中心議題：

• USB技術演進
• Wireless USB
• USB On-The-Go
• Inter-Chip USB

USB技術演進

USB自1996年發表以來至今，其技術發展可分成三個時期：1996年～2000年的成熟期、普及推廣期
，2000年～2004年的向IEEE 1394看齊、追趕期
，而2005年後至今則是超越IEEE 1394，或與IEEE 1394各行其路的時期。

第一個時期簡言之即是USB 1.x（包含USB 1.0、1.1）的階段，這個階段USB快速低價化、普遍化，但是在速率與體質上仍無法與IEEE 1394媲美，所以才有2000年之後的各項新提升計畫，包括將傳輸率提高40倍的USB 2.0，以及讓USB裝置直接相互連接的USB OTG，因為USB 1.x的傳輸率僅12Mbps，無法與IEEE 1394a的400Mbps相比
，而USB 2.0讓USB傳輸達480Mbps

，以此來超越IEEE 1394a，且USB 2.0也被稱為HI-SPEED USB。

由於傳統USB僅允許各USB周邊裝置與PC連接
，不允許各USB周邊裝置跳略過PC而自行互接
，然IEEE 1394卻可以，為了彌補此一「體質」的不足
，因而增訂了USB OTG。當然，USB OTG也是為了因應日漸增多的手持式裝置，為了讓各手持行動裝置能在戶外、無攜帶PC/Laptop時仍能夠相互傳遞資料，對此也需要訂立USB OTG。此外，USB OTG也與USB 2.0相互呼應，以USB 1.x的速率進行互接的USB OTG即稱「USB On-The-Go」
，而以USB 2.0速率進行互接的則稱為「HI-SPEED USB On-The-Go」。

到了2004年，由於全球的USB用量已到達相當可觀的地步
，光是USB裝置用的接線
、纜線就已經突破20億條，長久下去將會使接線到達空前紊亂，因此USB去線化、無線化的聲音開始出現，自此提議出Wireless USB（WUSB）。另外，為了讓針對USB硬件所開發的韌體
、軟件等投資達到更大化的發揮效益
，USB-IF也增訂了內接用的USB，讓USB從過去的外接銅纜線，轉變成機內印刷電路板（PCB）上的銅箔線，使USB從機外裝置間的互連
，跨足延伸到機內晶片間的互連，此稱為Inter-Chip USB（簡稱：IC_USB）。

當USB進入WUSB

、IC_USB階段後，可說是開始超越IEEE 1394
，或與IEEE 1394分路而行，在無線化的進程上，WUSB比Wireless 1394（簡稱：W1394）更快速，目前W1394幾乎沒有動靜。至於內連化的IC_USB，IEEE 1394並無相同的作法，相對的IEEE 1394朝車用的IDB-1394，以及不同傳輸實體介質的路線發展
，例如用光纖（Optical Fiber）、塑膠光纖（Plastic Optical Fiber；POF）、Ethernet等線路來傳輸。（附註：IEEE 1394a為400Mbps

，但之後訂立的IEEE 1394b則可達800Mbps

，仍領先今日USB 2.0的480Mbps
，此外光纖化


、塑膠光纖等新介質作法則在IEEE 1394c中擬定。）

隨著USB 1.x/USB 2.0的成熟
，USB技術的發展與推行重心，已經開始專往手持式運用的USB OTG/HI-SPEED USB OTG、Wireless USB、以及Inter-Chip USB。

Wireless USB

Wireless USB 1.0標準是在2005年5月12日正式發佈
，它的實體層（PHY Layer）、媒控層（MAC Layer）是使用MBOA組織所訂立的超寬頻（UWB）技術，在PHY層
、MAC層之上再搭建一層WiMEDIA Alliance所訂立的聚合層（Convergence Layer
，IEEE 802.15.3a）
，在聚合層之上再依據不同的無線傳輸應用而訂立不同的協定因應層（Protocol Adaptation Layer；PAL）

，最後才將WUSB的通信建立於最上端


，如此使WUSB運作。（附註：MBOA（Multi-Band OFDM Alliance）於2005年3月與WiMEDIA Alliance合併。）

一般而言
，隻要PHY層、MAC層等基礎確立後，即可實現WUSB無線應用，而為了讓日後的各種無線應用（特別是WPAN）能夠直接共容互通，包括W1394、Bluetooth 3.0（使用UWB技術的Bluetooth）等


，所以加插Convergence Layer與PAL
，其他的無線應用隻要一樣具備與Convergence Layer介接的PAL，即可與WUSB相通。

Wireless USB透過協定因應層與聚合層的轉化
，即能與其他的無線應用（如Wireless 1394
、Bluetooth 3.0等）共容互通。
　USB|Wireless|SRP
與其他無線應用互通隻是其一，更受到重視的是WUSB的技術表現。目前
，WUSB最遠可達10m的傳輸距離，最快則可達到與USB 2.0相同的480Mbps速率。不過

，480Mbps速率僅限3m距離內

，3m～10m距離中速率會降至110Mbps。

此外
，WUSB與傳統USB相同，最多都可以連接127個裝置，然更好的是：WUSB已經去線化

，所以不需要使用集線器（USB Hub）
，所以連接拓樸也有所改變
，過往USB是階層式的星狀連接（或可說是樹狀連接），而WUSB則是直接從PC端與各WUSB裝置進行無線連通
，屬星狀連接。

WUSB規格標準雖然成形
，且未來的PC將盡可能預裝配備WUSB的主控器，以利WUSB的推廣普及，不過業界也很重視如何讓現有PC也支援WUSB，因此提出了HWA（Host Wire Adaptor）與DWA（Device Wire Adaptor）等配接器，隻要將HWA連接在現有PC的USB埠上，以及將現有實線式USB裝置的接線接上DWA，如此HWA、DWA間即可用WUSB來互連運作，使現有實線USB透過轉接升級成無線運作。這是為推行WUSB的一種過渡手法。

UWB的頻譜跨佔3.168GHz～10.296GHz
，並將此區間劃分成5個波段群，除最後的第5個波段群隻有2個波段外每個波段群內都有3個波段，總共14個波段，每波段占用528MHz頻寬。一般而言，WUSB使用第1個波段群（3.168GHz～4.488GHz），第2～5個波段群為選用，如果有U-NII（Unlicensed National Information Infrastructure）則必須避用第2個波段群，甚至在不同國度與地區必須避開更多波段群，在美國5個波段群都可使用，但在歐洲就必須避開第2、5
、及若幹第4波段群的波段。此外，在日本、韓國也多半不允許使用第2及若幹第3、5波段群的波段。

圖中可見
，美國、歐洲

、日本
、南韓等地對超寬頻的頻段開放程度，美國因FCC的規令而全麵開放
，
但美國之外的各國仍有若幹程度的保留。

USB On-The-Go

USB OTG 1.0版是在2001年12月18日頒佈，之後在2003年6月24日推出修訂的USB OTG 1.0a，更之後在2006年2006年4月4日提出1.2版。USB OTG之所以能讓2個USB裝置直接互接對傳，其實是以權宜方式來實現，將兩個裝置中的其一暫時喬裝、轉變成主控端（Host），讓另一個USB裝置誤以為自己是連到Host，以此來進行傳輸。暫時喬裝成Host的USB裝置，之後仍可與PC連接，與PC連接時會恢複成原有的裝置型（Device）受控角色

，這種既可為Host也可為Device的裝置被稱為DRD（Dual-Role Device），反之無論在何種情況下都隻是Device的則稱為POD（Peripheral-Only Device）。

圖中的手機即是典型USB OTG中的DRD
，手機與PC相連時，手機為Device的從端角色

，
PC為主端角色，而圖下手機與數字相機相連時，手機為主端，數字相機為從端。

USB OTG如何確認何者為對接時的Host
？又何者為Device？答案是透過為USB OTG所新增的接腳，在USB原有4個接腳（Vbus
、D+
、D-、GND）外
，再增加一個ID接腳，ID接腳的阻值為零（短路
、接地）者為主端
，反之阻值為無窮大（開路，或稱：空接
、浮接）者為從端

，此在裝置相接之後透過阻值偵測即可確認。更具體來說，阻值低於10歐姆者即是趨近零，屬於主端；而阻值大於100k歐姆者，被視為近乎無窮大的阻值，屬於從端。

當某一裝置被視為主端後，也必須負責傳統USB主端的「對外供電」角色，在傳統USB規範中
，USB埠必須對外供應最少100mA，最高不超過500mA的5V電力，然由於USB OTG的裝置多為使用電池運作的手持式裝置
，自身電能有限，若再向外供電就更會快見拙，因此USB OTG標準將主端向外供電的要求加以放寬
，最高仍不可超過500mA，但最低隻要不低於8mA
，依然是合乎規範。

雖然USB OTG可以讓兩裝置對接，但要注意的是：至目前為止USB OTG尚無法向傳統USB般使用上Hub。此外，UTB OTG一般而言是使用USB 1.x中的低速（Low-Speed）1.5Mbps或全速（Full-Speed）12Mbps，高速（Hi-Speed）的480Mbps屬於選用。

再者，USB OTG的接頭
、接座也與傳統USB不同，傳統USB有A型（主-電腦）接頭接座與B型（從-裝置）接頭接座，而USB OTG為了因應更小巧裝置的設計需要
，使用增訂的迷你型設計，即Mini-A接頭接座
、Mini-B接頭接座。Mini-A、Mini-B與傳統A、B相同
，都具有防呆（避免錯接）的機構設計
，但除此之外的還有一種Mini-AB的接座，此種接座（或稱：接孔）隻有接座設計而無接頭設計
，此種設計是為了前述的DRD而設

，讓DRD可以用同一個接座來進行USB OTG的對接（A主角色）
，或在另一時間與PC連接（B從角色）。


USB OTG規範中的3種接座（Mini-A、Mini-B、Mini-AB）、2種接頭（Mini-A
、Mini-B），
其中Mini-AB接座可以連接Mini-A或Mini-B的接頭，主要是為USB OTG中的DRD而設計。　

此外
，USB OTG為了對接也增訂兩種新協定：HNP（Host Negotiation Protocol）與SRP（Session Request Protocol），前者可以讓USB OTG對接時，且主端電力不足時，可與從端協調，使主從角色互換，以利持續傳輸。至於SRP
，是為了對接的電能精省而設立
，USB OTG為了對傳時能夠節省電能
，所以在未有傳輸時會進入省電狀態，使USB埠停止運作
，而SRP則是由從端向主端發出，要求主端重新甦醒，好為從端進行傳輸服務。

另外，由於手持式裝置的軟硬件資源相當有限，且實現的軟硬件方式也比PC多樣

，所以無法像PC一樣支援各形各色的USB裝置


，所以在驅動程式的支援上較為拘限，關於此USB OTG主端裝置內會建立一份TPL（Targeted Peripheral List）
，一旦接入USB OTGdecongduanzhuangzhihou，huizhahegaizhuangzhishuyuqingdanzhongdehezhongleixing
，hehuleixingzejiayifuwu
，weiyouhehuleixingzedangfachuxiangguanxinxi，gaozhishiyongzheyinzhuangzhibuheerwufajinxingduichuan。
USB|Wireless|SRP
Inter-Chip USB

Inter-Chip USB 1.0是在2006年3月13日頒佈，專用於電路板上的晶片間連接，也由於用在電路板上，因此許多連接規則都與傳統USB不同。首先

，IC_USB與WUSB
、USB OTG一樣，也不能使用Hub，所以IC_USB與WUSB一樣
，采行星狀的連接拓樸，每個從端都用一組USB接線與主端相連。其次，IC_USB在線路長度上也加以限縮，一般USB允許最長5m的接線，低成本（未具包覆屏蔽）的接線也可有1.8m，但IC_USB僅能有10cm的銅箔線路。再者，IC_USB由於隻用於機內
，一般而言機內的裝置、晶片不會有進行熱插拔、熱置換的需求，如此IC_USB也就不用支援傳統USB的隨插即用（PnP）機製。
　


Inter-Chip USB並不支援透過Hub的連接（紅線），隻有傳統USB可透過Hub進行連接（黑線）。
　

也因為IC_USB從銅纜線改成銅線箔以及半導體工藝技術的進步
，使得IC_USB的供電線路的電壓也有所不同，傳統USB的供電線路為5V電壓，這是在1996年就定下的，而今半導體技術已又長進了十年，晶片需求的工作電壓已不斷降低，從5V降至3.3V、從3.3V降至2.5V，如今更有1.8V、1.3V，很明顯的，IC_USB若持續使用5V電壓，並不合乎實際之需。此外
，由於IC_USB隻在短距離內傳輸
，所以不一定要使用差動（Differential）傳輸，也可使用較傳統的單端（Single End）傳輸，IC_USB提供兩種傳輸方式的選擇。

所以，IC_USB降低了電壓準位

，不再使用5V，而是另行提供5種電壓值：3V（或3.3V）、1.8V、1.5V、1.2V、1V等
，這些電壓準位值是取自JEDEC機構所訂立的標準
，至於實際運作時要使用哪個5種電壓值，則由相連的晶片間自行溝通、協調來決定。


Inter-Chip USB在電壓類別（Voltage Class）上的協調順序圖。
　
IC_USB也將接腳名稱進行調整，過去稱為Vbus
、D+、D-、GND的接腳，被依序改名為IC_VDD
、IC_DP（IC Data Plus）、IC_DM（IC Data Minus）


、GND（未改）。許多人重視的傳輸速率方麵

，IC_USB目前以FS為主支援，LS則必須由Host與Device間相互協議才能支援，至於HS尚未支援
，HS的支援目前仍在研擬嚐試中。

毫無疑問的，USB依然是充滿演化活力的技術規格，依然有許多可能性發展，不過無論如何發展，都會盡可能保障過往的研發投資
，特別是在韌體、軟件上的相容上，畢竟韌軟件占應用設計中的成本、心力等比重正節節上升
，因此USB的實體硬件可以變化
，但這些必要的變化，卻能使韌
、軟件的投資價值更為擴展、延伸。