目前，IC與光電產業認知差距仍大，合作時機尚未成熟，國內業界遂先以封裝技術搶進IrDA收發器市場；再加上主要元件仍需從國外進口，不僅增加成本及貨源之負擔，而且收發器內部介面匹配無法有效掌握，造成良率改善的無形障礙。

自從1995年筆記型電腦開始使IrDA做為電腦間檔案傳送的標準介面以來，IrDA逐漸為外界所熟識，1999年手機業者亦大量跟進；到了2000年下半年個人數位助理PDA巨擘Palm公司也採用後，IrDA收發器市場不僅已經成形，而且漸入佳境。

所謂的IrDA紅外線收發器，是由一顆波長0.85～0.90微米的紅外線發光二極體，一顆矽晶P1N光檢二極體（Photodiode）及一顆特殊應用規格積體電路ASIC組合而成(圖一)，其工作機構是透過ASIC驅動紅外線發光二極體，將一串0101001等數位信號以紅外光束發射出去，接收端再由P1N光檢二極體將光信號轉換成電子信號，再送到SUPER I/O進行信號解碼與辨識，達到數位信號傳送的目的。

依性能區分，IrDA收發器主要可分為SIR---傳輸速率115.2 Kbps（位元/每秒）；FIR---傳輸速率1.152～4 Mbps；VFIR---傳輸速率16.0 Mbps；IrBus---傳輸速率75 Kbps；及AIR---傳輸速率與距離可以互相調整（上述除了IrBus有效距離可達8公尺以外均為1公尺）。

《圖一　IrDA紅外線收發器實體圖》 - BigPic:611x408

IrDA發展概況

IrDA本身是代表制訂此標準的組織---紅外線數據協會（Infrared Data Association；簡稱IrDA）。該協會於公元1993年在美國成立，創立廠商有美國HP、IBM、日本Sharp、Sony等。主要是整合資訊週邊紅外線傳輸裝置，目的是建立紅外線短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；並於次年推出IrDA 1.0版之標準，基於技術成本考量，採用波長0.85到0.9微米紅外線為媒介，傳輸速度115.2Kbps（即每秒傳送115.2K位元的資料），有效距離在1公尺以內，發射接收角度為30度，IrDA係第一個世界組織踏入短距離無線通訊領域。發展到今日，傳輸速度已推展到16.0Mbps（VFIR規範），有效距離及角度分別可達8公尺及120度（AIR規範）。

IrDA短距離無線傳輸的市場成形，其主因並非傳統通訊即個人語言溝通需求所產生，而是資訊化社會的延伸必然結果。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。

最近電子付款方式開始流行，傳統信用卡付款方法逐漸無法符合現代市場要求，主要是結帳時間太長，再加上偽卡盜刷防制能力不佳，相關業者要求改善呼聲愈來愈急切，因此信用卡巨人VISA加入IrDA組織，企圖建立無線電子付款新標準。

市場需求 逐漸上揚

2000年根據IrDA協會刊物The IrDA Bulletin報導，目前市面上已有超過1億8仟萬台內含IrDA功能之電腦資訊及週邊產品。如數位相機、行動電話、印表機、呼叫器、個人數位助理（PDA）、筆記型電腦及手提遊樂器等。在市場需求面，個人電腦有逐漸轉型為可移動式之趨勢。除了筆記型電腦外，一些掌上型電腦或是個人數位助理器的功能亦越來越強，都是提供IrDA收發器模組的未來市場。

甚至一些玩具工業，尤其是電子玩具亦開始重視IrDA技術，例如Hasbro，Radica Games等公司即用IrDA技術開發少女口信傳送機（Message Sender）。日本Casio公司更在手表上加裝IrDA收發器，使得手表可以和個人電腦及其他相關產品互傳簡易資料，例如名片、備忘錄或行程等，將手表提升成一簡易型PDA。

將來若採取IrDA為電子付款標準平台，相關功能之手持式產品加裝將更普遍，因此該協會預測仍有10倍於現在數量的IrDA收發器市場存在，即18億個。若以2000年現貨市場每個IrDA收發器平均2美元（不同規格，價格略有不同），即市場需求約36億美元；以電子產品生命期5年估算，未來市場穩定後每年產值可達6-8億美元。

成長潛力驚人

根據IrDA協會2000年資料顯示(圖二)，IrDA收發器按市場用途別區分，手機接近1億單位為最高，電腦與週邊佔4千萬單位，PDA則約1300萬單位，整體收發器模組規模可達1億6000萬單位(圖三)，產值約3.2億美元；到2003年可達8.0億美元以上，成長率約60％，均較1998年知名市場預測公司Strategies Unlimited之數字，高出許多。

《圖二　裝有IrDA功能PC及手機市場資料》

《圖三　裝有IrDA功能產品市場資料》

目前在市場佔有率方面，仍以美國Hewlett-Packard最占優勢，早期1997年可達44.5％，後來雖然競爭廠商增加，但全球佔有率仍可超過30％。IBM公司雖也看好此一市場，但全球佔有率一直無法有效增長，始終無法突破一成，因此在1999年底宣佈退出IrDA市場，此舉也使得原來IrDA收發器一直存在的HP及IBM兩種介面標準版本，得以統一，對應用市場而言利多於弊。

在歐洲方面，西門子及Vishay/Telefunken等公司亦積極開拓此一市場，整體歐洲產值市場佔有率約三成。日本方面，一些大廠如Stanley、NEC、Rohm及Sharp等均有推出IrDA收發器，但產值佔全球市場僅一成。台灣地區一些光電業者亦看好此一產品之潛力，積極投入產品研製，例如光寶電子、億光電子、東貝光電、百成行等公司，但其中之特殊應用規格ASIC始終無法掌握，自主性較低。

也因發展自有品牌困難較大，因此光寶電子及百成行等均走代工路線，前者先和IBM合作，IBM退出後轉向和安捷倫（原Hewlett-Packard公司零組件部門）合作；後者主要合作對象則是美國ZiLOG公司。至於億光電子、東貝光電則仍以自有品牌為主。

台灣業者成立IrDA產業聯盟

台灣目前是全球個人電腦及其相關週邊產品的主要生產國之一，未來亦十分有機會成為手機的生產重鎮，自不應在此一商機中缺席。然而國內產業環境分工細微，半導體、光電、軟體及電子週邊產業橫向聯繫不足，再加上國內產值全球占有率在一成以下，未來仍有相當大的成長空間。

為了要有效切入IrDA產業版圖，「紅外光無線傳訊產業聯盟」（簡稱IrDA產業聯盟）即是在此一背景下由相關有心人士促成。希望能在技術整合及橫向支援方面，扮演協助角色，促進不同領域業界相互合作，縮短切入時間。該聯盟已於89年十月二十八日於台北國際會議中心，正式成立。會員計有大同、億光、光寶、東貝及智群等十餘家光電、電子產業加入。

該聯盟表示，紅外光無線傳訊技術，在國內屬新興項目，產業界仍較陌生。為了有效整合國內學術界及研究單位之研發能量，加速產業切入時程，因此初期亦開放研院單位及學術單位參加，中山科學院、清大、台科大、暨大及中原大學等以單位或教授個人身份參加，希望能為產業界盡一份力。

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、錄放影機或音響等）。近來由於移動式個人電腦及通訊裝置蓬勃發展，短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。

國內外大廠發展情形

HP是最早發展紅外線無線傳輸技術的公司，1979年就在其口袋型計算器HP41-C上加裝紅外線列表機介面，到了1992年HP開始提供115.2 Kbps的紅外線串聯通訊介面（HP-SIR）。1993年IrDA成立並採用HP-SIR作為實體層的標準，最初IrDA有40個會員，現在的會員已超過130個，其中包括硬體製造廠、軟體、週邊設備以及零件廠如NS、Apple、Compaq、IBM、HP、Microsoft、Sharp、Sony及美國的北方電信公司等。我國如能掌握此一技術將更擴大資訊產業的經濟規模。

至於藍芽技術（Bluetooth）則屬後起之秀，挾其可以結合RF無線電技術平台之優勢，再加上參與者眾，未來前景亦不可輕視；唯其成本是否為市場接受，將是主要變數，預料未來仍有一段奮鬥時期。

國內近年來個人電腦及其相關週邊產品，產值穩健成長，多項產品占有率更是全球排名第一，例如主機板，掃瞄器，鍵盤及滑鼠等等。個人電腦及筆記型電腦出貨量亦十分龐大，單就筆記型電腦即有97％以上將IrDA列為標準配備，對IrDA模組業者而言，國內市場即是主要市場，有利國內業界進入此一領域。

由於預估紅外線無線傳輸未來有龐大的市場，因此世界各大相關廠商莫不競相投入研發。國內目前相關的產品以其類別分析如下：

◆軟體部分：目前只有智群科技及中山科學院投入數位影像資料傳輸的IrTran-p應用程式，未來將發展IR LAN Access以及無線電子錢包之工作平台。

◆硬體部分：先前有華邦、聯華及華隆微投入開發通訊控制I/O Controller，這一兩年億光電子、光寶電子、東貝光電、百成行等廠商投入紅外線無線傳輸收發器之技術開發。光磊科技，鼎元光電均生產IrDA FIR（4.0Mbps）用途之PIN及IR LED元件。興光光電則與德國合作，從事IR LED磊晶片研製，目標放在高價位之VFIR產品。另智群科技亦投入IrDA測試技術業務，並有大量系統業者看好IrDA所帶來之附加價值，準備使用的紅外線無線傳輸功能，提升其產品之競爭力，總產值十分龐大，IrDA功能之附加市場仍備受期待。

產品技術現況

國內外技術水準

IrDA收發器之技術大致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及模組封裝等四個項目。就目前VFIR的規格(表一)而言，IR LED主要性能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AlGaAs用液相磊晶法（LPE）技術，已難達到上述要求，新技術陸續被提出，經筆者綜整如(表二)所列。國外在開發此一技術多以光纖通訊為主，技術成熟。而IrDA收發器所需高傳速，大功率之IR LED在16 Mbps以上之規格，其製程複雜性與成本將遠高於傳統型之產品。

《表一　IrDA協會頒布之VFIR紅外線收發器硬體主要規格》 - BigPic:648x328

《表二　IR LED新結構與製程技術比較一覽表》 - BigPic:675x327

其次在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。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，偵檢並轉換成電子信號，主要性能如下：

◆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。

◆偵測傳送來之紅外線信號，轉換成一位元突波之數位信號。

◆因距離變動因素，電路必需具有高動態範圍。

◆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，造成下游信號解調錯誤，輸入端需有限流電路之設計。

◆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490μW/cm2的能力。

國外目前成熟的產品中，HP公司早期採用Bipolar製程設計，IBM及Telefunken等公司採用CMOS製程技術。各有其優劣點。前者有高電流驅動及低雜訊量之先天優勢，設計困難度低，但有高耗電及高製造成本等缺點。後者之優缺則和前者相反。以FIR之標準而言，兩造技術均可達成規格之要求。若考量將來傳輸速度加快的情勢下，綜合兩者優點之BiCMOS製程會有較大發展空間。唯國內BiCMOS環境仍處於盟芽階段，各項技術與支援較不足。綜觀之，國內發展仍將以CMOS為主。

國內相關投資計畫

我國光電產業將由傳統之低價位零件層級，逐漸提升到模組，次系統等附加價值高之層級，在波長部份亦由從可見光向紅外光轉移之趨勢。而IrDA紅外線收發器正好是可以同時滿足這兩點之階段性載具，提供了多數欲提升技術層次的光電業者一條明確之途。光寶、億光、福華及東貝等公司係以模組封裝為切入點，迄今之投資額均在新台幣仟萬以上。

在ASIC部份，國內沛亨半導體公司早期有投入相關技術開發，1999年瑞昱半導體公司亦評估投入之可行性，2000年聚積科技等新興成立之IC設計公司亦有意研製相關產品，並為未來更高頻率之光纖通信模組鋪路。新竹科學園區智群科技是由旅美學人葉克敏博士回國成立之IrDA專業公司，主要是以IrDA各式轉接器（Adapter）及系統應用軟體程式與測試等業務。

尤其是IrDA協會自2000年開始，為避免系統雙方傳遞發生無法傳輸或中斷等現象，大力推動產品認證制度，對測試之業務量將明顯增加。另經濟部委託中山科學院材料暨光電研究所執行之紅外線無線傳輸專案計畫，主要即是以IrDA短距離無線傳輸為主要載具，在研發項目部份係配合國內業界之需求，及彌補業界研發之缺口。主要有IrDA收發器光電轉換特性測試，ASIC設計及系統介面與應用軟體開發等，2000年以VFIR為研製目標，2001年將從事64.0 Mbps甚至100.0 Mbps之技術方向前進。

技術發展趨勢

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138倍，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，可分為下列幾種，探討其未來技術走向。

IrDA收發器ASIC

IrDA收發器ASIC架構，主要由具有帶通濾波特性之前處理器、中級放大器、史密特觸發電路（Schmitt Trigger）及傳送電路（Transmitter）所組成。收發器功能除了將數位信號轉換成紅外線信號外，並負責接收對方傳出之紅外線信號，偵檢並轉換成電子信號。

前處理器乃IrDA收發器之第一級訊號處理電路，其主要功能為將光二極體所產生電流轉換成適當範圍內之訊號，並消除因背景光源及光二極體本身所產生之雜訊。根據IrDA的介面傳輸標準，光二極體所產生之電流由幾百奈安培（nA），到幾十毫安培（mA），為處理如此劇烈變動之輸入訊號，前處理器必須具有相當大之動態操作範圍。

另光二極體之特性隨其偏壓不同而產生變化，為確保前處理器正常工作，前處理器必須提供光二極體適當之逆相偏壓；光二極體的雜訊來源可分為背景光源及光二極體本身，當光訊號很微弱時，光二極體之訊號與雜訊比很小，會造成IrDA接收器嚴重的辨識錯誤，要如何消除這些雜訊是前處理器的重要功能之一。

第二級中級放大器之功能，是將前處理器送出之電流訊號放大至史密特觸發電路所能接受之電壓訊號。基本上，前處理器之輸出電流最小約為數百奈安培，而史密特觸發電路的最小輸入電壓則為數十毫伏特，因此中級放大器必須具有相當高之轉換電阻。

IrDA收發器的第三級相當於類比訊號與數位訊號的分界點，為了使輸出訊號不受輸入類比訊號之雜訊影響，一般利用具有磁滯（Hystersis）效應的比較器架構，將前一級的放大訊號作比較，以得到正確的數位訊號。可調互補式金氧半元件（CMOS Adjustable）史密特觸發電路的好處在於低耗功率及所佔晶元面積小。因為是CMOS架構，所以沒有靜電流靜態電流，對IrDA收發器的應用非常重要。另一個優點是其臨界工作點可利用不同偏壓而產生變動，因此可利用外接元件調整偏壓以變動IrDA收發器的接收靈敏度。

IrDA收發器的傳送電路部分主要是為了推動紅外線發光二極體，其主要的特性是具有大電容及需大電流驅動，(表三)是一顆高速紅外線發光二極體（TSHF5400）的基本特性。

由上表可以發現，傳送電路部分必須能夠驅動約200pF的電容及可提供1安培以上之電流。對先天電流供應能力弱的CMOS製程而言，在設計時，

《表三　高速紅外線LED TSHF5400之基本特性》 - BigPic:676x255

在FIR以前之規格（即傳輸速率小於4.0 Mbps），HP公司系採用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。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，各公司紛紛改用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。同時在FIR改版之際亦使用BiCMOS製程產品，取代原先舊產品。因此未來在此一部份將是BiCMOS的天下，但是CMOS製程技術發展迅速，挾其成本優勢，仍有存在空間。

紅外線發光二極體

IrDA選用傳統的850-900nm波段，主要是其發光二極體係採用AlGaAs/GaAs系列液相磊晶成長法（LPE）技術，已經十分成熟，而且價格低廉。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，主要是傳統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。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。

但因其製程複雜度提高，必需使用MBE或MOCVD等設備，因此成本增加不少。另IrLED技術發展部分，多家公司投入更快速元件研製，頗見成效。2000年IrDA第四季會員大會中Stanley公司展示55、70、100甚至600Mhz工作頻率之高速產品，已超越目前IrDA實體層規格，可以應用到IEEE1394無線上網之要求。

PIN光檢二極體

PIN光檢二極體的靈敏高，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，因此被廣泛應用在短距離及中距離通信系統中。在光纖通信中，亦有使用PIN二極體當作光接收元件，在IrDA中亦採用之。一般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。

國內在製作時，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，影響到反應時間，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，並不合適。

IrDA接收器封裝技術及可靠度

早期IrDA收發器主要是用於筆記型電腦，工作電壓為5V，體積並不設限，封裝上採用導線架加工。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6.8mm×2.8mm×2.2mm之產品，封裝基板亦改用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2.4V，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；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。此外配合手持式市場，環境溫度規格為-25到+85℃，對業者而言是另一課題。

結語

IrDA紅外線收發器在技術項目上，和多數系統使用之光收發模組（例如光纖通訊及紅外線保全等系統）在本體上是相同的，只是因應用環境不同在規格上稍有差異罷了。早期紅外線應用大多以軍事用途為主，相關資料不易取得。美蘇冷戰結束後，國防市場開始萎縮，紅外線技術始大量流向商用市場，相關製造成本大幅下降。

最近其他網路通訊標準，亦開始加上紅外線收發器做為室內、近距離Network Access端子；最有名的都會區網路標準ANSI/IEEE 802.11在1999年已增加2個紅外線收發器實體層規範，另IEEE 1394亦將於2001年增訂相關紅外線收發器規範；因此在成本優勢下，可以預期未來紅外線收發器的應用將趨普及。在國內以代工及零組件為主的產業結構下，需要跨產業合作機制下，始能有效切入此一領域。

但目前而言，IC產業與光電產業認知差距仍大，合作時機仍不成熟，這就是為什麼國內業界首先以封裝技術進入IrDA收發器市場的背景。再加上主要元件未能由國內供應，仍需從國外進口，不僅增加成本及貨源之不穩定性，而且收發器內部介面匹配無法有效掌握，造成良率改善的無形障礙。

相同的情形亦見於光纖通訊主動元件收發模組產業。IrDA產業主要的附加價值是在於新產品之開發，諸如前述之手機、數位相機、多功能手表及智慧型玩具等，均利用IrDA功能來增加其產品競爭力，其產值將是IrDA收發器之數倍到數十倍。在此一領域之技術，如IrDA規範（Protocol），各式驅動軟體（Driver）及和系統整合之介面電路設計等等，仍待業界投入。

此外，Bluetooth之強勢競爭，IrDA如何走出本身的特色，例如傳輸速度高、保密性佳，成本低等優勢，始能擴展生存空間。IrDA收發器模組方面，價格從早期的5美元降到目前低於2美元，國外大廠紛紛尋求台灣代工，國內相關產業商機已然浮現，未來2～3年內，臺灣有機會成為主要供應地，初步估計年產值約40億新台幣。

目前IrDA標準規範傳輸速率僅16Mbps，距該協會最終目標「大於100 Mbps」，仍有一段距離。國內現在開始引進，正逢其時。否則一旦國外技術進展到100 Mbps以上，再談切入恐怕時機晚矣！