USB 3.0在高速影音傳輸上之應用

原昶科技行銷業務部部長 解詠鈞

原昶科技(Evolution)為台灣ASIC設計服務及IP研發銷售領導廠商智原科技(Faraday) 100%轉投資之IC設計公司。公司員工80%以上為RD&FAE研發？技術服務人員，產品規劃上著重於前端系統整合，產品線囊括了語音辨識、噪音消除、USB 3.0相關應用芯片，而智原科技提供後端IP設計區塊與服務上的支援，客戶只要找上其中一家合作，兩家(原昶？智原)公司都能提供服務。

在主講議題「USB 3.0在高速影音傳輸上之應用」中，原昶科技行銷業務部部長解詠鈞先生認為，該公司特地挑了兩個與其他業者不同的領域範疇，以USB 3.0 Hub分接器，以及USB 3.0 to Display影音應用作為開發產品的範疇。

低功耗高相容度USB 3.0 Hub的設計挑戰

解先生認為，USB 3.0 Hub在週邊裝置插拔相容性是最具挑戰的，因為它需要往上連接USB 3.0 Host主控芯片，往下連接到廣泛的USB 3.0週邊裝置，怎樣把一個USB 3.0的PHY，在這麼多Host/Device芯片之間做到兼容性，是相當大的挑戰，也因此USB IF協會對於Hub的認證尚未有明確規範。

USB 3.0 Hub設計上可以有獨立Hub產品，整合於桌機或筆電、液晶螢幕甚至智慧型電視側邊或底座，另外像是擴充船塢(Docking Station)或嵌入式系統產品等，也是常見的USB Hub應用。原昶開發的ET12U310 USB 3.0 Hub控制芯片採LQFP80封裝，支援USB 3.0以及兼容USB 2.0/1.1規範，提供1組上傳速率5Gbps/480Mbps/12Mbps Full-Speed連接埠，4組下載速率5Gbps/480Mbps/12M
bps的連接埠。對USB 2.0轉接部分，提供多重交易傳輸特性(Multiple Transaction Translator；MTT)、低功耗管理(Low Power Mnangement；LPM)，目前支援電池充電(Battery Charging) 1.1版規格，將來的時程藍圖會將BC 1.2版規格納入。

ET12U310內建I2C介面規格的EEPROM電子可抹寫唯讀內存，可供產品商自行燒錄？升級製造商資訊；內建展頻抑訊時脈產生器(Spread Spectrum Clock Genertaor)，可做成時脈微調整來發揮最大的抑制EMI電磁干擾效果，無需成本高昂的扼流圈(Choke)，同時也支援上傳？下載雙向傳輸時的過電流防護。

解部長認為，ET12U310的優勢來自智原的USB 3.0 PHY實體層IP電路，已經過市場的廣泛驗證，像友商睿思科技(Fresco)、銀燦等都是採用智原的PHY。同時ET12U310 Hub控制芯片，在接4組USB 3.0裝置同時操作的情況下，Hub控制芯片操作電流僅667mW，相較於友廠產品的操作電流1.5W(1,500mA)一半不到，超低功耗表現可說相當出色。再者，目前Hub PCB板已經做到兩層版，相較其他業者，有更低的BOM物料表成本，完整的功能，優異的相容性。同時原昶也提供客戶初期評估工程樣板(Evaluation Board)，有助於客戶快速評估並加速開發產品到市場(Time to market)爭取商機。

音訊？視訊透過USB的應用

音訊？視訊透過USB(Audio/Video Over USB)的應用概念，是因為USB已經廣泛成為所有電腦、筆記型電腦的標準介面，大多數消費型電子產品與行動裝置也都具備USB。USB既然能傳輸儲存裝置的數位資料，當然也能夠傳輸未壓縮或已壓縮的即時影音資料，以及被編碼保護的影音內容。

以目前USB 3.0傳輸速率5Gbps而言，實測傳輸速率約370~390MB/s，約可以容納500個頻道的DVD畫質影音資料流，或100個頻道的HD高畫質(720x480@60Hz)影音資料串流量；即使傳遞1個未壓縮的Full HD高畫質電影資料流，1,920x1,080@60Hz資料串流量約每秒190MB，USB 3.0的傳輸速度也綽綽有餘。

Audio/Video Over USB就是直接將影音資料藉由USB Hub傳輸到分接的AV視聽裝置，不僅可以做到多螢幕顯示，運用USB的單一連接線設計，可以取代以往的訊號線與音源線，連電源都可以藉由USB連接線供應，作為支援USB顯示裝置的供電、週邊充電以及韌體升級之用。USB IF正在對USB 3.0的影音應用，制定相關的AV裝置級別(USB AV Devcie Class)，目前制定規格到0.8a版。

第2個應用就是可攜行動裝置，像是手機也可藉由USB連接線，將手機影像畫面，藉由USB連接線傳送到支援USB顯示的大尺寸顯示器，同時又可以進行充電動作。

第3個應用就是當我們攜帶筆記型電腦或平板電腦回到辦公室或家中，可以藉由USB連接線與家中桌上型電腦連接，轉移一些網路以及虛擬桌面的工作環境，把運算環境轉移到運算能力較強的平台環境。

原昶的USB 3.0影音顯示方案

原昶科技針對USB 3.0的影音方案，提供ET12U320 USB 3.0顯示橋接芯片，以及ET12U321 USB 3.0轉HDMI芯片。兩者均採用12mm x 12mm的TFBGA256芯片封裝，其主要規格為支援USB 3.0以及兼容USB 2.0規格，是全球首顆獲得USB-IF認證USB 3.0視頻芯片。支援USB UAC 1.0、HID 1.1與MSC 1.3等所有USB級別驅動程式。芯片內建8位元微控制器整合PROM、RAM，並整合SDRAM作為影像緩衝區；內建RGB類比轉換電路，同時支援DVI 1.0以及HDMI v1.2規格訊號做同步顯示或虛擬大螢幕的輸出，並提供Windows XPDM與 WDDM V1.1版驅動程式，支援Windows XP、Windows Vista、Windows 7以及Windows MultiPoint Server 2010等作業系統。ET12U320/321也提供雙通道PS/2介面連接傳統鍵盤與滑鼠。

原昶ET12U320/321視訊橋接芯片，可以應用在USB擴展船塢(Mobile PC Docking Station)、USB顯示器適配器(USB to Video Adaptor)、USB精簡型電腦(USB Zero Client)、USB顯示器(USB LCD Monitor)、USB微投影儀/投影儀(USB Pico Projector/Projector)，以及USB無線顯示器(USB Wireless Display)等。

AV應用帶動下一波USB 3.0應用風潮

在論壇會場外的原昶攤位上，有展示一些原昶的USB顯示應用的概念型產品，從輸入的鍵盤、滑鼠，到顯示的影音資料、讀卡機、觸控螢幕，都可藉由USB連接線來連接。其中一家跟原昶配合的是奇美的低功耗液晶顯示器，已經可以做到直接以USB 3.0連接線來供電，而不必另外再接電源線。

另外像是USB 3.0顯示器適配器，可以將USB 3.0傳遞的影像訊號轉成VGA/DVI/HDMI輸出並且搭配傳統顯示器，達成USB 3.0顯示甚至多螢幕輸出的應用效果。

還有在雲端運用下的精簡型電腦(Thin Client)，搭配Windows MultiPoint Server 2010作業系統，只要1部運算電腦主機，對外連接1部USB 3.0的Hub，稱之為Zero Client，這個Zero Client再連接到提供USB 3.0顯示功能的顯示器、USB鍵盤與滑鼠，每一個使用者都能透過眼前的USB顯示器與USB滑鼠？鍵盤，利用USB 3.0傳輸資訊來共享、共用這部運算電腦主機。如此可以節省大筆的資訊設備投資。而原昶ET12U320/U321 USB橋接視訊芯片額外提供的2組PS/2功能，應用在Zero Client上，可以直接連接更低成本的傳統鍵盤與滑鼠。

另外一家亞信電子則使用原昶的UT12U310 Hub控制芯片、ET12U320/U321 USB橋接視訊芯片，搭配自家開發的AX88178控制芯片，開發出可藉由USB 3.0、乙太網路進行顯示的擴充船塢，是一種USB to Ethernet顯示應用產品，USB微投影儀/投影儀(USB Pico Projector/Projector)則是另一項USB的顯示應用。原昶目前是與力群科技合作，藉由低功耗DLP或LCos光學投影模組，以及原昶USB 3.0橋接視訊芯片，不需要複雜的螢幕訊號線轉接以及電源線的連接，就可以藉由USB 3.0連接線來進行投影機視訊資料輸入與投影輸出，以及電源的供應。USB 3.0微投影機？投影機的機身得以縮減，攜帶上也會更加的便利，同時提供更佳的性價比。而在未來微縮技術日益進步的趨勢演進下，具備USB顯示投影功能的USB微投影機，極有可能被整合到筆記型電腦上，甚至是行動裝置如平板電腦、手機上。