高階的手機多媒體應用促成面板的改朝換代，TFT LCD已經取代CSTN成為主流，而在3G風潮下，手機面板正面臨更高品質的表現需求。為了應付高解析度螢幕、高畫素相機鏡頭、與手機處理器之間的傳輸需求...
高階的手機多媒體應用促成面板的改朝換代，TFT LCD已經取代CSTN成為主流，而在3G風潮下，手機面板正面臨更高品質的表現需求。為了應付高解析度螢幕、高畫素相機鏡頭、與手機處理器之間的傳輸需求，並列傳輸方式正逐漸被序列傳輸方式取代。目前各方廠商都亟欲跨入手機序列傳輸規格的定義，多方角逐下也促成手機序列傳輸標準走向開放。
今年以來手機市場的重頭戲就是3G手機，3G服務帶動了手機產業許多新的變革，其中影響層面較大的，就是高頻寬帶來更高階的手機多媒體應用，可以看到今年相機手機的畫素(Pixel)陸續朝百萬以上等級挺進，而手機用面板也改朝換代，由TFT LCD取代了以往的CSTN面板。
為了應付高畫素相機鏡頭、高解析度螢幕，與手機處理器間的傳輸需求，若是繼續採用原本的並列傳輸方式勢必引起更多的EMI設計難題，也增加高階軟板的成本，更遑論電源功耗的增加這個揮之不去的夢魘。依照電子電路的特性，序列傳輸是有效解決相關問題的好方法，本文將深入探討手機序列傳輸的成因、優點並介紹相關規格。
手機面板品質不斷提升，影響採用手機面板品質的因素很多，包括了面板成本、產品良率、省電問題、散熱問題、手機系統整體搭配與通訊傳輸標準。
其中影響最大的當然就是通訊的傳輸標準，一般說來，在第一代的手機，基本上是以語音傳輸為主，面板只是輔助的操作介面，因此強調省電的MSTN技術占了手機面板的絕大多數，單色的面板對於語音應用的手機來說已是綽綽有餘。到了2G/2.5G時代，簡單的網頁瀏覽功能必須要有彩色螢幕來配合才能達成，而此時的低畫素照相手機也帶動了彩色面板的需求，由於畫質的要求不高，講究價廉物美的CSTN就順利地成為此時手機面板的主要應用。
如今手機多媒體的應用愈來愈普及，搭配的多媒體規格也不斷提升，以手機影像相關的規格而言，2005年搭配百萬畫素鏡頭的照相手機陸續推出，搭配的手機螢幕等級就必須適度提高，才能有效顯示出被拍攝物體的畫素效果；3G通訊傳輸更是今年手機應用的重頭戲，3G最基本的服務就是要提供影像資料順暢地在手機間傳輸，舉凡視訊電話、電視手機都是基本的3G應用；如此一來，手機螢幕的重要程度更是不在話下。以實際的面板出貨比重來看(圖1)，今年使用a-Si TFT LCD技術的手機面板，所佔整體手機面板的比重，將大幅成長至占整體手機面板的41.5%，一舉超越由MSTN、CSTN長期稱霸的局面。
面板畫素的提升會帶來其他的系統需求，以常見的手機面板規格(SubQCIF、QCIF+、QVGA)而言，由於畫面的解析度不同，對於畫面解析度較高的QVGA規格面板而言，若要呈現出同樣更新速率的影像，勢必需要有較高的傳輸頻寬(表1)。
以規格最高的QVGA來說，畫面解析度是240×320，若是影像的畫素是用YUV4:2:2來表示，以每秒75張圖框(Video frame)來計算，約需要有87.9Mbps的頻寬；若是以RGB來表示，則所需的頻寬會更高，達到131.8Mbps。這只是單純就理想狀況來計算，若是考慮一般的使用狀況，與基頻晶片相連接的影像資料匯流排，將會因為同時接上主螢幕、次螢幕、主鏡頭、次鏡頭等，而讓總頻寬需求更為嚴苛。
當手機所需的影像傳輸頻寬愈來愈高，伴隨高頻寬而來的問題也就愈多，包括高速傳輸所帶來的電磁波干擾(EMI)問題，會造成通話時RF收發器接收或發送信號的額外負擔，另外也會帶來使用上的安全檢測問題；由於手機的體積遠小於PC裝置，高速傳輸的影像信號會為體積小巧的手機系統，帶來更多電路設計的問題，為了有效達到電氣信號的完整性(Integrity)，手機業者必需花費更多的時間與成本來解決高速傳輸影像信號所產生的問題。
解決高速傳輸問題的方式有很多，最有效的就是從根本解決，由電子電路的基本特性可以知道，將並列傳輸的方式改為序列傳輸，可以有效消除干擾的問題，同時減少信號接腳數目與降低電源功耗。目前這樣的方式已經常見於許多PC相關傳輸規格，如用於週邊裝置的PCI-E規格，與用於記憶體裝置的Full Buffer DIMM等。
目前已經發表的手機序列影像傳輸標準，包括通訊晶片大廠高通(Qualcomm)所推的MDDI(Mobile Display Digital Interface，通訊顯示信號數位介面)標準、Rohm公司所推出的MSDL(Mobile Shrink Data Link，通訊壓縮資料通道)標準、驅動晶片公司精工愛普生(Seiko Epson)與瑞薩(Renesas)的Mobile Video Interface(通訊視訊介面)、類比/混合訊號晶片大廠國家半導體(NS)所推動的MPL(Mobile Pixel Link，通訊畫素連結)標準與NEC公司的Mobile CMADS (Mobile Current Mode Advanced Differential Signaling，通訊電流模式差動信號標準)標準。
對於高階多媒體手機而言，高畫素鏡頭與高畫質面板加總的頻寬需求將高達上百Mbps，這也迫使手機內部的影像傳輸標準必須重新設計，向序列傳輸靠攏以減低高速傳輸所衍生的雜訊問題。以目前主要的手機序列傳輸標準而言，100Mbps是最基本的設計條件，而MDDI是目前傳輸速率最高的手機序列傳輸標準，據高通的說法，支援MDDI3的傳輸介面，最高可以傳送高達3,200Mbps的資料量，其餘的手機序列傳輸標準雖然沒有MDDI的標準高，但也足以滿足當前的多媒體需求，以目前的多媒體手機而言，數百個Mbps已經足夠，依照電路設計的原理來看，相關的標準要將傳輸頻寬向上拉高也不是太困難的事(表2)。
對於手機的設計而言，做好有效的電磁防護是一個很重要的課題，手機的電磁防護既要考慮電磁波對人體的傷害，也要考慮電磁波對於通訊品質的干擾問題。當多媒體手機推升影像訊號的傳輸頻寬需求，原先利用並列埠傳輸的影像訊號被迫提高工作頻率來滿足頻寬要求，以NEC發表的一個測試數據來看，對一個SubQCIF解析度120×160的面板，進行每秒60張畫面的傳輸時，可以很清楚看出(圖2)，右側為傳統使用並列CMOS電路的傳輸方式，在靠近100MHZ左右有很明顯的一個雜訊波動出現，而圖左側使用串列傳輸的Mobile CMADS標準測出來的信號較為平緩，可以有效解決高速並列埠傳輸所帶來的電磁干擾問題。透過使用串列傳輸協定的方式來減輕電磁波干擾，可以簡化手機設計的複雜性，減少一些濾波電路的使用，可以進一步地降低成本。
對於多媒體手機而言，必須同時連接照相機鏡頭與螢幕至基頻晶片或應用處理器，由於影像資料採用並列傳輸，相關的連接線路十分複雜(圖3)，若是採取手機相關的序列傳輸標準，就能有效地降低連接信號的數目(圖4)。
以高通的MDDI標準為例，根據其設計規格，可以將原本並列傳輸需要的90個連接信號，大幅地降低至8個信號連接，另外再加上相關的電源連接線，即可順利地完成掀蓋式多媒體手機的基本需求，同時傳送信號到主(次)螢幕，並且接收由照相機鏡頭傳送過來的影像信號。手機序列傳輸標準簡化電路連接線的數目，方便了手機電路板的設計，同時也降低對於手機高階軟板的需求，對於降低系統成本與簡化手機電路設計有莫大助益。
面對手機日益嚴苛的電源要求，身為類比/混合信號晶片大廠的美國國家半導體(NS)也推出相關的手機序列傳輸標準MPL。依照該公司所言，MPL-Level 0著重在降低電源消耗與減少連接線數目，MPL-Level 1才會將重點放在充分發揮系統頻寬的設計上。
相對於現有針對省電需求設計的傳輸介面如LVDS、RSDS與CMADS來說(主要皆用於筆記型電腦上)，國家半導體宣稱其MPL標準是針對手機而設計，可以用更少的電源來達成任務。為了達到這樣的目的，NS將系統連接線降到了最低，也就是差動信號傳輸必備的三條連接線，其中包括一個時脈線與兩條差動信號線；由於系統的連接線已經降到三條(圖5)，使用MPL標準的傳輸方式勢必採用BT 656的視訊傳輸方式，而無法利用視訊時間信號Vsync與Hsync。
依照MPL LEVEL0的規格書來看，MPL-Level 0在傳輸高位準信號時，需要的電流是3μA，在傳輸低位準信號時，所需的電流是1μA，而偏壓電流是150μA，可說相當低。
接著介紹各種新興的序列傳輸標準。首先，MDDI目前是VESA的一個介面傳輸標準，主要是由CDMA晶片大廠高通所發起，目前支援MDDI介面的相關晶片除了高通以外，尚包括有三星、夏普與愛普生等。MDDI介面規格已經整合在高通稱為MSM(Mobile Station Modem)的基頻晶片MSM6150與MSM6550之中。三星的S3CA460是第一款支援MDDI標準的視訊控制器，同時採用COF(Chip on FPCB)與FBGA封裝。MDDI同時具有基本的序列傳輸優點，包括高頻寬、低連接線數目、低功耗與較好的EMI效果。
MDDI的傳輸頻寬理論上可以到達3,200Mbps，是本文提到數種手機序列傳輸介面中最高的，同時支援雙向傳輸，傳輸的資料形式依照MDDI的傳輸協定規範，可以分為視訊、立體聲訊、控制/狀態、鍵盤與指向裝置，涵蓋所有可能的掀蓋式手機可能的資料傳輸需求，據了解MDDI也是一個開放的VESA標準。
「行動視訊介面(Mobile Video Interface)」是由兩大手機面板驅動晶片公司精工愛普生與瑞薩共同制訂的手機序列傳輸介面，同樣也是開放的介面標準，構成行動視訊介面的傳輸信號共有8條線，分別是CLK+、CLK-、STB+、STB-、DTO+、DTO-、DTI+與DTO-，由於資料傳輸進入與送出的資料線是分開的，若是只有傳送影像到手機螢幕的需求，可以簡化設計成為僅用6條線即可，同理若是只有連接照相鏡頭的影像信號輸入到基頻晶片或應用處理器，亦僅要使用6條連接線即可。
行動視訊介面同樣是全雙工，以目前的1.0版而言，傳輸頻寬可以達到200Mbps，規劃中的下一個標準2.0版則可將頻寬提高到400Mbps，行動視訊介面提供一個簡單的提升傳輸頻寬方式，就是直接增加傳輸資料的通道數目。理論上來說，若有n組資料傳輸通道，就可以將行動視訊介面的傳輸頻寬提升到n×200Mbps。行動視訊介面的傳輸距離可以達到20公分，介面是以LVDS來構成以達到省電效果。
日本Rohm公司推出的手機序列傳輸標準是MSDL，目前已經推展到MSDL3，MSDL使用六個差動信號來連接裝置，分別是CLK＋、CLK-、DATA1+、DATA1-、DATA2+與DATA2-，MSDL2與MSDL3還可以適用至SubLVDS的介面規格，進一步降低功耗與EMI。
Rohm針對MSDL規格開發了MSDL的橋接器BU7285GU，透過橋接器就可以將原本不支援MSDL的基頻晶片或應用處理器與手機螢幕或照相機鏡頭連接起來。MSDL2支援傳輸頻寬是200Mbps，MSDL3更提升到450Mbps，MSDL介面同樣能滿足降低連接線數目、降低EMI、降低EMI與提昇傳輸頻寬的高階多媒體手機需求。
MPL是由國家半導體所推出的手機序列傳輸介面，採用該公司自行設計的差動號傳輸結構，可以較大部分差動信號更省電，針對MPL的傳輸規格，該公司推出兩款針對不同應用的MPL編/解碼器，分別是針對手機照相鏡頭編解碼MPL信號使用的LM2501，以及針對手機螢幕編解碼MPL信號使用的LM2502。
LM2501只有24個腳位，採用Ultra Thin CSP封裝，同時支援視訊時序信號Vsync與Hsync，亦即同時支援BT601與BT656的視訊信號，LM2502則有40個腳位，分為UFBGA與LLP兩種封裝形式，也同時支援BT601與BT656的視訊信號。為配合編解碼使用，無論是和手機螢幕或是相機鏡頭連接，都須使用兩顆相關的IC，透過暫存器設定，將其中一顆規畫成主動模式以供編碼，另一顆規畫成被動模式以供解碼使用，MPL目前可以達到最高320Mbps。
Mobile CMADS規格在2003年2月推出，NEC並在2004年7月推出搭配Mobile CMADS傳輸規格的橋接器uPD161451，這項規格將原本支援BT601的傳輸介面簡化，透過將原先並列的18個接腳的影像資料埠，縮減為4個接腳的序列傳輸埠(圖6)，保留原來的視訊時間信號Vsync與Hsync，若是採取BT656的視訊傳輸標準，將可以進一步省去視訊時間信號。此規格運作的頻率最高可以到達62.5MHZ，傳輸頻寬最高是125Mbps。
在電壓供給方面，相較於CMOS介面電壓是1.85V，在Mobile CMADS電路部分只需要1.5V。目前NEC已經針對Mobile CMADS推出完整的產品線(表3)。
行動產業處理器介面聯盟(Mobile Industry Processor Interface Alliance, MIPI)是一個由產業組織推動，而非單一廠商的手機序列傳輸標準。MIPI聯盟是由德儀聯合ARM、諾基亞和意法半導體成立的產業組織，目的是為了定義使用於行動處理器的各種開放介面標準。MIPI的前身是由德儀與意法半導體合作制訂的OMAP處理器介面標準OMAPI演進而來。
MIPI鼓勵業界相關廠商加入，共同推廣處理器的開放介面標準，另一個目標是希望能強化現有的兩個手機產業組織OMA(Open Mobile Alliance)與3GPP，這兩個機構的重點是在非實體的空中傳輸介面，MIPI則是將重心放在與手機處理器連接的周邊介面傳輸標準。MIPI將成立10個工作小組，本文所提的相機與顯示介面只是其中之一，另外尚包含有軟體抽象化、通訊介面等；值得注意的是另一個PC微處理器大廠AMD也加入了MIPI聯盟。
當手機的多媒體功能向上提升，影響的層面包括使用的手機零組件如顯示面板與鏡頭，必須同步朝更高解析度與更高畫素前進，3G的使用方式進一步加深了此類需求，伴隨而來的高傳輸頻寬對於手機的設計產生許多新問題，如連接線過多、功耗太大、EMI設計困難與傳輸頻寬不足等，透過手機序列傳輸標準的導入，相關問題迎刃而解。
由手機產業的角度來看，不管是手機處理器廠商(德儀、高通)、顯示面板驅動IC廠商(精工愛普生、瑞薩)、零組件廠商(Rohm)與電源IC廠商都想跨入相關的手機序列傳輸規格的定義，各方勢力角逐的結果，也間接促成多數的手機序列傳輸開放標準。
目前雖未能產生主流的傳輸標準，可以想見的是手機序列傳輸標準已有效解決高頻寬帶來的問題，而手機相關的規格也成了兵家必爭之地，一旦某項開放的規格成為主流後，很難斷言將來不會出現更高的規格而不再開放。