手机外用传输介面技术发展

毫无疑问的，今日是手持装置的时代，而其中就属手机的市场最广、用量最大，也因此手机技术的进步也格外神速，此点可从其相关的介面技术来看出。举例而言，为了更精确管控手持装置内的晶片用电，因而提出了PowerWise的电源管理介面（简称PWI）；为了让手持装置日渐常用的微型硬碟能更易内嵌设计与换用，因而提出了CE-ATA的储存传输介面。 此外，为了因应手持装置视频功效的快速提升，各业者纷纷提出新的视频传输介面，如Qualcomm提出MDDI、ROHM提出MSDL、Seiko Epson与Renesas共同提出MVI、NS提出MPL、NEC提出Mobile CMADS、以及以MIPI为基础所提出的DSI等，其中MIPI的前身为TI与ST所联合制订的OMAPI。上述所言的，皆属于手机内的介面标准，然而其外部的介面标准也在演化，且复杂多样性与内部相较可说是不徨多让，本文以下将针对手机的外部传输介面（不含通信介面）进行更多的说明与分析。

有线传输、同步介面：USB 手机具备USB埠已相当普遍，最初是用来与PC连接，以便资讯的上下传及同步，然而手机用的USB埠近年来又有2项发展趋势，一是透过USB埠为手机充电，另一则是传输速率的升级，自USB 1.1提升至USB 2.0。 ■USB充电 之所以要透过USB埠充电，主要是因为手机的应用功能愈来愈多，用电也愈来愈快速，使待机时间缩短，因此必须尽可能争取充电机会，不过不会因此而废止原有的充电方式，理由是USB的供电功效有特性上的限制（5V、500mA），USB埠充电仅被视为选用。今日许多针对手持式装置而提出的电源管理晶片、DC-DC转换晶片多具有USB埠充电功能，如Maxim的MAX1874，或TI的bq2501x（x=0,1,2，併自Benchmarq）。 　 图1 手机运用USB埠充电已成趋势，图为TI的DC-DC转换晶片：bg25012（併自Benchmarq）的典型应用电路，接脚6即用来连接USB埠的VBUS供电线路。（图片来源：TI.com） 　 ■USB 2.0 除充电外，由于手机的储存容量愈来愈大，可用来播放多媒体影音，如此若持续以USB 1.1的12Mbps传输实在过慢，逐渐有升级至USB 2.0的压力，USB 2.0最高传输可达480Mbps，可因应今日大容量多媒体档案的传输。今日许多手持式处理晶片已内建USB 2.0埠（手机属週边角色，主控角色仍为PC），即便处理器无内建USB 2.0埠，也可追加使用分离（或称：离散、独立）封装的USB 2.0週边控制晶片来实现，如Philips的ISP1582/1583、或TI的TUSB6250。 ■USB OTG 更进一步的，USB衍生出可跳略过PC的週边对传技术：USB OTG，USB OTG可让两个USB週边装置直接互连并进行双向传输，不过这并不表示USB OTG为Peer-to-Peer传输，而仍是传统USB的Host-to-Peripheral传输，只是两装置相连时有一个装置暂时扮演Host的角色，此外也允许角色互换，即左右装置互连时，此时左装置为Host、右装置为Peripheral，彼时变成左装置为Peripheral、右装置为Host。 USB OTG也同样有Full Speed（USB 1.0/1.1的12Mbps）与High Speed（USB 2.0的480Mbps）之分，不过手机应用逐渐倾向採行高速的480Mbps，如TI的OMAP2430（OMAP 2）。此外，即便原有的手机设计中不具USB OTG，但只要有USB 2.0控制器，仍可透过转接晶片来实现USB OTG，或者直接加添USB OTG控制晶片，如Philips的ISP1761（USB 2.0 OTG）、ISP1362（USB 1.1 OTG），或Oxford（收併TransDimension）的TD243。 附带一提的是，伴随USB OTG而来的是USB接头、接孔的改变，USB OTG採行Mini-USB接头、接孔，过去手持装置的机体过小，PC所用的USB接孔不适合设置于装置上，对此业者多半採自有专属设计的USB接孔来因应，然Mini-USB出现后也逐渐让专属情形收敛。（附註：由于USB OTG允许时为Host、时为Peripheral，所以有的USB OTG控制晶片并无Host与Peripheral之分，此称为Dual-Role。） 　 图2 USB OTG也为手机装置带来更适用的娇小型Mini-USB接头、接孔，且为了辨别主控与週边角色而增设了第5脚位：ID，图为Mini-USB的A型接孔与B型接孔。（图片来源：hobase.com.tw）

无线传输、同步介面：IrDA、Bluetooth 虽然USB OTG使手机摆脱过去非倚赖PC才能与其他装置传输的窘境，但USB OTG仍要使用者自携传输线，而业者认为更方便的作法当是「去线化」传输，因此许多手机都设有IrDA红外线埠或Bluetooth蓝芽无线。 ■IrDA IrSimple 先就IrDA来说明，老实说目前绝大多数的IrDA应用都只在1Mbps的MIR中速与4Mbps的FIR快速层次，甚至有些仍是最初期的标准速SIR：115.2kbps，至于更后续的非常高速VFIR与超高速UFIR则少有採行，手机的支援也多半在SIR/MIR/FIR范畴。不过IrDA机构依然持续对IrDA进行精进，提出了简化型传输协定（由Sharp、NTT DoCoMo、ITX E-Globaledge及日本早稻田大学等所共研），称为IrSimple（简称：IrSMP），FIR若改用IrSMP协定传输，将比原有未用IrSMP的FIR传输快上4～10倍，原来需要4～11秒才能完成的传递如今只要1秒，不仅传输效益更高，传输的延迟（Latency）也再降低，更重要的是IrSMP相容过往的IrDA技术，且既有的IrDA设计只要透过软体升级或追加设计即可具备IrSMP。 事实上IrSMP也是针对照相手机的应用而提出，以此加速相片等大容量传输，如Sharp的SH902iS手机即支援IrSMP，而Avago也提出IrSMP的协定软件：ASDL-S900 IrSimple，使原有实质传输约2Mbps的FIR能提升至3.6Mbps，而ACCESS的IrFront v2.1软年也支援IrSimple。此外ROHM的IrDA收发器：BU92002GU、BU92004GU也支援IrSimple，或Vishay的新IrDA收发器：TFDU6300、TFDU6301，使用由Vishay与NTT DoCoMo、Sharp合作研发出的IrSimpleShot（简称：IrSS）技术来实现IrSimple，Sharp的SH902iS亦是用IrSS。 　 图3 Vishay的新IrDA收发器：TFDU6300、TFDU6301，使用IrSimpleShot（简称：IrSS）技术来实现IrSimple（简称：IrSMP）传输协定。（图片来源：Vishay.com） 　 ■Bluetooth 2.0 EDR IrSMP虽可加速IrDA FIR传输，但仍无法摆脱一对一传输、角度传输等限制，相对的Bluetooth就不受此限，所以IrDA的简化版协定：IrSMP与Bluetooth的加速型传输：2.0 EDR，两者都在2005年提出，然业界的焦点瞩目几乎都在Bluetooth 2.0 EDR上，且支援迅速，几乎所有手机业者的新款手机、新款蓝芽耳机都已支援Bluetooth 2.0（3Mbps，速率是过去Bluetooth 1.x的3倍）。 不过，Bluetooth晶片的竞争相当激烈，不仅要率先推出，而且要更便宜、更省电、更易在设计中运用，而这些诉求都一致指向「单晶片化」，使得蓝芽晶片业者在推出Bluetooth 2.0的方案后，随即要跟进推出单晶片化的版本，如CSR原已有支援Bluetooth 2.0的BlueCore4，但之后也有单晶片化的BlueCore5，或如Broadcom已有BCM2037支援Bluetooth 2.0，之后也推出单晶片化的BCM2048，此外如RFMD的RF4020、TI的BRF6300等，皆属单晶片化的蓝芽晶片。 当然！单晶片化首要就是强化晶片的电路整合度，对此多半须使用CMOS制程，而无法使用Bipolar、GaAs、SiGe BiCMOS等制程，如此也较牺牲无线收发性能，但好处则是能以更小空间来实现蓝芽功能、晶片成本降低、运作更省电外。附带一提，之前Bluetooth 1.2已强化与WiFi共存时的抗干扰性，而Bluetooth 2.0即便不谈论速度提升，也有助于降低传输的错误率（BER，位元误差率） 　 图4 Nokia第一款支援Bluetooth 2.0版的蓝芽耳机：BH-800，其内部所使用的是CSR的BlueCore4-ROM蓝芽晶片。（图片来源：CSR.com）

无线辨识应用介面：NFC 大家都知，手机内可放置SIM卡，营运业者以SIM卡来确认用户身份及计费，简单说SIM卡即是种接触型的IC卡（Smart Card），而今IC卡除接触型外感应型的运用也相当普及，如攸游卡或企业的门禁卡都是，或其他自行核发的储值卡、电子钱包也都是。可分为以下两类： 1.接触型： IC电话卡、健保卡、统一超商的i-CASH 2.感应型：攸游卡、MasterCard PayPass、VISA Wave 此外，也有同时具备接触与感应的IC卡，此称为Dual-Interface，而2004年由Philips与Sony共同推行的NFC，既是期望将既有仅供接触之用的SIM卡能转变成Dual-Interface，使SIM卡也能感应使用，让手机也能有感应式的储值、付费等应用。在Philips与Sony发起后，之后手机大厂Nokia也响应，紧接着Motorola、NEC、Samsung、BenQ/Siemens也加入，就连VISA、MasterCard也支持。 目前NFC使用13.56MHz的无线频段，在无自带电的被动感应下能有10cm的感应距离，传输率最高为212kbps，而若能自手机电池取得供电，改以主动感应运作，则距离与速率都可再增一倍，达20cm、414kbps，未来NFC也期望往828kbps发展，甚至以突破1Mbps为目标，但距离部分仍以10～20cm的近接为主。 图5 在公车上，将内建NFC功能的手机（在此为Nokia 3220）感应靠近收费器，即可完成乘车付费。（图片来源：RFIDjournal.com）

记忆卡存取介面：MMC、SD、SDIO 近年来记忆卡的实体尺寸不断缩小，为的就是能更适用于手机上，如MMC缩小成RS-MMC、MMCmicro，SD缩小成miniSD、microSD（过去为SanDisk的TranFlash），就连Sony的Memory Stick也有缩小版的Memory Stick Duo、Memory Stick Micro。MMC与SD两种介面都允许在存取记忆卡外，也能用在週边功能的I/O扩充连接（如MMC介面的），不过MMC的规范标准及授权已内含I/O运用方式，但SD方面则要额外付费才能取得技术文件与运用授权，SD介面以I/O运用称为SDIO，有些晶片仅支援SD而不支援SDIO，举例而言，在Qualcomm的手机用基频晶片中，MSM6300、MSM6500皆只支援SD而不支援SDIO，而MSM6275、MSM6280才同时支援SD与SDIO。 　 图6 运用SD记忆卡介面衍生成的SDIO介面，可以让手持装置扩充、连接各种的功效週边，如图中的GPS定位、摄影机、指纹辨识器等。（图片来源：sdcard.org）

结尾 还有许多仍在进展中的技术，未来也可能用在手机中，如在USB充电外也可能有PoE充电，或将手机充当遥控器使用时，则可能会加入ZigBee、Z-Wave、Bluetooth Lite等新无线技术，此外以UWB超宽频技术为基础的WUSB、Bluetooth 3.0（版本数为推估值）也都需要密切注意。当然，3G技术、手持式数字视频广播DVB-H、数字音频广播DAB、数字多媒体广播DMB、因应E911法案的A-GPS（也称Caller Location，类似来电号码显示的Caller ID，Caller Location可以显示来电者所处的位置），也都属手机外部的无线技术，这些新技术在未来都能激发更多的应用及服务。