今年年初，全球信用卡巨擘威士集團(VISA)加入國際IrDA組織，希望創造無卡片的支付時代，以減少現有塑膠信用卡盜刷及偽卡的事件。2000年五月份出版的尼爾遜報告顯示，目前全球塑膠信用卡發行量約20億張，若IrDA能成功切入信用卡市場，就此部份將可單為IrDA收發器市場創造至少600億新台幣的產值，至於其他系統附加產值則難以估算。

IrDA能為威士集團青睞的主要考量是IrDA傳輸速度高、穩定性好、隱密性佳及處理成本低等特性，且對距離要求並不明顯，未來內建在手機或手錶等攜帶式產品內，將正式宣告由塑膠貨幣時代轉進電子貨幣時代。現今的信用卡已存在40年，隨著科技進步，現有塑膠信用卡盜刷及偽卡日益猖獗；根據台灣聯合信用卡中心統計，1999年國內信用卡盜刷金額高達7億新台幣，且仍在成長中，而2000年預估將達20億新台幣。再加上網際網路普及，網路商務日漸成型，電子式虛擬信用卡概念因應而生，各信用卡組織亦希望藉由新技術更新現有之信用卡運作模式。近年來隨著筆記型個人電腦及其他攜帶式電子產品(諸如PDA，數位相機，掌上型電腦等)的盛行，以及多媒體世代的來臨，不僅產生龐大的電子資訊，連帶資訊的互通與傳送之需求亦因應而起，尤其是在近距離應用領域。

IrDA協會於公元1993年在美國成立，主要是整合資訊周邊紅外線傳輸裝置，目的是建立紅外線近距離無線傳輸之統一標準，並開發關聯之新技術與新市場，初期以低價位、點對點(point-to-point)及串列紅外線標準為主，其主要訴求有三，分別是低價位、近距離傳輸及移動式裝置。紅外線無線傳輸技術過去主要的用途在消費性電子產品的遙控功能(例如電視、錄放影機、汽車自動門鎖等)，近來由於移動式個人電腦及通訊裝置蓬勃發展，近距離無線傳輸將成為不可缺少的需求，目前較具規模的世界標準有屬於光電技術的IrDA以及屬於微波通訊技術的Bluetooth，而IrDA係採用紅外線無線傳輸技術，亦是第一個踏入近距離無線通訊領域的世界組織。

IrDA電子錢包基本架構

信用卡出現是為了解決偽鈔及現金攜帶之不方便性，演變至今現有信用卡之缺失大致紛為盜刷、偽卡、卡易折損、消磁、交易時間過長、驗證費時等等，均讓發卡機構不得不思考更新方案。再加上許多國家定義信用卡犯罪以民事、竊盜、偽造文書入罪，刑責過輕，無法有效阻止盜刷及偽卡的犯罪行為。另一方面網路交易亦日漸被受重視，但是目前網路電子商務較適合大額交易，要取代現有信用卡進行零售等小額交易，有下列主要之缺失：1.防止網路犯罪成本過高；2.交易成本上升(網路費用、手機通話費用)；3.交易過程複雜(使用者需鍵入使用者之信用卡基本資料)；4.無線WAP傳輸不穩，等待時間過長，經常發生斷線情形。因此無法普及，用戶較預期落後很多。台灣地區網路人口超過450萬人，行動電話開戶數1320萬戶，提供行動銀行業務及網路信用卡龐大的基本市場，但WAP全台僅2萬訂戶，網路信用卡用戶更少，此一情況即可印證。

IrDA電子錢包基本架構屬於內建式虛擬卡，附屬在手機、PDA、手錶等手持式電子產品內，且一機可建數卡，透過紅外線信號和交易機台(商家)進行電子式交易(類似北二高速公路電子收費系統)。採用IrDA紅外線無線傳輸通訊協定，盜刷防制性高，失卡零風險，且不增加交易成本，並節省交易時間(高速公路收費僅0.2秒)。威士集團加入IrDA組織，研擬各項電子交易之協定，使得IrDA電子錢包可用性大幅提高。

IrDA成立IrFM(紅外線財務訊息)專責機構，負責研究數位付款系統專案。IrFM為IrDA組織下之一特殊聯盟，主要任務是發展所謂的電子錢包的數位付款系統，訂立使用紅外線信號傳送及付款架構之標準與技術規格，主要目的是改善現有移動式(Mobile)商務交易之缺失，諸如信用卡及其他電子商務等等。IrFM在分析IrDA電子錢包之商業利益時，大致可分為三類；1.使用者(客戶)可以完成內建數位記帳，整合個人財務管理系統，在結帳過程可以快速Checkout，節省排隊時間，再者信用卡不離手，安全性大增。2.商家可以降低交易成本(交易時間減少)，減少不肖店員欺詐損失，並且提供數位收據，減少做帳時間或錯帳情形發生。3.金融機構可以減少偽卡盜刷風險，降低交易處理基礎成本。

為何選用紅外線系統？主要因素有1.低成本技術(不應因交易額外增加使用者負擔)；2.短距離、窄視角連接，資訊不易外洩，保密性良好；3.BER(誤碼率)值僅10-8，不易斷線；4.傳輸速度快，節省交易時間；5.實體只有1公分長，安裝容易；6.紅外線標準已建立且可以全球使用，可在現有之內建IrDA手持式產品上使用。IrFM應用層之規範目前仍在研擬階段，尚未公布，其可能之架構之一，如(表一)中之IrFM系統方塊圖；該系統方塊圖中自IrCOMM(含)以下之協定軟體，業者可從專業驅動軟體廠商獲得，如CounterPoint等公司。若在手持式產品中加上IrFM功能，產品必需針對不同之嵌入式平台做適當之修改。IrFM系統方塊圖中，IrCOMM以上之協定軟體，如CEP、STP以及ABBF，因標準規範尚未公布，業者無法先行投入，但根據經驗，從標準規範公布之後，約10~16個月(因不同嵌入式平台而異)，即可推出雛形機種，IrDA組織預計未來1-2年內，即可看到實驗機型問市。根據IrDA表示，另一信用卡機構MasterCard亦考慮加入，此兩大機構占全球信用卡市場80%以上，因此機會十分看好。

《表一　IrFM可能之功能方塊圖》

IrDA收發器模組

在無線傳輸或通訊應用領域，大致均按網路架構分為硬品實體層(Physical Layer)及軟體協定層(Protocol Layer)兩大部分，前者負責信號傳送與接收，後者負責雙方連接與協定。在IrDA規範中，硬品實體層又可分為通訊控制I/O Controller晶片及紅外線收發器(Transceiver)，即是通稱的IrDA模組；前者包括SuperI/O及調變解調器，屬IC數位電路技術領域，後者則屬光電轉換類比電路技術領域。IrDA自1994年制訂第一套收發器標準SIR，其傳輸速率為115.2 Kbps，到1999年最新VFIR標準，速率為16.0 Mbps，在傳輸速率部份增加了100倍以上，預計到2005年會有超過100.0 Mbps的標準頒佈，進展不可謂不快。就IrDA收發器主要組件之結構形態，可分為紅外線發光二極體、矽晶PIN二極體、特殊應用規格積體電路ASIC及模組封裝等4個項目(圖一)。調變信號先送入ASIC後，轉為突波信號驅動紅外線發光二極體，轉換成紅外線信號發射出去，對方由矽晶PIN二極體接收此紅外線信號，經ASIC轉回電子信號，再後送解調為原始數位信號，以下針對IrDA收發器模組各組件介紹其技術發展現況。

《圖一　IrDA紅外線收發器實體圖》

紅外線發光二極體

國內從事發光二極體發展已具成效，唯大部分均在於可見光領域，直到最近幾年，因光纖通訊市場吸引，始有業者進行紅外線發光二極體研製。IrDA目前因價格因素，採用傳統的850nm紅外線發光二極體為標準，該元件採用AlGaAs/GaAs系列液相磊晶成長法(LPE)技術，已經十分成熟，在FIR以前之標準，均無技術性的問題。到了VFIR同樣出現了現有技術無法滿足的情形，IR LED必需同時滿足上升及下降時間在19ns以內，發射功率最低值為100mW/sr以及省電等三項要求。

傳統LED是採用自發性放射機制(Spontaneous emission)，在速度頻寬上無法和雷射二極體之激發性放射(Stimulated emission)相比，雖然在結構上可以用單異質接面或雙異質接面來達到VFIR之要求，但要再往上發展亦碰到瓶頸，主要是發光輸出功率及上升/下降時間二者在學理上有相互抵觸，同時滿足之困難度高。在發光輸出功率方面，HP公司運用Window Layer發展出Wafer bonding技術，可以增加發光輸出功率；另有使用透明基板，或是結構設計時減少電流遮蔽效應等技術達到上述目的。最近一種新的稱為分散式布拉格反射器結構(Distributed Bragg Reflector；DBR)被提出，主要原理是採用雷射二極體反射鏡結構，只是反射率不要太高，來開發微腔發光二極體(Micro cavity LED；MCLED)，其上升/下降時間可小於1.5ns，發光功率亦可滿足IrDA規定之最低值100 mW/Sr之要求，其特性介於LED及LD之間，亦有人稱為Super LED。但製程複雜度提高，必需使用MBE或MOCVD等設備，因此成本增加不少，這是未來IrDA協會制訂新標準時是否能維持原低價位策略的考量因素。

IrDA收發器ASIC

收發器ASIC主要功能是負責驅動紅外線發光二極體，藉以發射信號，也負責接收矽晶PIN二極體所收到的紅外光信號，並轉換成數位模式，供後續調變解調電路處理。在FIR以前之規格(即傳輸速率小於4.0 Mbps)，HP公司係採用Bipolar製程來設計ASIC，主要是考量電流驅動能力及雜訊較小的好處，該公司在設計上以多層資料傳輸速率、線譯碼(Line code)及大動態範圍為主要考量，架構上採用雙通道(Dual channels)，一個是2.4K-115.2Kbps，另一是115.2K-4.0Mbps，信號再經位元轉換電路，轉為突波型態，再依不同傳輸速率以不同通道處理，這種結構在配合不同傳輸速率之信號解調時(4.0Mbps採4PPM調變，115.2Kbps採RZI調變)，較易處理。而IBM等其他公司則採用CMOS製程技術，主要是技術成熟，代工成本較低。到了VFIR規格一頒佈，HP及IBM等公司紛紛改用BiCMOS製程技術，因為BiCMOS可以兼顧到ASIC設計的主要需求，降低設計困難度。

特殊應用規格積體電路部份，除了必需滿足驅動發射IR LED之規範列，困難點仍在接收端部份(VFIR規格如(表二))。收發器功能除了將數位信號轉換成紅外線信號外，亦負責接收對方傳出之紅外線信號，並轉換成電子信號，主要功能有1.快速驅動IR LED，在規定上升時間內提供足額電流量，使得IR LED在一定時間內發出一定幅射亮度；2.偵測傳送來之紅外線信號，轉換成一位元突波(Pulse)之數位信號；3.因距離變動因素，電路必需具有高動態範圍；4.為避免紅外線信號過強，接收電路產生飽和狀態而影響到信號下降時間及靈敏度恢復時間(Latency)，造成下游信號解調錯誤，因此輸入端需有限流電路之設計；5.因應手持式應用，省電亦是設計考量之一。此外還需有對環境太陽光抗干擾在490 μW/cm2的能力。

《表二　IrDA協會頒佈之VFIR紅外線接收電路主要規格》

在應用趨勢方面，配合手持式產品大量流行，數位電子IC因製程技術漸漸縮減，電晶體耐電壓下降，整體系統電源供給逐漸向下調整，從原來的5V下降到3.3V，未來降至3.0V以下已是無法阻擋之現實。另外大哥大的大量採用，對抗EMI干擾能力等需求，使得IrDA收發器ASIC設計難度將提高。國內目前BiCMOS設計環境仍不成熟，在光電轉換特性ASIC經驗仍嫌不足，再加上IC產業與光電產業分隔明顯，合作空間過窄的問題，未來仍有相當大的發展空間，目前國內IrDA模組生產廠商均以外購方式獲得，相同情形亦發生在光纖通訊產業。

PIN光檢二極體

光檢二極體其工作機制為光子射入二極體產生電子電洞對，電子電洞在二極體中被反向偏壓形成之內建電場分離，電洞移向P級而電子移向N極，因而產生電流稱為光電流；入射光子越多則光電流越大，經轉阻放大電路(Transimpedance Amplifier)即形成電壓信號。IrDA選用矽晶PIN光檢二極體(Photodiode)當作光接收元件，它的感應波長0.8-0.9um範圍靈敏高，反應速度快，元件可靠性高且價位低廉，使用時之放大接收電路設計容易，因此被廣泛應用在光纖短距離及中距離通信系統中。

一般矽晶PIN光檢二極體可接收傳輸速率可達數佰Mbps以下，在IrDA可預見的應用中，技術上不成問題。在製作時，常見的問題是靈敏度不如預期，以加大受光面積方式因應。雖然電容值會加大，反應時間會下降，但會造成ASIC應用之困難。因此如何提高光檢二極體之靈敏度，即所謂的量子效率，是目前遇見之課題。另一種稱為APD光檢二極體(Avalanche Photodiode)靈敏度較PIN為佳，但使用時需外加高電位反向偏壓，且價位較高，對IrDA收發器而言，並不適用。

IrDA收發器封裝技術及可靠度

IrDA收發器模組如圖二所示，早期主要是用於筆記型電腦，工作電壓為5V，模組體積並不設限。但目前逐漸轉移到小體積之手持式系統，如大哥大等，均要求收發器體積越小越好，目前市場上有尺寸僅9.7mm×4.0mm×4.7mm之產品。封裝基板亦由導線架改用PCB，對IR LED、ASIC及PIN之尺寸要求相縮小，對封裝加工過程成產生內硬力(Stress)值要求更嚴。再加上工作電壓由5V降為3.3V，一些原先不會發生之信號耦合(Coupling)干擾現象，開始出現，因此降低產品良率與可靠度，間接對於系統誤碼率(BER)是否能達10-8，造成重大負擔。此一部份仍有待封裝廠繼續努力。另一散熱問題對IrDA收發器而言亦是重要課題，以IR LED而言，其光輸出功率會隨環境工作溫度之上升而呈指數性地下降，若散熱不良，IR LED的發射功率即達不到規格，容易產生斷訊情形；PIN及ASIC之可靠度亦是如此。因此模組封裝散熱設計，必需達到可靠度要求。此外，為了手持式產品戶外使用之需求，一些系統業者對環境溫度適用範圍加寬下，往往要求IrDA收發器供應商進行更嚴苛之熱沖擊(Thermal shock)及熱循環(Thermal cycle)試驗。在收發器之性能與可靠度測試約佔製造成本的10%~30%，如何降低測試成本亦是技術發展之一重點。

結語

目前近距離無線通訊最大的問題是系統共通性。在無線電部份，多家行動電話手機製造廠均可提供此一功能，例如易利信、諾基亞、摩托羅拉等，但不同廠牌手機之間還不能互傳，這是未來Bluetooth所要努力的方向。在紅外線IrDA方面，雖有共通性的標準規範，但是系統業界所開發出來的產品並沒有百分之百符合，造成不同系統互傳常產生速度過慢，或斷線情形，對使用者不甚友善。因此該協會自去年起開始推動產品IR Ready認證作業，凡是通過認證的產品即保證沒有共通性的問題。如此才能擴大到其他週邊產品之普及率，提高整體應用市場，若IrDA要進入電子貨幣市場，系統共通性仍須進一步改善。

每一項新興科技或新應用，均要經過夢想(或理想)、定型、技術開發、產品研製到上市，由市場在實用、價格、性能、替代性等考驗，還能存活始有機會走向成長的坦途。IrDA早已產品上市，接受市場各項考驗，而市場需求量亦正向持續成長，證明IrDA正走向坦途。IrDA收發器模組從早期單價5美元下降至目前低於2美元，美國及日本代工訂單紛紛轉移到台灣，2~3年內台灣將有機會成為全球IrDA收發器模組主要產區。臺灣目前信用卡擁有人數約600萬，全球擁卡人數超過20億，單一電子錢包潛在IrDA收發器模組需求量約10億顆，產值將有20億美元(600億新台幣)，另系統驅動軟體系統介面電路及產品驗證等週邊業務量亦將超過100億新台幣。國內業界是否能順利進入此一領域，拭目以待。