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满足手机宽带数据传输需求 高速USB进军行动电话

  举动电话结合数字音乐播映器与照相手机是大势所趋,使得手机与PC之间与进行多媒体数据同步处置的需求更为火急。可是以当前的手机接口传输速度并缺乏以敷衍传输相片、影片、核算机数据,以及来电铃声等巨大信息的需求。放眼各种接口技能,蓝芽尽管遍及,但速率仍无法满意同步数据传输需求;UWB则因大大都PC不具有UWB接口,机遇没有老练。相较之下,高速USB将成为当前撑持手机高速数据同步传输的最佳挑选。
尽管蓝芽运用率敏捷扩增,一起超宽带技能(Ultra Wide Band, UWB)也能够成为下一个大型无线网络联机规范,但通用序列总线(Universal Serial Bus, USB)功用仍会继续存在于大大都的举动电话中。为何USB仍然遭到举动电话的喜爱?将来USB在举动电话工业中的趋势是什么?有什么功用会被筛选?
风趣的是,举动电话工业好像其它许多消耗性电子产物的开展景象,仍沿用着原有的立异与结合办法而进行。但跟着今天各种无线传输技能逐步遍及,为何手机厂商仍继续仰赖有线技能?还有哪些技能将开展成为将来举动电话的功用?
高科技公司一向期望成为消耗者需求的推动者。跟着举动电话的遍及、数字音乐播映器(iPod与相似产物)与照相手机的大卖、以及消耗者关于全球各地网络存取与数据同享的需求,各家厂商纷繁对准旗下各项消耗性产物进一步描绘新的结合层。
例如最新的摩托罗拉SLVR手机具有iTunes软件接口、数字相机、影片撷取及播映、核算机数据传输、多种来电铃声、还有图像电话簿等多种抢先功用(图1),这些功用均归于高频宽与数据密布的运用。
可是,在处置数据的反响、播映速度、以及手机数据传输速度方面仍存在着问题。事实上,这款最新的SLVR手机声称可在30秒内传输4MB的MP3歌曲。
但若是您要传送一切保藏的歌曲,而不是只要一首的时分,会发作什么事?当前为止,也只要等候。

可是消耗者不喜欢等,因而厂商如今还能开发何种功用或技能规范,能够让产物契合消耗者对速度、效能,以及长时刻电池续航力的激烈需求?在一切的技能规范中,最能契合将来运用需求的挑选包括蓝芽、超宽带技能,以及USB。


蓝芽频宽难以撑持同步数据传输
蓝芽是在1999年由包括手机制造商在内的多家公司,一起制定的一套无线通讯规范。相较于其它数据传输技能规范,蓝芽虽是一项适当合适无线消息衔接的协议,但它也面对一些约束。当前蓝芽产物最大传输速率低于1Mbit/s的理论最大值(1.2版),尽管满足进行消息传输,但却缺乏以撑持同步数据传输,乃至网页阅读等运用。尽管撑持增强数据速率(Enhanced Data Rate, EDR)的蓝芽设备现已上市,但也只是将最大传输速率晋升至3Mbit/s罢了。

蓝芽适当合适运用在某些手机运用中,例如无线耳机。并且窗口拨号网络(Windows Dial-up Networking)也撑持蓝芽,让手机能够当成无线调制解调器运用,以便上彀。可是,面对许多需求大频宽的数据贮存作业,蓝芽自身较低的频宽却无法负荷,例如相片、视讯或音乐(表1)。此外,由于蓝芽是一种无线通讯规范,所以与核算机联机时,也无法一起进行充电。



超宽带机遇没有老练



关于将来的无线衔接而言,超宽带(UWB)技能是当前最佳挑选。超宽带技能藉由在十分宽的频谱中传输低功率的小脉冲,而改进展频的观念。由于超宽带接口会跟着信号内容,以极低功率出现十分细小的改动,因而也答应其它运用同享这段频谱区域。这景象与CDMA电话之间频谱同享的情况十分相似。依据业界从前关于超宽带数据传输速率所知道的信息,这项技能显然是可运用于手机数据传输的挑选(表1)。



超宽带或许会是将来衔接的一项挑选,但它的真实机遇还将降临。并且当机遇老练时,此技能也能够面对新接口规范常会发生的问题,例如功耗以及与现有核算机架构的兼容性等。由于并非一切核算机都装备这项规范规范,因而制造商需求供给所谓的「外接设备(Dongle)」,将此新规范交融至既有的规范上(如USB)。



USB适用于手机宽带数据传输



USB尽管不是无线传输,但仍是当前手机宽带数据传输的最佳挑选。事实上,举动电话上会选用USB接口有许多缘由,例如:衔接到核算机时,USB所供给的电力可在两个小时内完结1000毫安小时(mAh)电池容量的充电作业。此外,USB也是一个真实的「通用接口」:从1997年以来,包括麦金塔(Mac)在内的每部核算机,不只都具有USB接口,并且一切首要的操作体系也都撑持USB。此外,USB具有两种传输速率,描绘厂商可依需求,挑选每秒传输1.5MB、本钱较低的全速传输速率,或是每秒传输60MB的高速传输速率。表1为上述各项规范数据传输速率理论值的比拟表。



对准数据传输与更新的要害使命而言,当前并没有任何规范能够和USB的速度与遍及度混为一谈。因而,将来仍能够看到厂商继续推出附有USB转接器衔接线的手机。此外,在USB面世的这11年以来,各家厂商也对准包括速度、软件兼容性、耗电、价钱等手机市场所重视的议题,继续进行改进。



可是如上所述,即便最新如摩托罗拉SLVR手机,仍是需求30秒的时刻来传输一首歌。厂商究竟要怎么晋升这方面的速度?以厂商的态度又有哪些技能思考?



在举动电话上建置USB办法多元



要在举动电话上建置USB的办法有好几种,对大都用户来说,最简略的办法就是采办一颗内建USB的微处置器。USB现已成为德州仪器、英特尔,以及其它厂商所供给手机用CPU的规范功用。可是,现有的CPU仅具有全速传输形式的USB(12Mbit/s,例如摩托罗拉SLVR)。以久远来看,这类的运用处置器势必要参加高速传输形式的USB(480Mbit/s)。可是,这样的芯片在开发方面较艰难且贵重,并且描绘周期适当长,因而在短期内,外接式USB芯片算是仅有的描绘选项。

为要知道各种不一样建置办法,首要有必要知道USB协议。好像许多通讯协议一样,USB是一套包括数个协议层的通讯仓库。最底层是实体层(Physical Layer)。USB运用一对传输线进行双向通讯。高速传输形式是以正负400毫伏特电位差表明传输信号。协议向上一层称为数据编码机制(Data Coding Scheme)。USB选用NRZI编码,在数据传输在线的信号若有电位变换(Transition)则以「0」表明,若无则以「1」表明。NRZI编码能够让频率信号跟着数据信号,经由一样接脚传送。接着,USB运用位填充(Bit-stuffing)的办法,保证在数据信号中有满足的电位变换,能够正确获得频率信号。此刻,数据就会从本来序列传输的数据办法,转成并排式的数据办法(图2)。在序列数据办法与并排数据办法之间的接口有一套规范化规范,称为USB收发器巨细胞界面鸿沟(UTMI Boundary)规范,可至英特尔网站(www.intel.com/technology/usb/spec.htm)获得关联材料。再往上一层为循环冗余查看发生(CRC Generation)。在USB里,操控封包(Control Packet)选用较短的CRC(5位),而数据封包则用较长的CRC(16位)以侦测1位与2位的过错。再上一层为材料流操控(Flow Control),负责处置USB关于封包接纳与呼应之间的时刻之严格需求。本层的功用在于保证能够接纳到正确材料,并传送到运用层(Application),也就是USB协议仓库的最上层。当前已有数千种不一样的USB设备,它们都需求运用层中的客制化程序或种类协议(Class
Protocol)的撑持。尽管对消耗者来说,USB是十分易于运用的设备,但这项看似简略的设备内部却需求精巧的软硬件结合。因而,厂商若有意在举动电话芯片组中建置USB时,有必要知道其杂乱性。运用周边芯片达到USB高速传输要添加高速传输USB联机最简略的办法就是在体系中加上一个全功用的USB周边芯片,例如柏士半导体(Cypress Semiconductor)的EZ-USB
FX2LP。由于这类芯片会负责处置一切USB联机的细部作业,因而业者仅须投入最少的体系描绘人力即可。此种微处置器架构的USB解决方案,乃至能够履行描绘所需的一切或有些特定种类的协议。这些设备都是抱负的「扩展型(Bolt-on)」解决方案,由于其间的USB芯片与运用处置器在通讯时能够同享既有的总线。若是举动电话厂商不想在手机中别的加上USB周边芯片的话,还有两种办法能够新增高速USB功用。第一种办法是该举动电话的芯片组厂商有必要更改芯片描绘,参加专用的USB接口以及一切的USB硬件协议仓库。第二种办法是芯片组描绘业者能够在其芯片组中供给USB芯片的数字有些,并将另一个独立芯片当成480Mbit/s模仿收发芯片运用(图3)。值得注意的是,这两种解决方案都有必要先知道图2中所说到的UTMI鸿沟。
高结合度芯片危险高关于芯片组描绘业者而言,第一种彻底结合的挑选是最杂乱且最具危险的办法。结合的举措在一些描绘中确有本质效益,但对其他描绘来说却未必如此。在大型、高速且制程面积小的CPU中,参加高速传输USB的功用有许多晦气之处。首要,这种办法会带来最高的危险。越小制程表面的屏蔽组越贵重,因而若是数字电话芯片组描绘业者无法成功描绘出模仿USB实体层的有些时,从头描绘的价值会十分高。其次,这种办法也会招致模仿组件面积扩展。在USB实体层所用的许多架构都是模仿设备,因而模仿组件不会由于制程减少而有太大的改进,这也表明,在极为有限的制程面积上,模仿收发器能够会占掉许多贵重的芯片空间。不只如此,5伏特的电压容错度也是一个问题。为了敷衍电源供给线路(VBUS)缺乏的情况,USB规范中需求USB接脚上要有5伏特的容错度。在较小的制程面积上,5伏特的容错度在技能上能够十分艰难。一样的情况也会发作在静电放电(ESD)充电上。在高速传输USB的实体层中,ESD关于芯片组描绘业者是一个隐藏危险的问题。正由于这些危险,许多芯片组描绘业者拖延或扫除自行描绘内建高速传输USB的实体层与逻辑电路。反而是一些具有抢先技能的厂商,正投入结合独立式UTMI架构收发器的描绘(图4)。善用UTMI接口加速描绘速度至于第二种办法,运用程序处置器芯片组描绘业者有必要描绘USB中心逻辑电路,而不是在处置器中的各逻辑描绘组件之间运用UTMI接口,UTMI也能够用作衔接两颗芯片的外部接脚规范。UTMI是一个十分简略的接口,运用22~31支有用接脚,供给十分低阶的收发器存取功用。中心逻辑的有些有必要建置USB状态机(State Machine)、暂停侦测,以及一切较高层的USB协议。UTMI收发器的接纳有些供给D+/D-的直接存取功用。事实上,代号为Monahans的英特尔最新处置器PXA-290,就是选用UTMI接口,而非运用嵌入式USB实体层。有了UTMI架构的收发器,就能够大幅下降手机芯片组厂商在模仿描绘方面的危险。若能善加运用像是UTMI这类规范芯片组接口,就可使得描绘更为疾速,并有更高的机会在第一次描绘就能成功。如今要害的问题是,消耗者在哪里才干采办到具有高速USB的举动电话?全球有数个正在描绘中的新平台,都是选用上述几种办法。消耗者将能够具有所需的速度效能,来传送贮存于举动电话中的音乐、相片、与视讯等保藏。尽管老友之间举动电话的单键无线数据同步的主意似乎是很棒的功用,但要完成仍需一些时刻。UWB的确有潜力改动这个范畴,但要看到价钱合理的UWB手机尚待一段时刻。在那之前,有线国际仍将继续操纵数据传输办法,由于有一件事是断定的,那就是:消耗者不喜欢等候。
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