今年年初，全球信用卡巨擘威士集团(VISA)加入国际IrDA组织，希望创造无卡片的支付时代，以减少现有塑胶信用卡盗刷及伪卡的事件。 2000年五月份出版的尼尔逊报告显示，目前全球塑胶信用卡发行量约20亿张，若IrDA能成功切入信用卡市场，就此部份将可单为IrDA收发器市场创造至少600亿新台币的产值，至于其他系统附加产值则难以估算。

IrDA能为威士集团青睐的主要考量是IrDA传输速度高、稳定性好、隐密性佳及处理成本低等特性，且对距离要求并不明显，未来内建在手机或手表等携带式产品内，将正式宣告由塑胶货币时代转进电子货币时代。现今的信用卡已存在40年，随着科技进步，现有塑胶信用卡盗刷及伪卡日益猖獗；根据台湾联合信用卡中心统计，1999年国内信用卡盗刷金额高达7亿新台币，且仍在成长中，而2000年预估将达20亿新台币。再加上网际网路普及​​，网路商务日渐成型，电子式虚拟信用卡概念因应而生，各信用卡组织亦希望藉由新技术更新现有之信用卡运作模式。近年来随着笔记型个人电脑及其他携带式电子产品(诸如PDA，数位相机，掌上型电脑等)的盛行，以及多媒体世代的来临，不仅产生庞大的电子资讯，连带资讯的互通与传送之需求亦因应而起，尤其是在近距离应用领域。

IrDA协会于公元1993年在美国成立，主要是整合资讯周边红外线传输装置，目的是建立红外线近距离无线传输之统一标准，并开发关联之新技术与新市场，初期以低价位、点对点(point -to-point)及串列红外线标准为主，其主要诉求有三，分别是低价位、近距离传输及移动式装置。红外线无线传输技术过去主要的用途在消费性电子产品的遥控功能(例如电视、录放影机、汽车自动门锁等)，近来由于移动式个人电脑及通讯装置蓬勃发展，近距离无线传输将成为不可缺少的需求，目前较具规模的世界标准有属于光电技术的IrDA以及属于微波通讯技术的Bluetooth，而IrDA系采用红外线无线传输技术，亦是第一个踏入近距离无线通讯领域的世界组织。

IrDA电子钱包基本架构

信用卡出现是为了解决伪钞及现金携带之不方便性，演变至今现有信用卡之缺失大致纷为盗刷、伪卡、卡易折损、消磁、交易时间过长、验证费时等等，均让发卡机构不得不思考更新方案。再加上许多国家定义信用卡犯罪以民事、窃盗、伪造文书入罪，刑责过轻，无法有效阻止盗刷及伪卡的犯罪行为。另一方面网路交易亦日渐被受重视，但是目前网路电子商务较适合大额交易，要取代现有信用卡进行零售等小额交易，有下列​​主要之缺失：1.防止网路犯罪成本过高； 2.交易成本上升(网路费用、手机通话费用)；3.交易过程复杂(使用者需键入使用者之信用卡基本资料)；4.无线WAP传输不稳，等待时间过长，经常发生断线情形。因此无法普及，用户较预期落后很多。台湾地区网路人口超过450万人，行动电话开户数1320万户，提供行动银行业务及网路信用卡庞大的基本市场，但WAP全台仅2万订户，网路信用卡用户更少，此一情况即可印证。

IrDA电子钱包基本架构属于内建式虚拟卡，附属在手机、PDA、手表等手持式电子产品内，且一机可建数卡，透过红外线信号和交易机台(商家)进行电子式交易(类似北二高速公路电子收费系统)。采用IrDA红外线无线传输通讯协定，盗刷防制性高，失卡零风险，且不增加交易成本，并节省交易时间(高速公路收费仅0.2秒)。威士集团加入IrDA组织，研拟各项电子交易之协定，使得IrDA电子钱包可用性大幅提高。

IrDA成立IrFM(红外线财务讯息)专责机构，负责研究数位付款系统专案。 IrFM为IrDA组织下之一特殊联盟，主要任务是发展所谓的电子钱包的数位付款系统，订立使用红外线信号传送及付款架构之标准与技术规格，主要目的是改善现有移动式(Mobile)商务交易之缺失，诸如信用卡及其他电子商务等等。IrFM在分析IrDA电子钱包之商业利益时，大致可分为三类；1.使用者(客户)可以完成内建数位记帐，整合个人财务管理系统，在结帐过程可以快速Checkout，节省排队时间，再者信用卡不离手，安全性大增。 2.商家可以降低交易成本(交易时间减少)，减少不肖店员欺诈损失，并且提供数位收据，减少做帐时间或错帐情形发生。 3.金融机构可以减少伪卡盗刷风险，降低交易处理基础成本。

为何选用红外线系统？主要因素有1.低成本技术(不应因交易额外增加使用者负担)；2.短距离、窄视角连接，资讯不易外泄，保密性良好；3.BER(误码率)值仅10- 8，不易断线；4.传输速度快，节省交易时间；5.实体只有1公分长，安装容易；6.红外线标准已建立且可以全球使用，可在现有之内建IrDA手持式产品上使用。IrFM应用层之规范目前仍在研拟阶段，尚未公布，其可能之架构之一，如(表一)中之IrFM系统方块图；该系统方块图中自IrCOMM(含)以下之协定软体，业者可从专业驱动软体厂商获得，如CounterPoint等公司。若在手持式产品中加上IrFM功能，产品必需针对不同之嵌入式平台做适当之修改。IrFM系统方块图中，IrCOMM以上之协定软体，如CEP、STP以及ABBF，因标准规范尚未公布，业者无法先行投入，但根据经验，从标准规范公布之后，约10~16个月(因不同嵌入式平台而异)，即可推出雏形机种，IrDA组织预计未来1-2年内，即可看到实验机型问市。根据IrDA表示，另一信用卡机构MasterCard亦考虑加入，此两大机构占全球信用卡市场80%以上，因此机会十分看好。

《表一 IrFM可能之功能方块图》

IrDA收发器模组

在无线传输或通讯应用领域，大致均按网路架构分为硬品实体层(Physical Layer)及软体协定层(Protocol Layer)两大部分，前者负责信号传送与接收，后者负责双方连接与协定。在IrDA规范中，硬品实体层又可分为通讯控制I/O Controller晶片及红外线收发器(Transceiver)，即是通称的IrDA模组；前者包括SuperI/O及调变解调器，属IC数位电路技术领域，后者则属光电转换类比电路技术领域。IrDA自1994年制订第一套收发器标准SIR，其传输速率为115.2 Kbps，到1999年最新VFIR标准，速率为16.0 Mbps，在传输速率部份增加了100倍以上，预计到2005年会有超过100.0 Mbps的标准颁布，进展不可谓不快。就IrDA收发器主要组件之结构形态，可分为红外线发光二极体、矽晶PIN二极体、特殊应用规格积体电路ASIC及模组封装等4个项目(图一)。调变信号先送入ASIC后，转为突波信号驱动红外线发光二极体，转换成红外线信号发射出去，对方由矽晶PIN二极体接收此红外线信号，经ASIC转回电子信号，再后送解调为原始数位信号，以下针对IrDA收发器模组各组件介绍其技术发展现况。

《图一 IrDA红外线收发器实体图》

红外线发光二极体

国内从事发光二极体发展已具成效，唯大部分均在于可见光领域，直到最近几年，因光纤通讯市场吸引，始有业者进行红外线发光二极体研制。 IrDA目前因价格因素，采用传统的850nm红外线发光二极体为标准，该元件采用AlGaAs/GaAs系列液相磊晶成长法(LPE)技术，已经十分成熟，在FIR以前之标准，均无技术性的问题。到了VFIR同样出现了现有技术无法满足的情形，IR LED必需同时满足上升及下降时间在19ns以内，发射功率最低值为100mW/sr以及省电等三项要求。

传统LED是采用自发性放射机制(Spontaneous emission)，在速度频宽上无法和雷射二极体之激发性放射(Stimulated emission)相比，虽然在结构上可以用单异质接面或双异质接面来达到VFIR之要求，但要再往上发展​​亦碰到瓶颈，主要是发光输出功率及上升/下降时间二者在学理上有相互抵触，同时满足之困难度高。在发光输出功率方面，HP公司运用Window Layer发展出Wafer bonding技术，可以增加发光输出功率；另有使用透明基板，或是结构设计时减少电流遮蔽效应等技术达到上述目的。最近一种新的称为分散式布拉格反射器结构(Distributed Bragg Reflector；DBR)被提出，主要原理是采用雷射二极体反射镜结构，只是反射率不要太高，来开发微腔发光二极体(Micro cavity LED；MCLED)，其上升/下降时间可小于1.5ns，发光功率亦可满足IrDA规定之最低值100 mW/Sr之要求，其特性介于LED及LD之间，亦有人称为Super LED。但制程复杂度提高，必需使用MBE或MOCVD等设备，因此成本增加不少，这是未来IrDA协会制订新标准时是否能维持原低价位策略的考量因素。

IrDA收发器ASIC

收发器ASIC主要功能是负责驱动红外线发光二极体，借以发射信号，也负责接收矽晶PIN二极体所收到的红外光信号，并转换成数位模式，供后续调变解调电路处理。在FIR以前之规格(即传输速率小于4.0 Mbps)，HP公司系采用Bipolar制程来设计ASIC，主要是考量电流驱动能力及杂讯较小的好处，该公司在设计上以多层资料传输速率、线译码(Line code)及大动态范围为主要考量，架构上采用双通道(Dual channels)，一个是2.4K-115.2Kbps，另一是115.2K-4.0Mbps，信号再经位元转换电路，转为突波型态，再依不同传输速率以不同通道处理，这种结构在配合不同传输速率之信号解调时(4.0Mbps采4PPM调变，115.2Kbps采RZI调变)，较易处理。而IBM等其他公司则采用CMOS制程技术，主要是技术成熟，代工成本较低。到了VFIR规格一颁布，HP及IBM等公司纷纷改用BiCMOS制程技术，因为BiCMOS可以兼顾到ASIC设计的主要需求，降低设计困难度。

特殊应用规格积体电路部份，除了必需满足驱动发射IR LED之规范列，困难点仍在接收端部份(VFIR规格如(表二))。收发器功能除了将数位信号转换成红外线信号外，亦负责接收对方传出之红外线信号，并转换成电子信号，主要功能有1.快速驱动IR LED，在规定上升时间内提供足额电流量，使得IR LED在一定时间内发出一定幅射亮度；2.侦测传送来之红外线信号，转换成一位元突波(Pulse)之数位信号；3.因距离变动因素，电路必需具有高动态范围；4.为避免红外线信号过强，接收电路产生饱和状态而影响到信号下降时间及灵敏度恢复时间(Latency)，造成下游信号解调错误，因此输入端需有限流电路之设计；5.因应手持式应用，省电亦是设计考量之一。此外还需有对环境太阳光抗干扰在490 μW/cm2的能力。

《表二 IrDA协会颁布之VFIR红外线接收电路主要规格》

在应用趋势方面，配合手持式产品大量流行，数位电子IC因制程技术渐渐缩减，电晶体耐电压下降，整体系统电源供给逐渐向下调整，从原来的5V下降到3.3V，未来降至3.0V以下已是无法阻挡之现实。另外大哥大的大量采用，对抗EMI干扰能力等需求，使得IrDA收发器ASIC设计难度将提高。国内目前BiCMOS设计环境仍不成熟，在光电转换特性ASIC经验仍嫌不足，再加上IC产业与光电产业分隔明显，合作空间过窄的问题，未来仍有相当大的发展空间，目前国内IrDA模组生产厂商均以外购方式获得，相同情形亦发生在光纤通讯产业。

PIN光检二极体

光检二极体其工作机制为光子射入二极体产生电子电洞对，电子电洞在二极体中被反向偏压形成之内建电场分离，电洞移向P级而电子移向N极，因而产生电流称为光电流；入射光子越多则光电流越大，经转阻放大电路(Transimpedance Amplifier)​​即形成电压信号。IrDA选用矽晶PIN光检二极体(Photodiode)当作光接收元件，它的感应波长0.8-0.9um范围灵敏高，反应速度快，元件可靠性高且价位低廉，使用时之放大接收电路设计容易，因此被广泛应用在光纤短距离及中距离通信系统中。

一般矽晶PIN光检二极体可接收传输速率可达数佰Mbps以下，在IrDA可预见的应用中，技术上不成问题。在制作时，常见的问题是灵敏度不如预期，以加大受光面积方式因应。虽然电容值会加大，反应时间会下降，但会造成ASIC应用之困难。因此如何提高光检二极体之灵敏度，即所谓的量子效率，是目前遇见之课题。另一种称为APD光检二极体(Avalanche Photodiode)灵敏度较PIN为佳，但使用时需外加高电位反向偏压，且价位较高，对IrDA收发器而言，并不适用。

IrDA收发器封装技术及可靠度

IrDA收发器模组如图二所示，早期主要是用于笔记型电脑，工作电压为5V，模组体积并不设限。但目前逐渐转移到小体积之手持式系统，如大哥大等，均要求收发器体积越小越好，目前市场上有尺寸仅9.7mm×4.0mm×4.7mm之产品。封装基板亦由导线架改用PCB，对IR LED、ASIC及PIN之尺寸要求相缩小，对封装加工过程成产生内硬力(Stress)值要求更严。再加上工作电压由5V降为3.3V，一些原先不会发生之信号耦合(Coupling)干扰现象，开始出现，因此降低产品良率与可靠度，间接对于系统误码率(BER)是否能达10-8，造成重大负担。此一部份仍有待封装厂继续努力。另一散热问题对IrDA收发器而言亦是重要课题，以IR LED而言，其光输出功率会随环境工作温度之上升而呈指数性地下降，若散热不良，IR LED的发射功率即达不到规格，容易产生断讯情形；PIN及ASIC之可靠度亦是如此。因此模组封装散热设计，必需达到可靠度要求。此外，为了手持式产品户外使用之需求，一些系统业者对环境温度适用范围加宽下，往往要求IrDA收发器供应商进行更严苛之热冲击(Thermal shock)及热循环(Thermal cycle)试验。在收发器之性能与可靠度测试约占制造成本的10%~30%，如何降低测试成本亦是技术发展之一重点。

结语

目前近距离无线通讯最大的问题是系统共通性。在无线电部份，多家行动电话手机制造厂均可提供此一功能，例如易利信、诺基亚、摩托罗拉等，但不同厂牌手机之间还不能互传，这是未来Bluetooth所要努力的方向。在红外线IrDA方面，虽有共通性的标准规范，但是系统业界所开发出来的产品并没有百分之百符合，造成不同系统互传常产生速度过慢，或断线情形，对使用者不甚友善。因此该协会自去年起开始推动产品IR Ready认证作业，凡是通过认证的产品即保证没有共通性的问题。如此才能扩大到其他周边产品之普及率，提高整体应用市场，若IrDA要进入电子货币市场，系统共通性仍须进一步改善。

每一项新兴科技或新应用，均要经过梦想(或理想)、定型、技术开发、产品研制到上市，由市场在实用、价格、性能、替代性等考验，还能存活始有机会走向成长的坦途。 IrDA早已产品上市，接受市场各项考验，而市场需求量亦正向持续成长，证明IrDA正走向坦途。 IrDA收发器模组从早期单价5美元下降至目前低于2美元，美国及日本代工订单纷纷转移到台湾，2~3年内台湾将有机会成为全球IrDA收发器模组主要产区。台湾目前信用卡拥有人数约600万，全球拥卡人数超过20亿，单一电子钱包潜在IrDA收发器模组需求量约10亿颗，产值将有20亿美元(600亿新台币)，另系统驱动软体系统介面电路及产品验证等周边业务量亦将超过100亿新台币。国内业界是否能顺利进入此一领域，拭目以待。