TWI545441B - 電腦系統及其通用序列匯流排裝置的偵測方法 - Google Patents

電腦系統及其通用序列匯流排裝置的偵測方法 Download PDF

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Description

電腦系統及其通用序列匯流排裝置的偵測方法
本發明係有關於一種電腦系統，特別是有關於能偵測通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)裝置的電腦系統。
目前，大部分電腦系統用來執行開機程序的基本輸入輸出系統(basic input/output system，BIOS)程式碼係儲存在電腦系統的唯讀記憶體(read only memory，ROM)中，例如串列週邊介面(serial peripheral interface，SPI)快閃記憶體等。當電腦系統被啟動時，中央處理器會先根據基本輸入輸出系統程式碼來執行開機自我測試(Power on self test，POST)，以檢查每個基礎設備(主機板、顯示卡)是否正常，然後再進行後續程序。基本輸入輸出系統程式碼係用來管理系統日期、顯示模式、軟碟驅動裝置、硬碟類型、周邊設備(例如通訊埠、列印埠等)、以及隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)和快取記憶體(Cache Memory)等的配置。因此，基本輸入輸出系統程式碼為電腦系統開機時重要的啟動程式。
通用序列匯流排(USB)裝置因為符合即插即用 (Plug and Play)與裝置之通用性與便利性，長久來被廣泛地運用於電腦周邊裝置上。常見之電腦周邊裝置，例如滑鼠、鍵盤、儲存裝置等，皆具有USB介面。在視窗(Windows)作業系統之系統認證中更規定至少需配備一個USB介面，且可透過此USB介面來對作業系統進行開機與偵錯(Debug)程序。因此，在電腦系統中，透過USB介面作為開機磁碟係具有重要性。
對可攜式之電腦產品而言，系統開機時間常為系統效能之一項重要指標。在Windows8/Windows8.1的系統認證中，對系統開機時間有著明確之規範。舉例來說，當儲存裝置為固態硬碟(Solid State Drive，SSD)或者混合式固態硬碟(Hybrid SSD)時，電腦系統需要在2秒內完成開機程序。當儲存裝置為傳統之馬達驅動旋轉式硬碟，則電腦系統需要在4秒內完成開機程序。
由於USB裝置的製造商眾多，且每一個USB裝置的初始化時間皆不相同，因此當電腦系統準備判斷是否有USB裝置***時，若此時USB裝置尚未完成初始化，則會造成電腦系統誤判為無USB裝置***。因此，需要能偵測通用序列匯流排裝置的電腦系統。
本發明提供一種電腦系統。上述電腦系統包括：一通用序列匯流排連接器，包括一電源接腳；一電壓產生器，用以提供一第一電壓至上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳；以及一偵測模組，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之間，用以產生一偵測信號。上述偵測模 組包括：一阻抗元件，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳之間；以及一判斷單元，用以根據上述阻抗元件之一跨壓而判斷是否有一通用序列匯流排裝置耦接於上述通用序列匯流排連接器，並提供上述偵測信號。
再者，本發明提供另一種電腦系統。上述電腦系統包括：一通用序列匯流排連接器，包括一電源接腳；一電壓產生器，用以提供一第一電壓至上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳；以及一偵測模組，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之間，用以產生一偵測信號。上述偵測模組包括：一阻抗元件，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳之間；以及一判斷單元，用以根據流經上述阻抗元件之一負載電流而判斷是否有一通用序列匯流排裝置耦接於上述通用序列匯流排連接器，並提供上述偵測信號。
再者，本發明提供一種通用序列匯流排裝置的偵測方法，適用於一電腦系統。根據基本輸入輸出系統碼，執行一開機自我測試程序。在執行上述開機自我測試程序時，偵測是否有一通用序列匯流排裝置的一負載電流存在。當上述通用序列匯流排裝置的上述負載電流存在時，延後對上述通用序列匯流排裝置進行列舉。
10‧‧‧通用序列匯流排裝置
20、110‧‧‧連接器
22、24、26、28、112、114、116、118‧‧‧接腳
100‧‧‧電腦系統
110‧‧‧連接器
120‧‧‧電壓產生器
130、200‧‧‧偵測模組
140‧‧‧處理單元
150‧‧‧記憶體
155‧‧‧基本輸入輸出系統碼
210‧‧‧阻抗元件
220‧‧‧放大電路
230‧‧‧判斷單元
DET‧‧‧偵測信號
GND‧‧‧接地端
I1、I2‧‧‧電流
IL‧‧‧負載電流
N1-N3‧‧‧節點
NM‧‧‧電晶體
PWR‧‧‧電源端
R1-R5‧‧‧電阻
RT‧‧‧等效阻抗
S410-S450‧‧‧步驟
USB_D+、USB_D-‧‧‧差動對信號
USB_GND‧‧‧接地信號
USB_VBUS‧‧‧電源信號
VAMP‧‧‧放大信號
VDD1、VDD2‧‧‧電壓
Vdet‧‧‧跨壓
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電腦系統。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測模組。
第3圖係顯示在電腦系統之開機自我測試程序中執行USB裝置之識別的時間點的示意圖。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電腦系統之偵測方法，用以偵測是否有USB裝置***至電腦系統，其中電腦系統具有偵測模組。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電腦系統100。電腦系統100包括連接器110、電壓產生器120、偵測模組130、處理單元140以及記憶體150。連接器110係相容於通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)規格之一插座(receptacle)，其中連接器110包括接腳112、114、116與118。接腳112為電源接腳VBUS，用以傳送符合USB規格之電源信號USB_VBUS。接腳114與116為資料接腳D+與D-，用以傳送符合通用序列匯流排規格之差動對信號USB_D+與USB_D-。接腳118為接地接腳GND，用以提供接地信號USB_GND。電壓產生器120用以提供電壓VDD1，其中電壓VDD1的電壓位準為5V。在第1圖中，當USB裝置10之連接器20***至電腦系統100的連接器110時，電壓產生器120會產生5V電壓來作為USB裝置10的電源信號USB_VBUS。在USB裝置10中，連接器20亦包括接腳22、24、26與28，其中接腳22為電源接腳VBUS、接腳24與26 為資料接腳D+與D-而接腳28為接地接腳GND。偵測模組130耦接於電壓產生器120以及連接器110之間，其中偵測模組130包括阻抗元件132、放大電路134與判斷單元136。阻抗元件132係耦接於電壓產生器120以及連接器110的接腳112之間。放大電路134會根據阻抗元件132之兩端點的電壓VDD1以及電壓VDD2而提供放大信號VAMP至判斷單元136。接著，判斷單元136會根據放大信號VAMP來判斷是否有USB裝置10***電腦系統100，並提供偵測信號DET至處理單元140。一般而言，處理單元140會將儲存在記憶體150中的基本輸入輸出系統(Basic Input/Output System，BIOS)碼155提供給中央處理器，以便執行開機自我測試程序(Power-on self-test，POST)。在執行開機自我測試程序時，若偵測模組130偵測到有USB裝置10***電腦系統100，則偵測模組130會提供偵測信號DET來通知處理單元140。於是，處理單元140會延後對USB裝置10進行存取，以確保USB裝置10已完成自我初始化之後，再對USB裝置10進行識別與列舉(Enumerate)。因此，可避免對於USB裝置是否***之誤判情況。在一實施例中，處理單元140可以是南橋電路，以及電壓產生器120可以是電源管理模組。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測模組200。偵測模組200包括阻抗元件210、放大電路220與判斷單元230。同時參考第1圖與第2圖，阻抗元件210耦接於節點N1與節點N2之間，其中節點N1係耦接於電壓產生器120而節點N2係耦接於連接器110的接腳112。當USB裝置20被***至電腦系統100的連接器110時，USB裝置20會開始動作，於是會有負載 電流IL流過阻抗元件210，其中阻抗元件210具有等效阻抗RT。因此，阻抗元件210的兩端會有跨壓Vdet存在，即Vdet=VDD1-VDD2，其中電壓VDD1是大於電壓VDD2)。在此實施例中，阻抗元件210可以是負載開關(load switch)，其中負載開關導通時的阻抗為RT。一般而言，負載開關導通時的阻抗通常為幾十至幾百毫歐姆之間，因此跨壓Vdet為一微弱壓降。接著，放大電路220會將跨壓Vdet進行放大，以產生放大信號VAMP。放大電路220包括電阻R1-R4以及運算放大器225。電阻R1係耦接於節點N2以及運算放大器225的反相輸入端之間。電阻R2係耦接於運算放大器225的反相輸入端與輸出端之間。電阻R3係耦接於節點N1以及運算放大器225的非反相輸入端之間。電阻R4係耦接於運算放大器225的非反相輸入端與接地端GND之間。當負載電流IL流過阻抗元件210時，運算放大器225之非反相輸入端上的電壓V1為VDD1[R4/(R3+R4)]。由於運算放大器225具有輸入阻抗無限大的特性，所以可將運算放大器225之非反相輸入端上的電壓V1以及反相輸入端上的電壓V2視為等電位，因此可得到流經電阻R1的電流I1，即I1=[VDD2-V1]/R1。此外，由於運算放大器225具有輸入阻抗無限大的特性，流經電阻R1的電流I1與流經電阻R2的電流I2可視為相等。因此，當電阻R2與R1以及電阻R4與R3的比例相同時，即(R2/R1)=(R4/R3)，則可根據電壓V2以及電流I2而得到放大信號VAMP，其中VAMP=[1+(R2/R1)]xVdet。此外，判斷單元230包括電晶體NM以及電阻R5。電晶體NM耦接於接地端GND以及節點N3之間，其中電晶體NM為NMOS電晶體。電阻R5耦接於 電源端PWR，其中電源端PWR的電壓位準相同於處理單元的工作電壓(例如3V)。在一實施例中，電源端PWR的電壓係由電壓產生器120所提供。在此實施例中，判斷單元230亦為位準轉換電路，用以將放大信號VAMP轉換為處理單元140的操作電壓位準。在第2圖中，當沒有負載電流IL流過阻抗元件210時(即USB裝置10未***至電腦系統100)，則跨壓Vdet不存在，因此放大信號VAMP為0。於是，電晶體NM為不導通，而判斷單元230會提供具有第一電壓位準(例如3V)之偵測信號DET至處理單元140。反之，當有負載電流IL流過阻抗元件210時(即USB裝置10已***至電腦系統100)，則放大電路200會放大跨壓Vdet，以產生放大信號VAMP。接著，電晶體NM會被為放大信號VAMP導通，而判斷單元230會提供具有第二電壓位準(例如0V)之偵測信號DET至處理單元140。因此，處理單元140便可根據偵測信號DET之電壓位準來判斷是否有USB裝置被***。舉例來說，在一實施例中，當偵測信號DET之電壓位準超過特定電壓Vt時，判斷單元230判斷有USB裝置***至電腦系統100。反之，當偵測信號DET之電壓位準未超過特定電壓Vt時，判斷單元230會判斷沒有任何USB裝置被***至電腦系統100。
第3圖係顯示在電腦系統之開機自我測試程序中執行USB裝置之識別的時間點的示意圖。在開機自我測試程序中，傳統的電腦系統會在時間點T1確認USB裝置的存在，以便對USB裝置進行識別與列舉(enumerate)。然而，當USB裝置係在時間點T2(T2>T1)才執行完自我初始化程序，則傳統的電腦系統會誤判為沒有USB裝置被***。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電腦系統之偵測方法，用以偵測是否有USB裝置***至電腦系統，其中電腦系統具有偵測模組(例如第1圖之偵測模組130或是第2圖之偵測模組200)。首先，在步驟S410，電腦系統會讀取BIOS碼，以執行開機自我測試程序。接著，在執行開機自我測試程序的期間，電腦系統會偵測是否有USB裝置的負載電流存在(步驟S420)。如先前所描述，電腦系統的偵測模組會偵測是否有負載電流IL或是跨壓Vdet存在於阻抗元件上。若沒有負載電流存在，則電腦系統會判定無USB裝置耦接於電腦系統(步驟S430)。反之，若有負載電流存在，則電腦系統會判定有USB裝置耦接於電腦系統(步驟S440)。接著，電腦系統會延後對USB裝置進行識別與列舉(S450)，以確保USB裝置已完成自我初始化。舉例來說，參考回第3圖，在此實施例中，電腦系統會在時間點T1執行步驟S420，以得到偵測信號DET。於是，電腦系統便可根據偵測信號DET來判斷是否有USB裝置耦接於電腦系統。若偵測信號DET係指示有USB裝置***至電腦系統，則電腦系統會將延後時間Tdelay，直到時間點T3才執行USB裝置的識別與列舉。因此，電腦系統可以正確地完成USB裝置的***確認。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧通用序列匯流排裝置
20、110‧‧‧連接器
22、24、26、28、112、114、116、118‧‧‧接腳
100‧‧‧電腦系統
110‧‧‧連接器
120‧‧‧電壓產生器
130‧‧‧偵測模組
140‧‧‧處理單元
150‧‧‧記憶體
155‧‧‧基本輸入輸出系統碼
DET‧‧‧偵測信號
GND‧‧‧接地端
USB_D+、USB_D-‧‧‧差動對信號
USB_GND‧‧‧接地信號
USB_VBUS‧‧‧電源信號
VAMP‧‧‧放大信號
VDD1、VDD2‧‧‧電壓

Claims (15)

  1. 一種電腦系統，包括：一通用序列匯流排連接器，包括一電源接腳；一電壓產生器，用以提供一第一電壓至上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳；以及一偵測模組，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之間，用以產生一偵測信號，包括：一阻抗元件，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳之間；以及一判斷單元，用以根據上述阻抗元件之一跨壓而判斷是否有一通用序列匯流排裝置耦接於上述通用序列匯流排連接器，並提供上述偵測信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中上述連接器之上述電源接腳係相容於通用序列匯流排規格之一VBUS接腳。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中上述偵測模組更包括：一放大電路，耦接於上述阻抗元件以及上述判斷單元之間，用以放大上述阻抗元件之上述跨壓，以得到一放大信號，其中當上述放大信號超過一特定電壓時，上述判斷單元判定上述通用序列匯流排裝置係耦接於上述通用序列匯流排連接器，以及當上述放大信號未超過上述特定電壓時，上述判斷單元判定上述通用序列匯流排裝置未耦接於上述通用序列匯流排連接器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電腦系統，其中上述放大電路包括：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及用以提供上述放大信號之一輸出端；一第一電阻，耦接於上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳以及上述運算放大器之上述反相輸入端之間；一第二電阻，耦接於上述運算放大器之上述反相輸入端以及上述輸出端之間；一第三電阻，耦接於上述電壓產生器以及上述運算放大器之上述非反相輸入端之間；以及一第四電阻，耦接於上述運算放大器之上述非反相輸入端以及一接地端之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電腦系統，其中上述判斷單元包括：一第五電阻，耦接於一電源端，其中上述電源端之一第二電壓係小於上述第一電壓；以及一N型電晶體，耦接於上述第五電阻以及上述接地端之間，具有一閘極用以接收上述放大信號，其中當上述N型電晶體導通時，上述判斷單元提供具有一第一電壓位準之上述偵測信號，以指示上述通用序列匯流排裝置係耦接於上述通用序列匯流排連接器，以及當上述N型電晶體不導通時，上述判斷單元提供具有一第二電壓位準之上述偵測信號，以指示上述通用序列匯流排裝置未耦接於上述通用序列匯流排連接器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，更包括：一處理單元，其中在執行對應於一基本輸入輸出系統碼之一開機自我測試程序的期間，上述處理單元會根據上述偵測信號判斷是否延後對上述通用序列匯流排裝置進行存取。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電腦系統，其中當上述偵測信號指示上述通用序列匯流排裝置係耦接於上述通用序列匯流排連接器時，上述處理單元在上述開機自我測試程序的期間延後對上述通用序列匯流排裝置進行存取。
  8. 一種電腦系統，包括：一通用序列匯流排連接器，包括一電源接腳；一電壓產生器，用以提供一第一電壓至上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳；以及一偵測模組，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之間，用以產生一偵測信號，包括：一阻抗元件，耦接於上述電壓產生器以及上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳之間；以及一判斷單元，用以根據流經上述阻抗元件之一負載電流而判斷是否有一通用序列匯流排裝置耦接於上述通用序列匯流排連接器，並提供上述偵測信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電腦系統，其中上述連接器之上述電源接腳係相容於通用序列匯流排規格之一VBUS接腳。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電腦系統，其中上述偵測 模組更包括：一放大電路，耦接於上述阻抗元件以及上述判斷單元之間，用以根據上述阻抗元件之上述負載電流，得到一放大信號，其中當上述放大信號超過一特定電壓時，上述判斷單元判定上述通用序列匯流排裝置係耦接於上述通用序列匯流排連接器，以及當上述放大信號小於或等於上述特定電壓時，上述判斷單元判定上述通用序列匯流排裝置未耦接於上述通用序列匯流排連接器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電腦系統，其中上述放大電路包括：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及用以提供上述放大信號之一輸出端；一第一電阻，耦接於上述通用序列匯流排連接器之上述電源接腳以及上述運算放大器之上述反相輸入端之間；一第二電阻，耦接於上述運算放大器之上述反相輸入端以及上述輸出端之間；一第三電阻，耦接於上述電壓產生器以及上述運算放大器之上述非反相輸入端之間；以及一第四電阻，耦接於上述運算放大器之上述非反相輸入端以及一接地端之間，其中上述運算放大器經由上述第一電阻與上述第三電阻得到對應於上述負載電流之上述阻抗元件之一跨壓，並放大上述阻抗元件之上述跨壓以提供上述放大信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電腦系統，其中上述判 斷單元包括：一第五電阻，耦接於一電源端，其中上述電源端之一第二電壓係小於上述第一電壓；以及一N型電晶體，耦接於上述第五電阻以及上述接地端之間，具有一閘極用以接收上述放大信號，其中當上述N型電晶體導通時，上述判斷單元提供具有一第一電壓位準之上述偵測信號，以指示上述通用序列匯流排裝置係耦接於上述通用序列匯流排連接器，以及當上述N型電晶體不導通時，上述判斷單元提供具有一第二電壓位準之上述偵測信號，以指示上述通用序列匯流排裝置未耦接於上述通用序列匯流排連接器。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之電腦系統，更包括：一處理單元，其中在執行對應於一基本輸入輸出系統碼之一開機自我測試程序的期間，上述處理單元會根據上述偵測信號判斷是否延後對上述通用序列匯流排裝置進行存取。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電腦系統，其中當上述偵測信號指示上述通用序列匯流排裝置係耦接於上述通用序列匯流排連接器時，上述處理單元在上述開機自我測試程序的期間延後對上述通用序列匯流排裝置進行存取。
  15. 一種通用序列匯流排裝置的偵測方法，適用於一電腦系統，包括：根據基本輸入輸出系統碼，執行一開機自我測試程序；在執行上述開機自我測試程序時，偵測是否有一通用序列 匯流排裝置的一負載電流存在；以及當上述通用序列匯流排裝置的上述負載電流存在時，延後對上述通用序列匯流排裝置進行列舉。
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