USB界面已广泛应用在个人电脑及许多工业和基础设施平台；但在此同时，这项规格却也衍生出USB 1.0、USB 1.1、USB 2.0、USB On-the-Go（OTG）和WirelessUSB（WUSB ）等多种版本，造成使用者经常无法确定何种USB最适合他们的应用。 USB 1.1规格出现后，微软开始提供原生作业系统支援，这两项因素不但让USB迅速获得个人电脑采用，还促使许多周边装置把序列（RS-232）、PS-2（滑鼠与键盘）和并列埠（Centronix和IEEE-1284印表机埠）等传统界面转换为这项通用的界面标准。

USB 2.0带来了高速的连结能力，而USB周边装置的快速成长更大幅改善使用者的产品使用经验。前一篇文章简要介绍了USB标准的演进过程，本文将探讨许多常见应用，并说明如何针对特定应用选择最合适的USB。

USB 1.1、USB 2.0、USB OTG或WUSB？

为了便于下述讨论，此处先简述各种USB规格。 USB 1.1、USB 2.0、USB OTG和WUSB现已成为常见名词，但许多工程师和使用者却常为此混淆。 USB 2.0是取代USB 1.1的最新版本，它是USB 1.1的超集合，提供三种资料传输速度：

USB 2.0和USB 1.1对Low-Speed​​和Full-Speed​​的定义完全相同。 USB OTG则是USB 2.0的补充规格，它定义一种全新的装置类别，可以扩大周边产品能力，使其包含部份的主机功能。 OTG装置可以使用USB 2.0提供任何一种速度。 Certified WUSB是USB标准的最新扩充规格，它所界定的一套无线界面，能把有线USB技术的速度与安全性和无线技术的方便性融为一体。

Certified WUSB利用WiMedia Alliance发展的WiMedia MB-OFDM超宽频（UWB）无线射频平台，提供高速可靠的无线连结，在3公尺内传输速度可达480Mbps，10公尺则为110Mbps。各USB版本的规格都有其优缺点，只要简单比较它们的成本、耗电和资料产出，就能确认那一种规格最适合特定的应用。

Low- Speed​​与High-Speed​​ USB

低成本与低耗电是Low-Speed​​ USB的最大优势，虽然1.5Mbps速度对收发器规格造成很大限制，却省下可观的成本与功耗。资料产出是Low-Speed​​ USB的明显弱点，尽管其位元率达到1.5Mbps，USB规格的额外处理负担却让实际资料产出不到1Mbps。 High-Speed​​ USB则是以资料产出为目标的USB标准，只不过它在提高产出的同时，也会导致成本与耗电大增。例如High-Speed​​ USB控制器的成本就高于Full-Speed​​或Low-Speed​​ USB，电路板实作成本也更加昂贵。这是因为就技术层面而言，要在480Mbps速度下维持讯号完整性会比12Mbps更困难。

Full-Speed​​ USB则在速度、成本与耗电之间取得折衷，它能填补Low-Speed​​与High-Speed​​ USB间的缺憾。

USB OTG也支援前述三种速度，故在比较不同速度的USB OTG规格时，前面的讨论同样适用。比较OTG与标准有线USB颇为有趣。 USB规格的原始用意是把大部份的控制功能放到主机，以便降低周边装置的实作成本，如此虽迫使USB采用以主机为中心的汇流排架构，但能让厂商发展出成本很低的周边装置。这种设计方式把USB控制功能的成本转移到个人电脑上，而不是让连接到汇流排的每台装置都得负担这些费用。OTG则改变了这种做法，把部份主机功能整合到标准USB周边。然而，无论周边装置增加的功能多么有限，以OTG的做法都会提高它们的成本，不仅负责整合主机功能的USB控制器晶片成本会增加，产品的其它部份也会受到影响，因为它们必须提供更多记忆体和更强大的处理能力以便支援这些主机功能。 USB OTG的一项优点是它不需要电脑，就能让USB装置分享资料，后述讨论USB应用时会详细说明此点。

Certified WUSB则很容易使用，这是胜过有线USB的最大优势。周边装置与电脑之间不再需要透过缆线传送资料，使用者也不必透过USB线路提供电源给许多周边，这些装置必须利用标准的交流电源转接器 （AC adapter） 或电池自行供电。

人机介面或输入装置

滑鼠、轨迹球、键盘、摇杆和游戏控制器都是人机界面或输入装置的应用范例，它们多半采用中断资料传输模式，由主机定时询问这些装置是否有资料提供给工作中的应用。主机通常每隔8ms就会询问滑鼠是否要传送资料，滑鼠则提供32位元资料做为回应，键盘则会在同样时间内传送64位元资料。就算是功能先进的摇杆和提供多个按键与动力回馈的游戏控制器，也只会每8ms询问一次，每次只传送6个位元组的资料。这使它们的最大资料产出约只有8kbps（0.008Mbps），远小于Low-Speed​​模式的1.5Mbps位元率。人们的打字或按键速度其实很慢，所产生的资料速率不可能超过Low-Speed​​ USB的规格速度。这表示人机界面装置的频宽需求很小，短期内不可能超过kbps范围，因此采用Low-Speed​​ USB其实有助于降低成本。

人机界面的装置其实不适合增加任何主机功能，因为主机功能需要更强大的处理能力，还会增加装置成本。换言之，人机界面装置不是Full-Speed​​ OTG装置的理想应用，但它们很适合做为OTG装置的周边设备，例如当使用者不在电脑旁时，只要透过可携式键盘就能输入资料到手机或PDA。在这类应用中，唯一要考虑的问题是能否将电流消耗控制在USB OTG规格要求的8mA以下，或者需要另接电池。

无线滑鼠与键盘已行之多年，但其设计仍采用厂商专属的无线解决方案。这类产品必须将一个无线收发器装置安装到标准USB连接埠，以便装置能够连线到个人电脑。在多数情形下，使用者不能单独购买新的滑鼠或键盘，或是把更多的无线人机界面装置连接到这套系统，除非他们替该新装置购买和安装新的收发器。想要克服这个问题，使用者可以采用符合Certified WUSB标准的周边装置。

所有Certified WUSB键盘、滑鼠或摇杆都能像标准有线USB周边一样加入系统。短期而言，这类连结仍必须透过外接式Certified WUSB收发器；但预计在几年后，Certified WUSB收发器将会整合到电脑，届时就不再需要外接收发器，如此将进一步降低周边装置的成本。目前所有采用无线解决方案的人机界面装置都需要电池，这是它们的共同缺憾，有线解决方案则能从USB连线取得所需的电源。

大量储存装置

大量储存类别（Mass Storage Class）装置包括外接式硬碟、DVD-RW、CD-RW、记忆卡读卡机、ZIP磁碟、MO机和USB随身碟。这类应用在选择USB速度时，最重要的考量是确保USB不会成为传输瓶颈。举例来说，(图一)是没有瓶颈时的USB资料传输速度，设计人员可以根据它决定目标应用需要那种USB速度。若频宽使用在理想状态 （亦即没有额外负担），设计人员就能分析在磁碟和个人电脑之间传送1GB资料所需的时间。

《图一 理想情形下传输1GB数据所需的时间》

既然现实世界不可能有理想频宽，图一的时间就必然快于实际应用所能达到的速度，这使得High-Speed​​ USB成为大量储存装置唯一合适的选择，而问题也变成：在非标准USB设计、Certified WUSB或OTG当中，何者才是大量储存应用的最佳选择？

USB随身碟本来体积就很小，又很容易透过USB连线取得所需电力，所以它们不是无线应用的理想对象。这是因为加装电池会增加成本，却不能带给使用者更多功能。让随身碟支援OTG功能或许有其道理，只不过额外增加的成本就可能会超过这项功能的价值。

对于永远连接至电脑的「固接式」储存装置，有线USB连结是较好的解决方案。由于这类储存装置的电力需求较大，使用者多半利用交流电源转接器提供电源。如果储存装置以行动或可携式应用为主，OTG或WUSB就是比较理想的选择。

行动储存装置通常都不是独立性，而是内建硬碟以提供更大储存容量的各式消费娱乐装置，例如MP3播放机、数位相机、行动电话或PDA。由于这类装置经常采用非标准的USB连接器，无线连结正是它们的最佳解决方案，利于使用者不必寻找合适的连接线即可使用，只要把装置放到桌上电脑的旁边，就能将其档案与个人电脑里的档案同步作业。 OTG是这类应用的另一种选择，它能将相机连接到印表机，或是让行动电话/PDA彼此相互连线。

数位相机

数位相机无论解析度为何（VGA超过800万画素以上），都会有某些类似的特色。目前所有相机都把相片储存在CF、SmartMedia或MediaStick等记忆卡或内建硬碟中，而且它们都需借助电池，除了要对电池充电之外，通常不会从USB线路汲取电力。此外，这些装置不需要电脑就能使用，只有在编辑影像、列印、储存或转送档案时才需与电脑相连。

数位相机使用何种储存媒介并不重要，重点是储存容量。由于容量较小的相机会消耗储存空间较快，使用者必须更频繁地储存资料；为避免使用者受到影响，数位相机必须迅速完成储存动作和清除内部的储存空间，以便使用者能继续拍摄照片；至于高容量相机的使用模式，则与前面讨论过的外接储存装置完全相同。但无论是高容量或低容量的数位相机，关键都在于确保USB连线不会成为相机传送影像资料至电脑的瓶颈，这种情形就像外接储存装置一样：资料管线越大越好！因此，High-Speed​​ USB显然是这类应用的最佳选择。至于某些注重成本且储存容量很小的相机，仍可采用Full-Speed​​ USB以便符合低成本的要求。

数位相机是OTG技术的理想应用，因为使用者不必将数位相机连接到电脑，只要至相片冲洗店的冲印机就能直接冲印相片。然而这类应用也有些问题需要考虑，譬如使用者的相机与相片冲洗店的冲印机是否都在彼此支援的目标周边装置清单上？ OTG数位相机或许能支援「冲印机」类别的USB装置，但若冲印机需要特殊驱动程式才能冲印高品质相片，就可能发生问题。

反过来说，若以冲印机做为主机，相机担任周边装置，冲印机就能支援大量储存装置，并透过个人电脑存取数位相机。厂商还能将记忆卡读卡机整合到许多相片印表机，这也会对OTG数位相机或相片印表机市场造成有利影响。

数位相机是一种可携式装置，所以要将相片下载到个人电脑以便清除相机内部的储存空间时，Certified WUSB似乎是最理想的选择。这种做法的唯一缺点是：支援WUSB功能需要额外的成本，这对注重成本的数位相机市场是项不利因素；但在另一方面，数位相机增加WUSB功能后，就不必在产品包装中附上USB连接线，甚至相机本身都不需要USB接头，这应能抵消WUSB带来的额外成本。无论如何，除非WUSB像今天的USB一样获得广泛采用，否则数位相机的USB接头仍会继续存在。

可携式媒体播放机（音讯或视讯）

可携式音讯或视讯播放机的问题取决于储存装置的种类和容量，这与数位相机的情形完全相同。可携式媒体播放机分为两大类，一种使用硬碟，一种使用记忆卡。在讨论如何将使用者的应用资料同步时，前述关于数位相机的考量同样也适用于这些装置。 High-Speed​​是除了非常低阶的产品外，真正适合所有产品的解决方案。

数位相机与可携式媒体播放机的唯一差别在于，可携式媒体播放机能将等时性（isochronous）即时资料串流至个人电脑播放，或是在OTG环境里直接送到喇叭/耳机系统。后面的讨论将会证明，除了非常高阶的次世代音讯格式外，Full-Speed​​已能满足所有串流音讯应用的要求。即时视讯串流则不是如此，它需要高达30Mbps左右的频宽，因此同样必须采用High-Speed​​ USB连线。这些装置和数位相机一样，都是OTG和WUSB应用的主要目标，只不过它的周边装置不是冲印机，而是喇叭或耳机。

行动电话/PDA

行动电话和PDA装置的使用模式很类似数位相机与可携式媒体播放机，也需要考虑储存容量的问题。这些装置的储存容量正在快速增长，因为所包含的功能越来越多，例如MP3播放机、百万画素相机或更大的通讯录资料库等。由于储存容量变大，资料同步必须使用High-Speed​​才能予以满足。行动电话和PDA就像数位相机与可携式媒体播放机一样，都是OTG的主要对象。它们是市场最先提供这项功能的产品之一，拥有WUSB的所有重要特性，将来可能不再使用外接式无线转接器，而是率先在设计中直接增加WUSB功能。

印表机

印表机就像大量储存装置一样，首先要考虑：资料产出瓶颈之可能处？除此之外，雷射印表机与喷墨印表机的资料产出要求并不相同，而且其它功能选项也会影响印表机的频宽需求，例如是否包含资料压缩功能。增加某些功能虽可降低频宽需求，但也会导致成本上升，而成本却是消费产品的关键因素。

消费者最常使用喷墨印表机，成本也是最敏感的考量。为了将成本降至最低，喷墨印表机经常把资料压缩功能转移到电脑上执行，如此使印表机与电脑之间的连接线路必须提供更大的资料产出，尤其传送彩色文件时更是如此。一般而言，未含压缩功能的印表机最多可能需要300Mbps频宽，内建资料压缩引擎的印表机虽然成本较高，却能将频宽需求减少到10Mbps左右。

在所有USB规格中，High-Speed​​ USB界面每分钟让印表机传送的页数最多，Full-Speed​​ USB的速度较慢，就算对包含压缩功能的喷墨印表机也很吃力。因此，High-Speed​​ USB是这类应用的较佳选择。尽管如此，喷墨印表机仍是非常注重成本的市场，许多印表机只会搭载Full-Speed​​ USB界面；虽然这些产品每分钟所能列印的页数较少，但仍能满足消费者的价格要求。

雷射印表机主要锁定高阶市场，对成本比较没有那么敏感，所以雷射印表机可以内建资料压缩功能，以便分担部份的处理作业。一般说来，雷射印表机每分钟所能列印的页数会超过喷墨印表机，故需透过High-Speed​​ USB的庞大频宽来满足资料传输要求。

Certified WUSB的实作成本较高，通常不会被重视成本的喷墨印表机市场接受，但雷射印表机市场就比较可能吸收这些成本。传统上，客户为了支援SOHO等小型办公室和家庭办公室应用，多半会希望雷射印表机很容易连接笔记型电脑。

把OTG功能加到任何一种印表机，都能让它们直接列印数位相机或PDA等可携式消费产品储存的图片；事实上，许多高阶印表机已开始提供小型萤幕，以便使用者直接在印表机上观看相片/文件和执行编辑。这些功能虽在印表机连接到电脑时并无助益，但对能同时做为主机和周边的OTG装置却很有用处。

个人电脑摄影机或网路摄影机

网路摄影机通常分为两大类，一种使用资料压缩，另一种传送原始资料，这两种产品都使用等时资料串流。第一种摄影机通常会以每秒30格画面（fps） 的速率提供640 x 480解析度的未压缩视讯资料，第二种摄影机比较可能以24fps的速率提供1024 x 768解析度，并且支援RGB- 24 （百万种色彩，24位元）。另外，这些装置多数都是汇流排供电。它们和喷墨印表机市场一样，销售对象都是消费大众，并且非常在意成本。图1与表2是网路摄影机在某些应用条件下传送未压缩资料的频宽需求。

《图二 网络摄影机带宽需求》

从(图二)可看出网路摄影机若未包含压缩功能，就必须使用High-Speed​​ USB连线才能满足资料传输需求！实际上，就算摄影机已压缩资料，通常仍需要30Mbps以上的产出，所以也必须采用High-Speed​​ USB连线。

在以网路摄影机做为主机的应用中，使用USB OTG没有太大意义。但网路摄影机也不能做为OTG装置的周边，因为它需要OTG主机提供超过8mA的电流，而且不要外部电源或电池的额外成本。

Certified WUSB也不适合网路摄影机，原因同样在于电源与成本。网路摄影机的平均售价仅约60～100美元，不可能为了WUSB晶片而增加5～10美元以上的成本。另外，WUSB还需要摄影机厂商提供交流电源转接器，如此既增加成本，又会破坏WUSB的最大优点–行动性

喇叭/耳机

分析喇叭的等时频宽需求时，首先要确认它们支援那些音讯格式：Dolby Digital （AC-3）、DTS Digital Surround、THX或下一代未压缩音讯？ Dolby Digital是一种5.1声道环绕音效格式，也是DVD-Video的音讯格式标准。 DTS Digital Surround是另一种5.1声道的环绕音效格式，它与Dolby Digital很类似，但彼此​​相互竞争。 THX Surround EX又称为Dolby Digital EX，主要指最新6.1声道环绕音效格式的Dolby Digital版本，它除了原有的5.1声道环绕音效格式外，还在听众后方增加1或2只喇叭。另外，还有许多使用未压缩资料的音讯格式在与Dolby Digital竞争，例如许多顶级扬声器就会使用每通道96kHz的24位元未压缩资料串流。 (表二)列出了这些音讯格式的频宽需求，其中只有下一代未压缩音讯会超出Full-Speed​​ USB的能力范围。

喇叭不应做为全功能OTG装置，它们比较适合担任OTG视讯或音乐播放机的周边，例如MP3或可携式DVD播放机。至于WUSB的主要应用对象，则是愿意增加零件用料的高阶喇叭，例如个人电脑的高阶游戏喇叭系统，以及家庭娱乐设备所使用的组合式喇叭和超重低音喇叭。普通的个人电脑喇叭（低成本喇叭通常会随着电脑或特定应用的低阶产品提供给消费者）将不会应用这项技术，因为既会提高产品价格，消费者也不愿花钱买一只音质欠佳的无线喇叭。

耳机通常仅需128kbps频宽驱动两个高品质音讯串流，因此比喇叭更容易透过Full-Speed​​ USB满足其频宽需求。耳机不需要任何主机功能，所以OTG耳机就像OTG喇叭一样没有太大意义；但是当耳机做为周边装置时，就成为无线解决方案的理想目标，例如平均售价超过199美元的高阶耳机就能利用WUSB技术连接电脑以支援VoIP等应用，或是连接到PDA和行动电话等装置。

USB的下一步？

要准确评估这个「速度需求」，首先必须了解其背后的推动力。从之前的产品讨论中可以看到两个重要趋势，一是内容越来越丰富，一是储存容量越来越大。但究竟是更丰富的内容使得储存容量需求增加，或是更大的储存容量让消费者要求更丰富​​的内容？这个问题恐怕就像鸡生蛋或蛋生鸡的争议，永远不会有定论。

数位相机市场是内容越来越丰富的一个例子。在1998年时，数位相机平均只有100万画素，2004年增为500万画素，今天则接近1000万画素。行动电话目前大都配备130万画素相机，可见的未来将增加到500万画素，而且这个趋势似乎没有减慢的迹象。

在此同时，数位相机正从光学变焦（一种庞大昂贵的机电次系统）转换到数位变焦。数位变焦需要更高的解析度，让相机使用者能够拉近（zoom in）已撷取的数位画面，同时仍维持原有的高解析度影像。无论是画素增加或从光学变焦转换到数位变焦，这两种趋势都需要储存和上传更大的影像档案。 1998年时，相机JPEG档案的平均大小为100KB，今天已增加到4MB。另外，新式数位相机还能迅速将拍摄内容传送到外接储存装置或电脑，以便释出空间让使用者继续拍摄。

内建硬碟的可携式媒体播放机也会提供更丰富的内容，例如MP3或视讯播放机。多数内容的设计都是为了方便消费者随身携带。电影正从标准画质（需要5.7GB储存空间）转移到高画质电影（25GB储存空间），许多MP3播放机也已内建40GB储存空间，最多能携带1万首MP3歌曲。

过去几十年来，储存容量的成长速度不仅比任何技术演进都要快，甚至还超越了莫尔定律（Moore’s law）。在讨论储存容量时，一定要考虑硬碟和快闪记忆体的发展趋势。 1996年的硬碟平均直径为3.5吋，转速为3600RPM，储存容量则为540MB。到了2004年，硬碟平均直径变为2.5吋，转速为9600RPM，储存容量则为160GB。另外，硬碟的体积也不断缩小，例如5GB的1英吋硬碟和4GB的0.85英吋硬碟都已出现。这些新型储存装置是以体积精巧的可携式应用为目标，像是行动电话和MP3播放机。将市场趋势和前述因素列入考虑即可发现，如果储存容量维持目前的104％年成长率（莫尔定律的两倍），那么2008年的硬碟平均（不是最大）容量预估可达2750GB ，直径为2.1英吋，转速则为1万5700RPM。快闪记忆体在1989年首次出现时，容量只有1MB。到了2004年，快闪记忆体的容量已成长到1GB。若以此趋势持续下去，2008年就会出现6.4GB的快闪记忆晶片（相当于58％的储存容量年成长率，比较接近莫尔定律）。

假设频宽效率为50％，则可以根据(图三)分析需要多快的传输速度，才能在10秒、1分钟和5分钟内在电脑与储存装置之间移动20GB资料。 5分钟是很好的参考指标，因为它是许多使用者对行动功能的最大容忍极限；事实上，多数使用者希望传输动作能在1分钟内完成。使用者很少会传送这些装置的全部内容，在这种情形下，5Gbps的传输速度似乎是未来USB提高速度时的一个很好目标。 (图四)是不同大小的影像资料在50％频宽效率下所需的传输时间。

《图三 在计算机与储存装置之间移动20GB数据所需的速度（假设带宽效率50％，所需时间分别为10秒钟、1分钟和5分钟）。》

《图四 各种影像数据大小所需的传输时间（假设带宽效率50％）》

结语

前一篇文章回顾了个人电脑周边的简单历史、通用界面需求和USB规格的演进过程，接着又介绍USB规格，以便了解它如何影响最终使用者的产品使用经验。文章最后还复习这项规格的历史，并且介绍目前常用的各种USB。

本篇则介绍许多常见应用，并且讨论各种USB版本的优缺点，以便找出最适合特定应用的USB。文章接着分析其中部份应用的未来发展，并且认为到2009年以后，市场将需要资料产出更高的USB连线。

---作者为TI德州仪器介面连结应用产品行销经理---

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