USB界面技術(shù)之應(yīng)用

　　(一)PPTC PolySwitch組件

　　正溫度系數(shù)熱敏電阻(PPTC)自復(fù)式組件主要是對(duì)破壞性的電流過載沖擊進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備的電路保護(hù)，以確保在發(fā)生意時(shí)的錯(cuò)接或短路的情況下，不會(huì)導(dǎo)致永久性的內(nèi)部和外部電路受損。其組件迅速地成了I/O Circuit保護(hù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于USB、IEEE1394、VGA及PS2上。由于此組件是由特殊結(jié)構(gòu)的高分子和導(dǎo)電粒子混合而成的導(dǎo)電聚合物制成，常溫時(shí)導(dǎo)電粒子在導(dǎo)電聚合物中形成低電阻鏈，一旦操作溫度超過組件的動(dòng)作溫度時(shí)，導(dǎo)電聚合物內(nèi)的結(jié)晶就會(huì)融化而形成無定型狀態(tài)。結(jié)晶融化后體積增加，使得導(dǎo)電粒子相互分裂，促使組件的電阻呈現(xiàn)非線性增加。發(fā)生電路故障時(shí)，電阻增加，將電流量降至最低，發(fā)揮保護(hù)作用。待故障消失后，電路電源除去則組件自動(dòng)重新設(shè)定，回復(fù)正常工作狀態(tài)。

　　除了 PPTC組件做為電流過載沖擊保護(hù)的組件外，尚可利用PolySwitch作為電源負(fù)載管理的組件，它不僅防止電流過載保護(hù)，亦向系統(tǒng)的控制端發(fā)出提示信號(hào)，表明是否為可用或不可用之狀態(tài)(如電壓不足、過載、溫度過高及電流過載等)。因此對(duì)于設(shè)計(jì)者欲使用較完善之保護(hù)組件，PolySwitch所提供的較短動(dòng)作時(shí)間及過載電流限制能力，絕對(duì)符合設(shè)計(jì)者的要求，并且可以使設(shè)計(jì)者選取較小的電源。

　　(二)Ferrite Core組件

　　電磁兼容(EMC)系指電子電氣產(chǎn)品在操作時(shí)，會(huì)幅射出電磁波，而電磁波是一種『非游離幅射』會(huì)對(duì)其他電子產(chǎn)品正常操作產(chǎn)生干擾、甚致對(duì)人體產(chǎn)生危害，影響所及包括飛機(jī)的導(dǎo)航設(shè)備、汽車的控制系統(tǒng)、甚至人體的心率調(diào)整器也會(huì)產(chǎn)生影響，為排除電磁干擾的影響，創(chuàng)造出電磁兼容(EMC)的環(huán)境，方法包括降低電子電氣產(chǎn)品的電磁干擾(EMI)及提高電子電氣產(chǎn)品的電磁耐受性(EMS)等。

　　USB接口的連接線為了避免Crosstalk(串音或串?dāng)_)，除去會(huì)混入高速傳送信號(hào)中的噪聲，是必要的對(duì)策。在高速的差動(dòng)信號(hào)傳送下，由于接地層與電源層的信號(hào)搖擺，使得放射噪聲增加。因此目前普遍采用共模抗流線圈(Common Mode Choke Coil)及鐵氧體磁芯(Ferrite Core)來將EMI的噪聲降低。而共模抗流線圈主要的目的在于除去接地層的電壓搖晃及訊號(hào)配線所產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)同相位的電流因磁束重迭而產(chǎn)生阻抗，除去噪聲。相對(duì)地電流為反相時(shí)，因電流產(chǎn)生的磁束相互打消，而不會(huì)產(chǎn)生阻抗。

　　換句話說，共?？沽骶€圈不會(huì)對(duì)Normal模式電流產(chǎn)生影響，而是針對(duì)共模電流做選擇性的衰減。而鐵氧體磁芯(Ferrite Core)是以高溫?zé)傻慕饘傺趸铮饕鳛楦哳l線圈及變壓器等產(chǎn)品之磁芯。而鐵氧體磁芯可分為鎳鋅與錳鋅鐵氧體磁芯兩大系列，在電子組件的引線上套上一些管型或環(huán)型的軟磁鐵氧體磁芯，利用鐵氧體磁芯的電磁損耗有效地消除傳導(dǎo)及幅射的EMI噪聲，此種方法簡(jiǎn)便且成本低廉，并且廣泛運(yùn)用于各種信息產(chǎn)品。

　　(三)ESD組件

　　靜電放電(Electrostatic Discharge/ESD)是自然界中電位快速變化所造成的現(xiàn)象，亦是造成大多數(shù)的電子組件或電子系統(tǒng)受到過度電性應(yīng)力(Electrical Overstress/EOS)破壞的主要因素。這種破壞會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體組件及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成一種永久性的毀壞，進(jìn)而影響集成電路 (Integrated Circuit/IC)的功能，使得電子產(chǎn)品不正常動(dòng)作。而靜電放電破壞的產(chǎn)生，多半是由于人為因素所形成，但又很難避免，電子組件或系統(tǒng)在制造、生產(chǎn)、組裝、測(cè)試、存放及搬運(yùn)等的過程中，靜電會(huì)累積在人體、儀器及儲(chǔ)放設(shè)備等中，甚至在電子組件本身也會(huì)累積靜電，而人們?cè)诓恢榈那闆r下，使這些物體相互接觸，因而形成了一放電路徑，促使電子組件或系統(tǒng)遭到靜電放電的肆虐而造成損壞。

　　由于全球?qū)Ω哌\(yùn)算速度與低功率消耗的IC產(chǎn)品需求提升，臺(tái)灣的IC制程技術(shù)已進(jìn)入0.09微米的時(shí)代，藉由縮減IC芯片面積、降低制造成本來提升產(chǎn)品的性能與良率。在次微米制程的持續(xù)開發(fā)下，集成電路中I/O接腳所連接的內(nèi)部組件尺寸都極微小，很容易受微弱的靜電所破壞，因此ESD對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試及運(yùn)送過程中，一直扮演著殺手的角色。現(xiàn)今商用IC在ESD防護(hù)能力的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本規(guī)格為HBM ESD測(cè)試要達(dá)2000伏特以上，欲提升臺(tái)灣IC產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，IC產(chǎn)品的ESD規(guī)格就必需要能符合國(guó)際水準(zhǔn)，而ESD防護(hù)能力便成為價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵之一。

　　迷你型儲(chǔ)存媒體市場(chǎng)

　　近年來，除了行動(dòng)電話市場(chǎng)快速成長(zhǎng)外，MP3隨身聽與數(shù)字相機(jī)也持續(xù)地普及，加上新型可攜式產(chǎn)品的推陳出新，造成全球Flash市場(chǎng)急遽擴(kuò)張，后勢(shì)極為看好!為了因應(yīng)此一快速擴(kuò)張的市場(chǎng)，臺(tái)灣廠商相繼投入信息家電(IA)新的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，將應(yīng)用平臺(tái)推向更多元化的發(fā)展以擴(kuò)大市場(chǎng)。過去以信息應(yīng)用為主的PC，已逐漸步入專用型的領(lǐng)域，故有特定功能之嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品出現(xiàn)，其主要特點(diǎn)有二：

　　Ⅰ.系統(tǒng)封閉性：即產(chǎn)品或系統(tǒng)本身不再具有任何型式之?dāng)?shù)據(jù)儲(chǔ)存媒體，可以作為程序或數(shù)據(jù)的加載媒介(如PC中之軟盤、光盤或硬盤等)，因此PC便不是一個(gè)具有封閉性的系統(tǒng);而封閉性產(chǎn)品應(yīng)該是絕大部份家電產(chǎn)品、通訊系統(tǒng)、日常設(shè)備、特殊儀器等之主要特性。由于具有封閉性，因此在功能的擴(kuò)充上便十分有限，產(chǎn)品本身的自我檢測(cè)、偵錯(cuò)及完成產(chǎn)品功能的核心部份皆須內(nèi)建，這類的應(yīng)用小如智能型玩具，大至飛彈等軍事裝備，均具此一特性;而這樣的特性卻也造成產(chǎn)品本身在未來發(fā)展上重大的限制，因而缺乏多元化應(yīng)用或升級(jí)的彈性。

　?、?可記憶與修改之彈性：由于產(chǎn)品本身具有封閉性，為了保有一些運(yùn)算或升級(jí)上的需求，通常產(chǎn)品本身也需要具有可儲(chǔ)存(記憶)與可修改的彈性，嵌入式軟件通常是以只讀型內(nèi)存來儲(chǔ)存其所必須的系統(tǒng)軟件，因此具備了同時(shí)儲(chǔ)存程序與數(shù)據(jù)的功能，而在某些特殊應(yīng)用的產(chǎn)品上(如無線按鍵式電話便需要嵌入式軟件來完成其通訊方面的功能，同時(shí)也需要具有記憶與更新所按入電話號(hào)碼的能力)，此便需要具有同時(shí)可以儲(chǔ)存程序與數(shù)據(jù)的功能及修改數(shù)據(jù)的能力。目前嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品普及的原因─信息產(chǎn)品朝「輕薄短小」、攜帶方便、信息流通便利發(fā)展，信息與家電產(chǎn)品及可攜式產(chǎn)品間的信息互通，都使得產(chǎn)品走向逐步往高聚合性的3C嵌入式系統(tǒng)邁進(jìn)，而這一潮流更為小型的儲(chǔ)存卡創(chuàng)造了無限的發(fā)展商機(jī)。

　　迷你型儲(chǔ)存媒體市場(chǎng)之所以能夠吸引眾多廠商的參與，無非是業(yè)者看上它未來雄厚的發(fā)展?jié)摿?，目前此類產(chǎn)品相當(dāng)流行，特別是上班族及學(xué)生是其主要消費(fèi)者;以目前市面上所”瘋”靡的迷你儲(chǔ)存媒體─隨身碟(大姆哥)而言，儲(chǔ)存容量為磁盤片的數(shù)十倍至數(shù)百倍，且造型精巧、可愛、又可充當(dāng)?shù)躏?，相?dāng)受到消費(fèi)者的歡迎，況且此類產(chǎn)品電路極具簡(jiǎn)單，僅需一顆 Control IC、Flash Memory及外圍零組件即可完成;至于是否完全取代磁盤片，價(jià)錢則是主要考量，筆者相信只要Flash Memory價(jià)錢能夠降低，那么全面使用隨身碟來取代磁盤片的日子必是指日可待。

　　由于小型記憶卡應(yīng)用產(chǎn)品極為廣泛，至今仍無統(tǒng)一規(guī)格可以獨(dú)霸全部應(yīng)用市場(chǎng)，是故主要大廠為掌握優(yōu)勢(shì)以取得未來市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，無不使出渾身解數(shù)，大力推動(dòng)其主導(dǎo)規(guī)格產(chǎn)品的應(yīng)用。以SONY為例，為了進(jìn)一步推廣MS的應(yīng)用，將不同的MS Card與System相結(jié)合(如GPS Stick、Bluetooth Stick及DSC Stick等)，其積極開發(fā)MS Card終端產(chǎn)品，從PC、消費(fèi)性電子產(chǎn)品到玩具等一應(yīng)俱全;另外SD Card亦成功地切入掌上型PDA之應(yīng)用，而Multimedia Card則有著手機(jī)業(yè)者的背書，這些例子均可明顯地看出運(yùn)用迷你型儲(chǔ)存媒體來補(bǔ)足嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品在擴(kuò)充性能上的不足，實(shí)在是一個(gè)非常具有潛力的應(yīng)用。

　　就未來產(chǎn)品的應(yīng)用面分析，嵌入式系統(tǒng)搭配迷你型之儲(chǔ)存媒體所創(chuàng)造出來的多元化應(yīng)用，是一個(gè)必然的趨勢(shì)，嵌入式系統(tǒng)有了「迷你型儲(chǔ)存媒體」的助益，將使得嵌入式的應(yīng)用如虎添翼，讓嵌入式應(yīng)用更加多元也將更加普及，而迷你型儲(chǔ)存媒體也需要嵌入式產(chǎn)品堅(jiān)固的承載平臺(tái)，讓其有效地發(fā)揮。因此「迷你型儲(chǔ)存媒體」搭配「嵌入式應(yīng)用」，將互蒙其利，相輔相成，有助于整個(gè)嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展。表5為市售各種記憶卡之特性規(guī)格，表6為各記憶卡之優(yōu)缺點(diǎn)。

　　結(jié)論

　　攜帶式產(chǎn)品事實(shí)上是包含3C的概念，如PSII、DVD Player等仍保有純消費(fèi)性產(chǎn)品的特質(zhì)，但其余如數(shù)字相機(jī)、MP3隨身聽、PDA及手機(jī)等產(chǎn)品結(jié)合在一起，未來終結(jié)產(chǎn)品還沒有看到，但趨勢(shì)是很明顯的，獨(dú)立型產(chǎn)品的生存空間將逐漸受到壓抑。未來手持式計(jì)算機(jī)(Handheld Computer)將有機(jī)會(huì)一統(tǒng)江湖，主要原因是其已具備高階處理器與高容量?jī)?nèi)存或儲(chǔ)存媒體，因此只要將不同功能的芯片，如無線通訊的RF芯片、數(shù)字相機(jī)的CCD擷取芯片、訊號(hào)轉(zhuǎn)換的DSC芯片整合起來，一臺(tái)未來的整合型的終結(jié)產(chǎn)品將會(huì)是每個(gè)人身邊不可或缺的產(chǎn)品。就以往信息計(jì)算機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目來看，盡管計(jì)算機(jī)外設(shè)系統(tǒng)設(shè)備種類繁多，但在應(yīng)用特性上仍舊是個(gè)人計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為主軸，無論是儲(chǔ)存功能的CDROM、HDD，或是顯示與輸出功能的Monitor及Printer等，基本上仍舊是與個(gè)人計(jì)算機(jī)形成一對(duì)一的搭配關(guān)系。也正因如此，USB接口所衍生的相關(guān)外圍產(chǎn)品越做越小。