- USB技術(shù)演進(jìn)
- Wireless USB
- USB On-The-Go
- Inter-Chip USB
USB技術(shù)演進(jìn)
USB自1996年發(fā)表以來(lái)至今，其技術(shù)發(fā)展可分成三個(gè)時(shí)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年后至今則是超越IEEE 1394，或與IEEE 1394各行其路的時(shí)期。
第一個(gè)時(shí)期簡(jiǎn)言之即是USB 1.x（包含USB 1.0、1.1）的階段，這個(gè)階段USB快速低價(jià)化、普遍化，但是在速率與體質(zhì)上仍無(wú)法與IEEE 1394媲美，所以才有2000年之后的各項(xiàng)新提升計(jì)畫(huà)，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?yàn)閁SB 1.x的傳輸率僅12Mbps，無(wú)法與IEEE 1394a的400Mbps相比，而USB 2.0讓USB傳輸達(dá)480Mbps，以此來(lái)超越IEEE 1394a，且USB 2.0也被稱(chēng)為HI-SPEED USB。
由于傳統(tǒng)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(guò)PC而自行互接，然IEEE 1394卻可以，為了彌補(bǔ)此一「體質(zhì)」的不足，因而增訂了USB OTG。當(dāng)然，USB OTG也是為了因應(yīng)日漸增多的手持式裝置，為了讓各手持行動(dòng)裝置能在戶(hù)外、無(wú)攜帶PC/Laptop時(shí)仍能夠相互傳遞資料，對(duì)此也需要訂立USB OTG。此外，USB OTG也與USB 2.0相互唿應(yīng)，以USB 1.x的速率進(jìn)行互接的USB OTG即稱(chēng)「USB On-The-Go」，而以USB 2.0速率進(jìn)行互接的則稱(chēng)為「HI-SPEED USB On-The-Go」。
到了2004年，由于全球的USB用量已到達(dá)相當(dāng)可觀的地步，光是USB裝置用的接線(xiàn)、纜線(xiàn)就已經(jīng)突破20億條，長(zhǎng)久下去將會(huì)使接線(xiàn)到達(dá)空前紊亂，因此USB去線(xiàn)化、無(wú)線(xiàn)化的聲音開(kāi)始出現(xiàn)，自此提議出Wireless USB（WUSB）。另外，為了讓針對(duì)USB硬件所開(kāi)發(fā)的韌體、軟件等投資達(dá)到更大化的發(fā)揮效益，USB-IF也增訂了內(nèi)接用的USB，讓USB從過(guò)去的外接銅纜線(xiàn)，轉(zhuǎn)變成機(jī)內(nèi)印刷電路板（PCB）上的銅箔線(xiàn)，使USB從機(jī)外裝置間的互連，跨足延伸到機(jī)內(nèi)晶片間的互連，此稱(chēng)為Inter-Chip USB（簡(jiǎn)稱(chēng)：IC_USB）。
當(dāng)USB進(jìn)入WUSB、IC_USB階段后，可說(shuō)是開(kāi)始超越IEEE 1394，或與IEEE 1394分路而行，在無(wú)線(xiàn)化的進(jìn)程上，WUSB比Wireless 1394（簡(jiǎn)稱(chēng)：W1394）更快速，目前W1394幾乎沒(méi)有動(dòng)靜。至于內(nèi)連化的IC_USB，IEEE 1394并無(wú)相同的作法，相對(duì)的IEEE 1394朝車(chē)用的IDB-1394，以及不同傳輸實(shí)體介質(zhì)的路線(xiàn)發(fā)展，例如用光纖（Optical Fiber）、塑膠光纖（Plastic Optical Fiber；POF）、Ethernet等線(xiàn)路來(lái)傳輸。（附註：IEEE 1394a為400Mbps，但之后訂立的IEEE 1394b則可達(dá)800Mbps，仍領(lǐng)先今日USB 2.0的480Mbps，此外光纖化、塑膠光纖等新介質(zhì)作法則在IEEE 1394c中擬定。）
隨著USB 1.x/USB 2.0的成熟，USB技術(shù)的發(fā)展與推行重心，已經(jīng)開(kāi)始專(zhuān)往手持式運(yùn)用的USB OTG/HI-SPEED USB OTG、Wireless USB、以及Inter-Chip USB。
Wireless USB
Wireless USB 1.0標(biāo)準(zhǔn)是在2005年5月12日正式發(fā)佈，它的實(shí)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(shù)，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(jù)不同的無(wú)線(xiàn)傳輸應(yīng)用而訂立不同的協(xié)定因應(yīng)層（Protocol Adaptation Layer；PAL），最后才將WUSB的通信建立于最上端，如此使WUSB運(yùn)作。（附註：MBOA（Multi-Band OFDM Alliance）于2005年3月與WiMEDIA Alliance合併。）
一般而言，只要PHY層、MAC層等基礎(chǔ)確立后，即可實(shí)現(xiàn)WUSB無(wú)線(xiàn)應(yīng)用，而為了讓日后的各種無(wú)線(xiàn)應(yīng)用（特別是WPAN）能夠直接共容互通，包括W1394、Bluetooth 3.0（使用UWB技術(shù)的Bluetooth）等，所以加插Convergence Layer與PAL，其他的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用只要一樣具備與Convergence Layer介接的PAL，即可與WUSB相通。
Wireless USB透過(guò)協(xié)定因應(yīng)層與聚合層的轉(zhuǎn)化，即能與其他的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用（如Wireless 1394、Bluetooth 3.0等）共容互通。
USB|Wireless|SRP
與其他無(wú)線(xiàn)應(yīng)用互通只是其一，更受到重視的是WUSB的技術(shù)表現(xiàn)。目前，WUSB最遠(yuǎn)可達(dá)10m的傳輸距離，最快則可達(dá)到與USB 2.0相同的480Mbps速率。不過(guò)，480Mbps速率僅限3m距離內(nèi)，3m～10m距離中速率會(huì)降至110Mbps。
此外，WUSB與傳統(tǒng)USB相同，最多都可以連接127個(gè)裝置，然更好的是：WUSB已經(jīng)去線(xiàn)化，所以不需要使用集線(xiàn)器（USB Hub），所以連接拓樸也有所改變，過(guò)往USB是階層式的星狀連接（或可說(shuō)是樹(shù)狀連接），而WUSB則是直接從PC端與各WUSB裝置進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連通，屬星狀連接。
WUSB規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)雖然成形，且未來(lái)的PC將盡可能預(yù)裝配備WUSB的主控器，以利WUSB的推廣普及，不過(guò)業(yè)界也很重視如何讓現(xiàn)有PC也支援WUSB，因此提出了HWA（Host Wire Adaptor）與DWA（Device Wire Adaptor）等配接器，只要將HWA連接在現(xiàn)有PC的USB埠上，以及將現(xiàn)有實(shí)線(xiàn)式USB裝置的接線(xiàn)接上DWA，如此HWA、DWA間即可用WUSB來(lái)互連運(yùn)作，使現(xiàn)有實(shí)線(xiàn)USB透過(guò)轉(zhuǎn)接升級(jí)成無(wú)線(xiàn)運(yùn)作。這是為推行WUSB的一種過(guò)渡手法。
UWB的頻譜跨佔(zhàn)3.168GHz～10.296GHz，并將此區(qū)間劃分成5個(gè)波段群，除最后的第5個(gè)波段群只有2個(gè)波段外每個(gè)波段群內(nèi)都有3個(gè)波段，總共14個(gè)波段，每波段占用528MHz頻寬。一般而言，WUSB使用第1個(gè)波段群（3.168GHz～4.488GHz），第2～5個(gè)波段群為選用，如果有U-NII（Unlicensed National Information Infrastructure）則必須避用第2個(gè)波段群，甚至在不同國(guó)度與地區(qū)必須避開(kāi)更多波段群，在美國(guó)5個(gè)波段群都可使用，但在歐洲就必須避開(kāi)第2、5、及若干第4波段群的波段。此外，在日本、韓國(guó)也多半不允許使用第2及若干第3、5波段群的波段。
圖中可見(jiàn)，美國(guó)、歐洲、日本、南韓等地對(duì)超寬頻的頻段開(kāi)放程度，美國(guó)因FCC的規(guī)令而全面開(kāi)放，
但美國(guó)之外的各國(guó)仍有若干程度的保留。
USB On-The-Go
USB OTG 1.0版是在2001年12月18日頒佈，之后在2003年6月24日推出修訂的USB OTG 1.0a，更之后在2006年2006年4月4日提出1.2版。USB OTG之所以能讓2個(gè)USB裝置直接互接對(duì)傳，其實(shí)是以權(quán)宜方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，將兩個(gè)裝置中的其一暫時(shí)喬裝、轉(zhuǎn)變成主控端（Host），讓另一個(gè)USB裝置誤以為自己是連到Host，以此來(lái)進(jìn)行傳輸。暫時(shí)喬裝成Host的USB裝置，之后仍可與PC連接，與PC連接時(shí)會(huì)恢復(fù)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(chēng)為DRD（Dual-Role Device），反之無(wú)論在何種情況下都只是Device的則稱(chēng)為POD（Peripheral-Only Device）。
圖中的手機(jī)即是典型USB OTG中的DRD，手機(jī)與PC相連時(shí)，手機(jī)為Device的從端角色，
PC為主端角色，而圖下手機(jī)與數(shù)字相機(jī)相連時(shí)，手機(jī)為主端，數(shù)字相機(jī)為從端。
USB OTG如何確認(rèn)何者為對(duì)接時(shí)的Host？又何者為Device？答案是透過(guò)為USB OTG所新增的接腳，在USB原有4個(gè)接腳（Vbus、D+、D-、GND）外，再增加一個(gè)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(wú)窮大（開(kāi)路，或稱(chēng)：空接、浮接）者為從端，此在裝置相接之后透過(guò)阻值偵測(cè)即可確認(rèn)。更具體來(lái)說(shuō)，阻值低于10歐姆者即是趨近零，屬于主端；而阻值大于100k歐姆者，被視為近乎無(wú)窮大的阻值，屬于從端。
當(dāng)某一裝置被視為主端后，也必須負(fù)責(zé)傳統(tǒng)USB主端的「對(duì)外供電」角色，在傳統(tǒng)USB規(guī)范中，USB埠必須對(duì)外供應(yīng)最少100mA，最高不超過(guò)500mA的5V電力，然由于USB OTG的裝置多為使用電池運(yùn)作的手持式裝置，自身電能有限，若再向外供電就更會(huì)快見(jiàn)拙，因此USB OTG標(biāo)準(zhǔn)將主端向外供電的要求加以放寬，最高仍不可超過(guò)500mA，但最低只要不低于8mA，依然是合乎規(guī)范。
雖然USB OTG可以讓兩裝置對(duì)接，但要注意的是：至目前為止USB OTG尚無(wú)法向傳統(tǒng)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屬于選用。
再者，USB OTG的接頭、接座也與傳統(tǒng)USB不同，傳統(tǒng)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(yīng)更小巧裝置的設(shè)計(jì)需要，使用增訂的迷你型設(shè)計(jì)，即Mini-A接頭接座、Mini-B接頭接座。Mini-A、Mini-B與傳統(tǒng)A、B相同，都具有防呆（避免錯(cuò)接）的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，但除此之外的還有一種Mini-AB的接座，此種接座（或稱(chēng)：接孔）只有接座設(shè)計(jì)而無(wú)接頭設(shè)計(jì)，此種設(shè)計(jì)是為了前述的DRD而設(shè)，讓DRD可以用同一個(gè)接座來(lái)進(jìn)行USB OTG的對(duì)接（A主角色），或在另一時(shí)間與PC連接（B從角色）。
USB OTG規(guī)范中的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(shè)計(jì)?！?br />
此外，USB OTG為了對(duì)接也增訂兩種新協(xié)定：HNP（Host Negotiation Protocol）與SRP（Session Request Protocol），前者可以讓USB OTG對(duì)接時(shí)，且主端電力不足時(shí)，可與從端協(xié)調(diào)，使主從角色互換，以利持續(xù)傳輸。至于SRP，是為了對(duì)接的電能精省而設(shè)立，USB OTG為了對(duì)傳時(shí)能夠節(jié)省電能，所以在未有傳輸時(shí)會(huì)進(jìn)入省電狀態(tài)，使USB埠停止運(yùn)作，而SRP則是由從端向主端發(fā)出，要求主端重新甦醒，好為從端進(jìn)行傳輸服務(wù)。
另外，由于手持式裝置的軟硬件資源相當(dāng)有限，且實(shí)現(xiàn)的軟硬件方式也比PC多樣，所以無(wú)法像PC一樣支援各形各色的USB裝置，所以在驅(qū)動(dòng)程式的支援上較為拘限，關(guān)于此USB OTG主端裝置內(nèi)會(huì)建立一份TPL（Targeted Peripheral List），一旦接入U(xiǎn)SB OTG的從端裝置后，會(huì)查核該裝置屬于清單中的何種類(lèi)型，合乎類(lèi)型則加以服務(wù)，未有合乎類(lèi)型則當(dāng)發(fā)出相關(guān)信息，告知使用者因裝置不合而無(wú)法進(jìn)行對(duì)傳。
USB|Wireless|SRP
Inter-Chip USB
Inter-Chip USB 1.0是在2006年3月13日頒佈，專(zhuān)用于電路板上的晶片間連接，也由于用在電路板上，因此許多連接規(guī)則都與傳統(tǒng)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(gè)從端都用一組USB接線(xiàn)與主端相連。其次，IC_USB在線(xiàn)路長(zhǎng)度上也加以限縮，一般USB允許最長(zhǎng)5m的接線(xiàn)，低成本（未具包覆屏蔽）的接線(xiàn)也可有1.8m，但I(xiàn)C_USB僅能有10cm的銅箔線(xiàn)路。再者，IC_USB由于只用于機(jī)內(nèi)，一般而言機(jī)內(nèi)的裝置、晶片不會(huì)有進(jìn)行熱插拔、熱置換的需求，如此IC_USB也就不用支援傳統(tǒng)USB的隨插即用（PnP）機(jī)制。
Inter-Chip USB并不支援透過(guò)Hub的連接（紅線(xiàn)），只有傳統(tǒng)USB可透過(guò)Hub進(jìn)行連接（黑線(xiàn)）。
也因?yàn)镮C_USB從銅纜線(xiàn)改成銅線(xiàn)箔以及半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步，使得IC_USB的供電線(xiàn)路的電壓也有所不同，傳統(tǒng)USB的供電線(xiàn)路為5V電壓，這是在1996年就定下的，而今半導(dǎo)體技術(shù)已又長(zhǎng)進(jìn)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(xù)使用5V電壓，并不合乎實(shí)際之需。此外，由于IC_USB只在短距離內(nèi)傳輸，所以不一定要使用差動(dòng)（Differential）傳輸，也可使用較傳統(tǒng)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(zhǔn)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(zhǔn)位值是取自JEDEC機(jī)構(gòu)所訂立的標(biāo)準(zhǔn)，至于實(shí)際運(yùn)作時(shí)要使用哪個(gè)5種電壓值，則由相連的晶片間自行溝通、協(xié)調(diào)來(lái)決定。
Inter-Chip USB在電壓類(lèi)別（Voltage Class）上的協(xié)調(diào)順序圖。
IC_USB也將接腳名稱(chēng)進(jìn)行調(diào)整，過(guò)去稱(chēng)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面，IC_USB目前以FS為主支援，LS則必須由Host與Device間相互協(xié)議才能支援，至于HS尚未支援，HS的支援目前仍在研擬嘗試中。
毫無(wú)疑問(wèn)的，USB依然是充滿(mǎn)演化活力的技術(shù)規(guī)格，依然有許多可能性發(fā)展，不過(guò)無(wú)論如何發(fā)展，都會(huì)盡可能保障過(guò)往的研發(fā)投資，特別是在韌體、軟件上的相容上，畢竟韌軟件占應(yīng)用設(shè)計(jì)中的成本、心力等比重正節(jié)節(jié)上升，因此USB的實(shí)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(jià)值更為擴(kuò)展、延伸。
