目前，IC与光电产业认知差距仍大，合作时机尚未成熟，国内业界遂先以封装技术抢进IrDA收发器市场；再加上主要元件仍需从国外进口，不仅增加成本及货源之负担，而且收发器内部介面匹配无法有效掌握，造成良率改善的无形障碍。

自从1995年笔记型电脑开始使IrDA做为电脑间档案传送的标准介面以来，IrDA逐渐为外界所熟识，1999年手机业者亦大量跟进；到了2000年下半年个人数位助理PDA巨擘Palm公司也采用后，IrDA收发器市场不仅已经成形，而且渐入佳境。

所谓的IrDA红外线收发器，是由一颗波长0.85～0.90微米的红外线发光二极体，一颗矽晶P1N光检二极体（Photodiode）及一颗特殊应用规格积体电路ASIC组合而成(图一)，其工作机构是透过ASIC驱动红外线发光二极体，将一串0101001等数位信号以红外光束发射出去，接收端再由P1N光检二极体将光信号转换成电子信号，再送到SUPER I/O进行信号解码与辨识，达到数位信号传送的目的。

依性能区分，IrDA收发器主要可分为SIR---传输速率115.2 Kbps（位元/每秒）；FIR---传输速率1.152～4 Mbps；VFIR---传输速率16.0 Mbps；IrBus-- -传输速率75 Kbps；及AIR---传输速率与距离可以互相调整（上述除了IrBus有效距离可达8公尺以外均为1公尺）。

《图一 IrDA红外线收发器实体图》 - BigPic:611x408

IrDA发展概况

IrDA本身是代表制订此标准的组织---红外​​线数据协会（Infrared Data Association；简称IrDA）。该协会于公元1993年在美国成立，创立厂商有美国HP、IBM、日本Sharp、Sony等。主要是整合资讯周边红外线传输装置，目的是建立红外线短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；并于次年推出IrDA 1.0版之标准，基于技术成本考量，采用波长0.85到0.9微米红外线为媒介，传输速度115.2Kbps（即每秒传送115.2K位元的资料），有效距离在1公尺以内，发射接收角度为30度，IrDA系第一个世界组织踏入短距离无线通讯领域。发展到今日，传输速度已推展到16.0Mbps（VFIR规范），有效距离及角度分别可达8公尺及120度（AIR规范）。

IrDA短距离无线传输的市场成形，其主因并非传统通讯即个人语言沟通需求所产生，而是资讯化社会的延伸必然结果。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。

最近电子付款方式开始流行，传统信用卡付款方法逐渐无法符合现代市场要求，主要是结帐时间太长，再加上伪卡盗刷防制能力不佳，相关业者要求改善呼声愈来愈急切，因此信用卡巨人VISA加入IrDA组织，企图建立无线电子付款新标准。

市场需求 逐渐上扬

2000年根据IrDA协会刊物The IrDA Bulletin报导，目前市面上已有超过1亿8仟万台内含IrDA功能之电脑资讯及周边产品。如数位相机、行动电话、印表机、呼叫器、个人数位助理（PDA）、笔记型电脑及手提游乐器等。在市场需求面，个人电脑有逐渐转型为可移动式之趋势。除了笔记型电脑外，一些掌上型电脑或是个人数位助理器的功能亦越来越强，都是提供IrDA收发器模组的未来市场。

甚至一些玩具工业，尤其是电子玩具亦开始重视IrDA技术，例如Hasbro，Radica Games等公司即用IrDA技术开发少女口信传送机（Message Sender）。日本Casio公司更在手表上加装IrDA收发器，使得手表可以和个人电脑及其他相关产品互传简易资料，例如名片、备忘录或行程等，将手表提升成一简易型PDA。

将来若采取IrDA为电子付款标准平台，相关功能之手持式产品加装将更普遍，因此该协会预测仍有10倍于现在数量的IrDA收发器市场存在，即18亿个。若以2000年现​​货市场每个IrDA收发器平均2美元（不同规格，价格略有不同），即市场需求约36亿美元；以电子产品生命期5年估算，未来市场稳定后每年产值可达6 -8亿美元。

成长潜力惊人

根据IrDA协会2000年资料显示(图二)，IrDA收发器按市场用途别区分，手机接近1亿​​单位为最高，电脑与周边占4千万单位，PDA则约1300万单位，整体收发器模组规模可达1亿6000万单位(图三)，产值约3.2亿美元；到2003年可达8.0亿美元以上，成长率约60％，均较1998年知名市场预测公司Strategies Unlimited之数字，高出许多。

《图二 装有IrDA功能PC及手机市场数据》

《图三 装有IrDA功能产品市场数据》

目前在市场占有率方面，仍以美国Hewlett-Packard最占优势，早期1997年可达44.5％，后来虽然竞争厂商增加，但全球占有率仍可超过30％。 IBM公司虽也看好此一市场，但全球占有率一直无法有效增长，始终无法突破一成，因此在1999年底宣布退出IrDA市场，此举也使得原来IrDA收发器一直存在的HP及IBM两种介面标准版本，得以统一，对应用市场而言利多于弊。

在欧洲方面，西门子及Vishay/Telefunken等公司亦积极开拓此一市场，整体欧洲产值市场占有率约三成。日本方面，一些大厂如Stanley、NEC、Rohm及Sharp等均有推出IrDA收发器，但产值占全球市场仅一成。台湾地区一些光电业者亦看好此一产品之潜力，积极投入产品研制，例如光宝电子、亿光电子、东贝光电、百成行等公司，但其中之特殊应用规格ASIC始终无法掌握，自主性较低。

也因发展自有品牌困难较大，因此光宝电子及百成行等均走代工路线，前者先和IBM合作，IBM退出后转向和安捷伦（原Hewlett-Packard公司零组件部门）合作；后者主要合作对象则是美国ZiLOG公司。至于亿光电​​子、东贝光电则仍以自有品牌为主。

台湾业者成立IrDA产业联盟

台湾目前是全球个人电脑及其相关周边产品的主要生产国之一，未来亦十分有机会成为手机的生产重镇，自不应在此一商机中缺席。然而国内产业环境分工细微，半导体、光电、软体及电子周边产业横向联系不足，再加上国内产值全球占有率在一成以下，未来仍有相当大的成长空间。

为了要有效切入IrDA产业版图，「红外光无线传讯产业联盟」（简称IrDA产业联盟）即是在此一背景下由相关有心人士促成。希望能在技术整合及横向支援方面，扮演协助角色，促进不同领域业界相互合作，缩短切入时间。该联盟已于89年十月二十八日于台北国际会议中心，正式成立。会员计有大同、亿光、光宝、东贝及智群等十余家光电、电子产业加入。

该联盟表示，红外光无线传讯技术，在国内属新兴项目，产业界仍较陌生。为了有效整合国内学术界及研究单位之研发能量，加速产业切入时程，因此初期亦开放研院单位及学术单位参加，中山科学院、清大、台科大、暨大及中原大学等以单位或教授个人身份参加，希望能为产业界尽一份力。

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、录放影机或音响等）。近来由于移动式个人电脑及通讯装置蓬勃发展，短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。

国内外大厂发展情形

HP是最早发展红外线无线传输技术的公司，1979年就在其口袋型计算器HP41-C上加装红外线列表机介面，到了1992年HP开始提供115.2 Kbps的红外线串联通讯介面（HP-SIR）。 1993年IrDA成立并采用HP-SIR作为实体层的标准，最初IrDA有40个会员，现在的会员已超过130个，其中包括硬体制造厂、软体、周边设备以及零件厂如NS、Apple、Compaq 、IBM、HP、Microsoft、Sharp、Sony及美国的北方电信公司等。我国如能掌握此一技术将更扩大资讯产业的经济规模。

至于蓝芽技术（Bluetooth）则属后起之秀，挟其可以结合RF无线电技术平台之优势，再加上参与者众，未来前景亦不可轻视；唯其成本是否为市场接受，将是主要变数，预料未来仍有一段奋斗时期。

国内近年来个人电脑及其相关周边产品，产值稳健成长，多项产品占有率更是全球排名第一，例如主机板，扫瞄器，键盘及滑鼠等等。个人电脑及笔记型电脑出货量亦十分庞大，单就笔记型电脑即有97％以上将IrDA列为标准配备，对IrDA模组业者而言，国内市场即是主要市场，有利国内业界进入此一领域。

由于预估红外线无线传输未来有庞大的市场，因此世界各大相关厂商莫不竞相投入研发。国内目前相关的产品以其类别分析如下：

◆软体部分：目前只有智群科技及中山科学院投入数位影像资料传输的IrTran-p应用程式，未来将发展IR LAN Access以及无线电子钱包之工作平台。

◆硬体部分：先前有华邦、联华及华隆微投入开发通讯控制I/O Controller，这一两年亿光电子、光宝电子、东贝光电、百成行等厂商投入红外线无线传输收发器之技术开发。光磊科技，鼎元光电均生产IrDA FIR（4.0Mbps）用途之PIN及IR LED元件。兴光光电则与德国合作，从事IR LED磊晶片研制，目标放在高价位之VFIR产品。另智群科技亦投入IrDA测试技术业务，并有大量系统业者看好IrDA所带来之附加价值，准备使用的红外线无线传输功能，提升其产品之竞争力，总产值十分庞大，IrDA功能之附加市场仍备受期待。

产品技术现况

国内外技术水准

IrDA收发器之技术大致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及模组封装等四个项目。就目前VFIR的规格(表一)而言，IR LED主要性能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AlGaAs用液相磊晶法（LPE）技术，已难达到上述要求，新技术陆续被提出，经笔者综整如(表二)所列。国外在开发此一技术多以光纤通讯为主，技术成熟。而IrDA收发器所需高传速，大功率之IR LED在16 Mbps以上之规格，其制程复杂性与成本将远高于传统型之产品。

《表一 IrDA协会颁布之VFIR红外线收发器硬件主要规格》 - BigPic:648x328

《表二 IR LED新结构与制程技术比较一览表》 - BigPic:675x327

其次在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。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，侦检并转换成电子信号，主要性能如下：

◆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。

◆侦测传送来之红外线讯号,转换成一位元突波之数位信号。

◆因距离变动因素,电路必须具有高动态范围。

◆为避免红外线讯号过强,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,造成下游信号解调错误,输入端需有限流电路之设计。

◆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490μW/cm2的能力。

国外目前成熟的产品中，HP公司早期采用Bipolar制程设计，IBM及Telefunken等公司采用CMOS制程技术。各有其优劣点。前者有高电流驱动及低杂讯量之先天优势，设计困难度低，但有高耗电及高制造成本等缺点。后者之优缺则和前者相反。以FIR之标准而言，两造技术均可达成​​规格之要求。若考量将来传输速度加快的情势下，综合两者优点之BiC​​MOS制程会有较大发展空间。唯国内BiCMOS环境仍处于盟芽阶段，各项技术与支援较不足。综观之，国内发展仍将以CMOS为主。

国内相关投资计画

我国光电产业将由传统之低价位零件层级，逐渐提升到模组，次系统等附加价值高之层级，在波长部份亦由从可见光向红外光转移之趋势。而IrDA红外线收发器正好是可以同时满足这两点之阶段性载具，提供了多数欲提升技术层次的光电业者一条明确之途。光宝、亿光、福华及东贝等公司系以模组封装为切入点，迄今之投资额均在新台币仟万以上。

在ASIC部份​​，国内沛亨半导体公司早期有投入相关技术开发，1999年瑞昱半导体公司亦评估投入之可行性，2000年聚积科技等新兴成立之IC设计公司亦有意研制相关产品，并为未来更高频率之光纤通信模组铺路。新竹科学园区智群科技是由旅美学人叶克敏博士回国成立之IrDA专业公司，主要是以IrDA各式转接器（Adapter）及系统应用软体程式与测试等业务。

尤其是IrDA协会自2000年开始，为避免系统双方传递发生无法传输或中断等现象，大力推动产品认证制度，对测试之业务量将明显增加。另经济部委托中山科学院材料暨光电研究所执行之红外线无线传输专案计画，主要即是以IrDA短距离无线传输为主要载具，在研发项目部份系配合国内业界之需求，及弥补业界研发之缺口。主要有IrDA收发器光电转换特性测试，ASIC设计及系统介面与应用软体开发等，2000年以VFIR为研制目标，2001年将从事64.0 Mbps甚至100.0 Mbps之技术方向前进。

技术发展趋势

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138倍，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，可分为下列几种，探讨其未来技术走向。

IrDA收发器ASIC

IrDA收发器ASIC架构，主要由具有带通滤波特性之前处理器、中级放大器、史密特触发电路（Schmitt Trigger）及传送电路（Transmitter）所组成。收发器功能除了将数位信号转换成红外线信号外，并负责接收对方传出之红外线信号，侦检并转换成电子信号。

前处理器乃IrDA收发器之第一级讯号处理电路，其主要功能为将光二极体所产生电流转换成适当范围内之讯号，并消除因背景光源及光二极体本身所产生之杂讯。根据IrDA的介面传输标准，光二极体所产生之电流由几百奈安培（nA），到几十毫安培（mA），为处理如此剧烈变动之输入讯号，前处理器必须具有相当大之动态操作范围。

另光二极体之特性随其偏压不同而产生变化，为确保前处理器正常工作，前处理器必须提供光二极体适当之逆相偏压；光二极体的杂讯来源可分为背景光源及光二极体本身，当光讯号很微弱时，光二极体之讯号与杂讯比很小，会造成IrDA接收器严重的辨识错误，要如何消除这些杂讯是前处理器的重要功能之一。

第二级中级放大器之功能，是将前处理器送出之电流讯号放大至史密特触发电路所能接受之电压讯号。基本上，前处理器之输出电流最小约为数百奈安培，而史密特触发电路的最小输入电压则为数十毫伏特，因此中级放大器必须具有相当高之转换电阻。

IrDA收发器的第三级相当于类比讯号与数位讯号的分界点，为了使输出讯号不受输入类比讯号之杂讯影响，一般利用具有磁滞（Hystersis）效应的比较器架构，将前一级的放大讯号作比较，以得到正确的数位讯号。可调互补式金氧半元件（CMOS Adjustable）史密特触发电路的好处在于低耗功率及所占晶元面积小。因为是CMOS架构，所以没有静电流静态电流，对IrDA收发器的应用非常重要。另一个优点是其临界工作点可利用不同偏压而产生变动，因此可利用外接元件调整偏压以变动IrDA收发器的接收灵敏度。

IrDA收发器的传送电路部分主要是为了推动红外线发光二极体，其主要的特性是具有大电容及需大电流驱动，(表三)是一颗高速红外线发光二极体（TSHF5400）的基本特性。

由上表可以发现，传送电路部分必须能够驱动约200pF的电容及可提供1安培以上之电流。对先天电流供应能力弱的CMOS制程而言，在设计时，

《表三 高速红外线LED TSHF5400之基本特性》 - BigPic:676x255

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。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，各公司纷纷改用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。同时在FIR改版之际亦使用BiCMOS制程产品，取代原先旧产品。因此未来在此一部分将是CMOS的天下,但是CMOS制程技术发展迅速,挟其成本优势,仍有存在空间。

红外线发光二极体

IrDA选用传统的850-900nm波段，主要是其发光二极体系采用AlGaAs/GaAs系列液相磊晶成长法（LPE）技术，已经十分成熟，而且价格低廉。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，主要是传统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。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。

但因其制程复杂度提高，必需使用MBE或MOCVD等设备，因此成本增加不少。另IrLED技术发展部分，多家公司投入更快速元件研制，颇见成效。 2000年IrDA第四季会员大会中Stanley公司展示55、70、100甚至600Mhz工作频率之高速产品，已超越目前IrDA实体层规格，可以应用到IEEE1394无线上网之要求。

PIN光检二极体

PIN光检二极体的灵敏高，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，因此被广泛应用在短距离及中距离通信系统中。在光纤通信中，亦有使用PIN二极体当作光接收元件，在IrDA中亦采用之。一般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。

国内在制作时，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，影响到反应时间，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，并不合适。

IrDA接收器封装技术及可靠度

早期IrDA收发器主要是用于笔记型电脑，工作电压为5V，体积并不设限，封装上采用导线架加工。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6.8mm×2.8mm×2.2mm之产品，封装基板亦改用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2.4V，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；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。此外配合手持式市场，环境温度规格为-25到+85℃，对业者而言是另一课题。

结语

IrDA红外线收发器在技术项目上，和多数系统使用之光收发模组（例如光纤通讯及红外线保全等系统）在本体上是相同的，只是因应用环境不同在规格上稍有差异罢了。早期红外线应用大多以军事用途为主，相关资料不易取得。美苏冷战结束后，国防市场开始萎缩，红外线技术始大量流向商用市场，相关制造成本大幅下降。

最近其他网路通讯标准，亦开始加上红外线收发器做为室内、近距离Network Access端子；最有名的都会区网路标准ANSI/IEEE 802.11在1999年已增加2个红外线收发器实体层规范，另IEEE 1394亦将于2001年增订相关红外线收发器规范；因此在成本优势下，可以预期未来红外线收发器的应用将趋普及。在国内以代工及零组件为主的产业结构下，需要跨产业合作机制下，始能有效切入此一领域。

但目前而言，IC产业与光电产业认知差距仍大，合作时机仍不成熟，这就是为什么国内业界首先以封装技术进入IrDA收发器市场的背景。再加上主要元件未能由国内供应，仍需从国外进口，不仅增加成本及货源之不稳定性，而且收发器内部介面匹配无法有效掌握，造成良率改善的无形障碍。

相同的情形亦见于光纤通讯主动元件收发模组产业。 IrDA产业主要的附加价值是在于新产品之开发，诸如前述之手机、数位相机、多功能手表及智慧型玩具等，均利用IrDA功能来增加其产品竞争力，其产值将是IrDA收发器之数倍到数十倍。在此一领域之技术，如IrDA规范（Protocol），各式驱动软体（Driver）及和系统整合之介面电路设计等等，仍待业界投入。

此外，Bluetooth之强势竞争，IrDA如何走出本身的特色，例如传输速度高、保密性佳，成本低等优势，始能扩展生存空间。 IrDA收发器模组方面，价格从早期的5美元降到目前低于2美元，国外大厂纷纷寻求台湾代工，国内相关产业商机已然浮现，未来2～3年内，台湾有机会成为主要供应地，初步估计年产值约40亿新台币。

目前IrDA标准规范传输速率仅16Mbps，距该协会最终目标「大于100 Mbps」，仍有一段距离。国内现在开始引进，正逢其时。否则一旦国外技术进展到100 Mbps以上，再谈切入恐怕时机晚矣！