈值以上，则接收的电力被接收设备用来生成对插头中的有源电路供电的电压。如果接收设备是自供电的，则每个设备可以给其自己的插头供电。在本发明的各个实施例中，可以使用不同数目的这样的调节器，并且它们可被置于各个位置。
[0071]在本发明的这些和其它的实施例中，可以包括磁滞来减少颤振(chattering)以及振荡的可能性。例如，电阻器Rhys已被添加到图7-9中的电路来在进入不同状态时向以上阈值提供磁滞。
[0072]本发明的实施例可以包括用于对数据进行接收和重新定时的电路。例如，多个时钟和数据恢复电路926和956中的一个可以被包括在插头920和950的一者或两者中。左边插头920中的时钟和数据恢复电路926可以从主机980接收信号并且将它们提供给右边插头950中的时钟和数据恢复电路956。同样地，右边插头950中的时钟和数据恢复电路956可以从设备990接收信号并且将它们提供给左边插头920中的时钟和数据恢复电路926。在本发明的各个实施例中，由时钟和数据恢复电路926和956可以提供一个或两个双向流量线路。其示例可以在通过引用结合的代理卷号为20750P-02500US、标题为“用于有源电缆的电路”的共同未决的美国专利申请第13./173，979号中找到。
[0073]在这些示例中，开关被示出为耦合到每个插头中的两个时钟和数据恢复电路中的每一个。在本发明的其它实施例总，仅一个开关可被连接到两个时钟和数据恢复电路。当一个时钟和数据恢复电路不被需要时，可以经由软件而不是硬件开关被断电。在本发明的其它实施例中，可以使用其它电力管理技术。
[0074]在本发明的各个实施例中，电缆电路的配置中的许多是使用端口微控制器984和994以及电缆微控制器922和952来控制的。这些微控制器可以使用在LSR2P TX和LSR2PRX引脚上源发的信号而被相互连接。这些引脚可以称为LSx总线。
[0075]该总线可以递送关断与不使用的频道或线路相关联的电路的信号，确定连接的存在(presence)的信号以及可以协商较高电压的信号。例如，由在LSR2P RX引脚上具有弱的(1ΜΩ)下拉并且在LSR2P TX引脚上具有较强的(10ΚΩ)的上拉的各个端点(主机或设备)辅助连接的存在。因为电缆端到端跨越，所以每个端可以感测它们的P2R信号来确定在远端是否存在被供电的主机或设备，并且当电缆未被完全连接时继续允许电力管理。此夕卜，如果设备需要由主机提供更高的电压，则该设备可以使用LSx总线来请求电压的增加。
[0076]此外，在本发明的各个实施例中，电缆微控制器可以与正通过该电缆通信的主机和设备中的端口微控制器通信。在本发明的具体实施例中，第一设备中的端口微控制器可以直接与插在第一设备中的插头中的电缆微控制器以及附接到远程插头的远程设备中的端口微控制器通信。可以通过远程设备的“抖动”(bouncing)消息来与远程或远端插头进行进一步的通信。
[0077]端口和电缆微控制器之间的这些通信可以采取各种形式。传统上，互连固定在每一端处，几乎没有可能发现改进的能力或灵活的实现。因此，本发明的实施例提供该通信的能力，使得例如电缆可以将有关其特征的信息分享给主机或设备，并且主机和设备可以利用这样的特征。
[0078]在其它示例中，各个端口和电缆微控制器之间的这些通信可以本质上是诊断性质的。这些诊断通信可以辅助端用户或其它人对错误的隔离，这可以允许对问题的快速补救并且可以将注意力集中在引起错误的设备上。这些通信在测试和制造中也是有用的。它们也可以用来优化用于省电的配置，例如，不被使用的信道可以被断电，低功率远程设备可以由主机供电，使得该设备不需要连接到墙上的插座。此外，由远程设备消耗的电力可以被监控，并且电力增加(或降低)可以按照需要被使能。它们也可以允许设备继续操作而不论各种损害如何。它们也可以使能铜或其它导体，或电缆本身中的光线光学的使用。其更多的示例可以在其示例可以在通过引用结合的代理卷号为20750P-02500US、标题为“用于有源电缆的电路”的共同未决的美国专利申请第13./173，979号中找到。在本发明的这些实施例中，电缆微控制器922和952控制开关924和954，开关924和954连接或断开去往和来自时钟和数据恢复电路926和956的电力。电缆微控制器922和952以及时钟和数据恢复电路926和956消耗电力，这会使电池随时间过去而放电或者以其他方式浪费电力。因此，当不需要这些电路时，它们可以被断电。例如，如果电缆910中只有一个数据链路被使用，则一组时钟和数据恢复电路926和956可被电缆微控制器922和952禁用。此外，如果没有数据正被从主机982转送至设备990，则左边插头920和右边插头950中的电路可以被关断以节省电力。在下图中示出一示例。
[0079]图10图示出根据本发明一个实施例的节省电力的方法。在上电、重置、或其它启动事件1010之后，在动作1020中判断是否没有通过电缆的数据活动已经达时间Tl。如果没有活动，则在动作1030中进入低功率休眠状态。在动作1040中，判定例如在低速或高速输入上是否已经存在数据边缘。如果已经存在数据边缘，则在动作1050中，退出休眠状态并且可以开始加载电缆的操作所需要的代码。有时，这样的边缘可能是噪声瞬变。在这样的边缘后可能不跟随任意更多的活动。在此情况中，在动作1030中可以重新进入休眠状态。如果在时间T2内存在活动，则在动作107中可以加载剩余的代码和/或继续正常的操作。
[0080]此外，根据本发明实施例的连接器和电缆可以能够应对两个或更多的信号协议。在本发明的具体实施例中，两个协议是显示端口和高速协议HS1，HS1在以下示例中被称为T29。因此，当设备使用根据本发明实施例的电缆被连接到一起时，由诸如端口微控制器984之类的端口微控制器关于哪个协议正被使用做出判断。在下图中示出如何做出该判断的示例。
[0081]图11图示出在根据本发明的实施例配置数据链路中可以使用的状态机。在本发明的具体实施例中，这些判断可以由诸如端口微控制器84之类的端口微控制器或其它微控制器或状态机做出。
[0082]在上电或重置情况之后，进入重置状态1100。一般，显示端口链路的存在通过热插拔检测线路HPD上的高上拉被检测到。因此，如果热插拔检测被感测为高，则进入连接状态1110。此时，判断高状态是否被维持一时间段，例如100ms。该判断具有消除HPD线路上的电压的抖动的效果。如果该高状态被维持，则可以进入显示端口状态1112。如果在热插拔检测线路上存在低信号，则重新进入重置阶段1100。端口微控制器可以保持在显示端口状态1112直到热插拔检测返回到低为止。在此情况中，进入断开连接状态1114。
[0083]断开连接状态1114提供某一数量的磁滞来防止过早退出显示端口状态1112。例如，显示端口供用于经由Hro引脚的第二中断。这些中断可以是在Hro上持续时间少于Ims的高低高脉冲。这些中断不应当被视为断开连接并且提供该磁滞(1ms延迟)可防止它。因此，如果热插拔检测保持为低达10ms，则重新进入重置阶段1100，否则重新进入显示端口状态1112。
[0084]此外，一般，T29的存在是通过配置引脚C0NFIG2 (在其它地方被标识为CFG2)为高来判定的。当其为真时，退出重置状态1100并且进入T29连接状态1120。通过将唯一的ID从输入传递到输出可以进入回环(loopback)状态1122。如果C0NFIG2返回到低，则可以进入T29断开连接状态1124。与断开连接状态1114 一样，T29断开连接状态1124可以提供一数量的磁滞并且防止过早从T29连接状态退出。。
[0085]一旦在T29连接状态1120中，如果数据被接收到，则进入电缆状态1126。一旦进入电缆状态1126，如果数据再次被接收到，则进入T29状态1128。如果如图所示，C0NFIG2返回到低，则可以退出电缆状态1126和电缆状态1128。
[0086]如上所示，在本发明的各个实施例中，可以进入各种休眠状态。例如，可以接收指示端口微控制器准备休眠或准备进入沉默状态因此进入状态1150的指令。
[0087]在以上示例中，当所提供的电力从低电压斜升为高电压时，会存在这样的时间，其中图8中的P2由于分压阈值已被越过而被关断，但是设备890还没有足够的电压来向其引脚20提供3.3V。结果，电缆“变暗淡”(browns-out),并且C0NFIG2会下降。可能希望在断开连接时检测它。因此，一旦串行通信已被成功完成，则C0NFIG2变成不关心点并且仅UART中断被检测为断开连接。在下图中示出一示例。
[0088]图12图示出根据本发明的实施例在配置数据链路中可以使用的状态机。在本发明的具体实施例中，这些判断可以由诸如主机端口微控制器984之类的端口微控制器或其它微控制器或状态机做出。
[0089]在上电或重置情况之后，进入重置状态1200。一般，显示端口链路的存在通过热插拔检测线路HPD上的高上拉被检测到。因此，如果热插拔检测被感测为高，则进入连接状态1210。此时，判断高状态是否被维持一时间段，例如100ms。该判断具有消除HPD线路上的电压的抖动的效果。如果该高状态被维持，则可以进入显示端口状态1212。如果在热插拔检测线路上存在低信号，则重新进入重置阶段1200。端口微控制器可以保持在显示端口状态1212直到热插拔检测返回到低为止。在此情况中，进入断开连接状态1214。
[0090]断开连接状态1214提供某一数量的磁滞来防止过早退出显示端口状态1212。例如，显示端口供用于经由Hro引脚的第二中断。这些中断可以是在Hro上持续时间少于Ims的高低高脉冲。这些中断不应当被视为是断开连接并且提供该磁滞(1ms延迟)可防止它。因此，如果热插拔检测保持为低达10ms，则重新进入重置阶段1200，否则重新进入显示端口状态1212。
[0091]此外，一般，T29(或TBT)连接的存在是通过配置引脚C0NFIG2 (在其它地方被标识为CFG2)为高来判定的。当其为真时，退出重置状态1200并且进入TBT(在其它地方标识为Τ29)连接状态1220。通过将唯一的ID从输入传递到输出可以进入回环(loopback)状态1222。如果C0NFIG2返回到低，则可以进入TBT断开连接状态1224。与断开连接状态1214 —样，TBT断开连接状态1224可以提供一数量的磁滞并且防止过早从TBT连接状态退出。
[0092]一旦在TBT连接状态1120中，如果数据被接收到，则进入电缆状态1226。一旦进入电缆状态1226，如果数据再次被接收到，则进入TBT状态1228。一旦进入TBT状态，通过UART中断退出并且进入Break状态1240。此外，在本发明的实施例中，不是通过C0NFIG2上的上拉的损失而退出TBT状态1228。如果在5ms中数据未被接收到，则进入电缆状态1226。如果数据被接收到，则重新进入TBT状态1228。此外，在此实施例中，一个或多个线缆可不被使能用于TBT数据传输。在此情况中，当在电缆状态1226中时，在线路或信道被使能之前可以进入等待电力状态1242。
[0093]此外，在本发明的各个实施例中，可以进入各种休眠状态。例如，可以接收指示端口微控制器准备休眠或准备进入沉默状态的命令，之后进入状态1258。以上已经为了图解和描述的目的介绍了本发明的实施例的以上描述。并不意图是穷尽性的或将本发明限制于所描述的精确形式，而是鉴于以上教导可以有许多修改例和变形例。选择并描述这些实施例是为了最好地说明本发明的原理及其实际应用从而使得本领域技术人员能够在各个实施例中最好地利用本发明并使各个修改例适于所构想到的具体使用。因此，将明白本发明意图覆盖在权利要求的范围内的所有修改例和等同物。
[0094]相关串请的交叉引用
[0095]本申请要求2010年6月30日提交的美国临时专利申请第61/360，436号、2010年6月30日提交的美国临时专利申请第61/360，432号以及2011年2月23日提交的美国临时专利申请第61/446,027号的权益，并且与代理卷号为20750P-02500US、标题为“用于有源电缆的电路”的共同未决的美国专利申请第13./173，979号有关，它们通过引用被结合。
【权利要求】
1.一种电缆装置，包括 电缆； 第一插头，第一插头耦合到所述电缆的第一端，并且包括: 第一有源电路，第一有源电路对数据进行接收和重新定时，并且提供重新定时后的数据；和 第一电路，第一电路接收第一电源电压并且确定第一电源电压是否在阈值电压以下；以及 第二插头，第二插头耦合到所述电缆的第二端，并且包括: 第二有源电路，第二有源电路对数据进行接收和重新定时，并且提供重新定时后的数据；和 第二电路， 其中，如果第一电路确定第一电源电压在阈值以下，则第一电路和第二电路接收第二电源电压，并且第一电路利用第二电源电压对第一有源电路供电，并且第二电路利用第二电源电压对第二有源电路供电。
2.根据权利要求1所述的电缆装置，其中第二电源电压大于第一电源电压。
3.根据权利要求1所述的电缆装置，其中第一电源电压是从主机设备接收的。
4.根据权利要求3所述的电缆装置，其中第二电源电压是从第二设备接收的。
5.根据权利要求4所述的电缆装置，其中第一有源电路和第二有源电路包括时钟和数据恢复电路。
6.根据权利要求5所述的电缆装置，其中第一有源电路和第二有源电路包括微控制器。
7.根据权利要求1所述的电缆装置，其中第一电路包括分路调节器。
8.一种向电缆电路提供电力的方法，包括: 从在电缆的第一插头处的第一设备接收第一电源电压，并且如果电力被从第一设备提供给第二设备并且第一电源电压在阈值电压以下，则从第二设备接收第二电源电压，并且利用第二电源电压对第一有源电路和第二有源电路供电， 如果电力不是被从第一设备提供给第二设备，则从第二设备接收第二电源电压，并且利用第一电源电压来对第一有源电路供电并利用第二电源电压来对第二有源电路供电。
9.根据权利要求8所述的方法，其中当第一电源电压在所述阈值电压以下时，第二电源电压大于第一电源电压。
10.根据权利要求8所述的方法，其中第一有源电路和第二有源电路包括时钟和数据恢复电路。
11.根据权利要求10所述的方法，其中第一设备是主机设备。
12.根据权利要求8所述的方法，其中第一有源电路和第二有源电路各自还包括微控制器。
13.一种电缆装置，包括: 电缆； 第一插头，第一插头具有接收第一电源的第一端子和接收第二电源的第二端子；以及 第二插头，第二插头具有接收第二电源的第一端子和接收第一电源的第二端子， 其中，第一插头中的第一端子通过所述电缆耦合到第二插头中的第二端子，并且第一插头中的第二端子通过所述电缆耦合到第二插头中的第一端子， 其中第一插头还包括: 第一电路，第一电路将在第一插头中的第一端子上接收的第一电源有选择地耦合到第一有源电路；以及 第二电路，第二电路将第一电源的至少一部分有选择地耦合到第一插头中的第二端子， 其中第二插头还包括: 第一电路，第一电路将在第二插头中的第一端子上接收的第二电源有选择地耦合到第二有源电路；以及 第二电路，第二电路将第一电源的至少一部分有选择地耦合到第二插头中的第二端子， 并且其中，当第一电源在第一插头中的第一端子处被接收并且第一电源在阈值电压以下时，则在第二插头中的第一端子处接收第二电源电压，第二插头中的第一电路将第二电源耦合到第二有源电路，并且第一插头中的第二电路将第二电源耦合到第一有源电路。
14.根据权利要求13所述的电缆装置，其中第二电源电压高于第一电源电压。
15.根据权利要求13所述的电缆装置，其中第一插头中的第一电路和第二电路包括分路调节器。
16.根据权利要求13所述的电缆装置，其中第一电源电压是从主机设备接收的。
17.根据权利要求16所述的电缆装置，其中第二电源电压是从第二设备接收的。
18.根据权利要求17所述的电缆装置，第一有源电路和第二有源电路各自包括时钟和数据恢复电路。
19.一种电缆装置，包括: 电缆； 第一插头，耦合到所述电缆的第一端，并且包括: 第一有源电路，第一有源电路对数据进行接收和重新定时，并且提供重新定时后的数据；以及 第二插头，第二插头耦合到所述电缆的第二端，并且包括: 第二有源电路，第二有源电路对数据进行接收和重新定时，并且提供重新定时后的数据；以及 其中，第一电源电压在第一插头处被接收并在第二插头处被提供给一设备，该设备将第一电源电压转换成第二电源电压并将第二电源电压提供给第二插头，并且 其中，第二电源电压对第一插头中的第一有源电路和第二插头中的第二有源电路供电。
20.根据权利要求19所述的电缆装置，其中，第一电源电压是从主机设备接收的。
21.根据权利要求20所述的电缆装置，其中，第二电源电压是从调节器接收的。
22.根据权利要求21所述的电缆装置，其中，第二电源电压至少约3.3.伏特。
23.根据权利要求21所述的电缆装置，其中，第一有源电路和第二有源电路包括时钟和数据恢复电路。
24.根据权利要求23所述的电缆装置，其中第一有源电路和第二有源电路各自还包括微控制器。
25.根据权利要求19所述的电缆装置，其中第一插头还包括分路调节器。
26.—种电缆装置，包括: 电缆； 第一插头，第一插头具有从主机接收第一电源的第一端子和接收第二电源的第二端子；以及 第二插头，第二插头具有通过电缆从主机接收第一电源的第二端子和接收第二电源的第一端子， 其中，第一插头中的第一端子通过所述电缆耦合到第二插头中的第二端子，并且第一插头中的第二端子通过所述电缆耦合到第二插头中的第一端子， 其中第一插头还包括: 第一有源电路，其中第一有源电路可以被第一电源、第一电源的一部分或第二电源供电。
27.根据权利要求26所述的电缆装置，其中，第二插头还包括: 第一电路，将在第一端子上接收到的第二电源选择性地耦合到第二插头中的第二有源电路；以及 第二电路，将第一电源的至少一部分选择性地耦合到第二端子。
28.根据权利要求27所述的电缆装置，其中，当第一电源在第一插头中的第一端子处被接收并且第一电源在阈值以下时，则第一插头中的第一电路将第一电源耦合到第一有源电路，并且第一插头中的第二电路将第一电源的至少一部分耦合到第二端子。
29.根据权利要求28所述的电缆装置，其中，当第一电源在第一插头中的第一端子处被接收并且第一电源在阈值以上时，则在第二插头中的第一端子处接收第二电源电压，第二插头中的第一电路将第二电源耦合到第二插头中的第二有源电路和第二端子，并且第一插头中的第二电路将第二电源耦合到第一有源电路。
30.根据权利要求27所述的电缆装置，其中，第一电源电压是从主机设备接收的。
31.根据权利要求30所述的电缆装置，其中，第二电源是从第二设备接收的。
32.根据权利要求31所述的电缆装置，其中，第一有源电路和第二有源电路包括时钟和数据恢复电路。
33.一种电缆装置，包括: 电缆； 第一插头，第一插头具有接收第一电源的第一端子和接收第二电源的第二端子；以及 第二插头，第二插头具有接收第二电源的第一端子和接收第一电源的第二端子， 其中第一插头中的第一端子通过所述电缆耦合到第二插头中的第二端子，并且第一插头中的第二端子通过所述电缆耦合到第二插头中的第一端子， 其中第一插头还包括: 第一电路，第一电路将在第一端子处接收的第一电源选择性地耦合到第一有源电路；以及 第二电路，第二电路将第一电源的至少一部分选择性地耦合到第二端子， 其中第二插头还包括: 第一电路，第一电路将在第一端子上接收的第二电源选择性地耦合到第二有源电路；以及 第二电路，第二电路将第一电源的至少一部分选择性地耦合到第二端子，并且其中，当第一电源在第一插头中的第一端子处被接收并且第一电源在阈值以上时，则在第二插头中的第一端子处接收第二电源，第二插头中的第一电路将第二电源耦合到第二插头中的第二有源电路和第二端子，并且第一插头中的第二电路将第二电源耦合到第一有源电路。
34.根据权利要求33所述的电缆装置，其中，第一电源电压是从主机设备接收的。
35.根据权利要求34所述的电缆装置，其中，第二电源电压是从第二设备接收的。
36.根据权利要求35所述的电缆装置，其中，第一有源电路和第二有源电路包括时钟和数据恢复电路。
【文档编号】G06F1/26GK104317376SQ201410474552
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2011年6月30日 优先权日:2010年6月30日
【发明者】保罗·A·贝克尔, 威廉·O·法瑞, 詹姆士·奥尔 申请人:苹果公司