線材光纖化 改善傳輸距離成本問題
- DIGITIMES企畫
-
高速傳輸介面承載的資料傳輸量持續挑戰銅纜線材的物理極限，但銅纜線材即便透過更好的披覆隔離處理，或是信號的預處理，面對線材在長距離佈設應用狀況下，傳輸速度與信號的辨識度都會因為距離拉長而受影響，而傳輸線材改換光纖材質，不僅信號品質可提昇，傳輸距離也可以大幅改善…
隨著4K2K影音應用與數位相機、攝影機相繼挑戰超高解析度記錄功能，對於現有的傳輸介面資料傳輸效能要求也越來越高，像是USB 3.0、Thunderbolt等高速傳輸介面，雖在傳輸效能獲得躍進式地大幅改善，但線材距離拉長，因為實體為透過銅纜進行傳輸，銅纜的材料特性並不利於長距離高速傳送！
相同的狀況也發生在近來HDTV轉至UHDTV的超高清電視趨勢中。在進入UHDTV過程時，TV產品最大的挑戰即4K2K高解析度視訊如何透過線材傳輸，現有的HDMI 1.x傳輸介面勢必需要大幅升級、改善，才能在線材上承載UHDTV的高品質影音。
影音傳輸介面延伸傳輸距離需求高
尤其對HDMI/DisplayPort等視聽設備為主的影音傳輸介面來說，在發展高效能傳輸介面的壓力會比數位電子商品要來得大許多！因為影音設備只要傳輸過程出現不同步或延遲，因人眼對於播放過程的觀賞體驗很容易即察覺影像頓挫問題，因此影音產品對於由4K2K UHDTV帶起的高速傳輸介面整合風潮，對於傳輸線纜光纖化需求會較強，反而是數據方面的高效傳輸應用，因影響層面較沒有這麼明顯，對於銅纜光纖化的需求較無急迫性問題。
而在發展光纖化應用時，傳輸介面本身的電氣規格與連接器，若原本即是針對電子信號需求設計，在轉換銅纜至光纖纜線時就會出現訊號轉換的問題；反而現在較熱門的作法是在傳送端、接收端兩側仍保有原高速傳輸介面的電氣規範與要求，透過電-光信號轉換後，使原有電子信號在連接器端已預先轉換成光信號，而原有銅纜傳輸線材就可以置換成光纜，對原有設計與連接器設計來說，並不會耗用過多設計能量，透過簡化的產品設計流程，善用光纖線纜在遠距離傳輸信號位準、傳輸距離限制較少優勢，開發個人或小企業所需的網通整合時達到以最小成本、達到光纖化網絡帶來的使用效益。
AOC光纖傳輸方案使用效益大
在眾多傳輸線材光纖化應用方案中，目前運用AOC(Active Optical Cable)，較容易針對USB 3.0、Thunderbolt、HDMI等商用介面，利用AOC技術將原有銅纜改成光纜應用環境，輕鬆使現有傳輸介面也能享有光纖纜線帶來的效益，例如，傳輸距離更遠、信號品質也會相對提昇。
而現有AOC方案為維持原有傳輸線材連接器的電氣規格，僅信號雙向傳輸部分利用光電轉換模組將電氣信號轉換成光信號傳送，在技術複雜度雖然不高，但對於信號轉換的複雜度與精確度，為滿足電氣信號的要求水準，即時處理的效能要求亦相對較高。
尤其在長距離應用方面，以現有的USB 3.0、Thunderbolt、HDMI等商用介面，在超過百米以上傳輸連接需求下，現有的銅纜線材勢必無法直接使用，還要搭配中繼器改善信號品質，也會使傳輸成本暴增，同時對介面傳輸品質與穩定性也會造成影響！若利用主動式光纜技術整合傳輸介面，搭配光纜進行傳送，以光纖的傳輸信號特質，要將傳輸距離拉長超過百米均可輕鬆因應需求，同時也可以輕鬆建構150米上下的低成本中距離傳輸應用需求。
AOC方式可將傳輸距離擴展超過150米
目前在AOC主動式光纖纜線發展方面，以應用需求來說，HDMI的應用市場最為顯著，目前已有相關解決方案推出，另Thunderbolt、USB 3.0的AOC應用方案也相繼推出，目標應用方向均是以25？150米的中距離傳輸應用需求為主，即便是150米以上距離，也可搭配現有長距離光纖傳輸方案進行擴展。
除了外接型態的傳輸介面，如USB 3.0、Thunderbolt、HDMI積極轉進AOC應用方案外，其實現在PC產業，積極發展的內接設備高速傳輸介面外移趨勢，也會使得AOC應用方案成為新的技術解套應用方案，例如，在SAS(Serial Attached SCSI)、PCIe(PCI Express)等進階內接型高速傳輸介面應用方面，目前也積極擴展相關介面的延伸外接應用需求，面對這個市場發展趨勢，使用銅纜應用方案進行資料傳輸，勢必會讓開發專案面臨EMI、銅纜功耗等產品開發與驗證問題，但若搭配光纜方案取代銅纜傳輸介質，即可將EMI問題限制在傳輸端點或機殼內進行改善，對於內接介面外接化需求，光纖線材可避免外部電磁干擾與額外的設計問題，可使得介面外接化的設計目標更容易被實現。
銅纜EMI/EMC/ISI問題多 可用光纖方案改善
高速傳輸利用銅纜介質進行，通常會產生EMI/EMC(Electro-Magnetic Interference /Compatibility)問題，也會衍生ISI(Inter Symbol Interference)干擾問題，在設計實體纜線時必須透過增加銅纜線徑、導入Equalizer電路、信號補償等設計方案，這會使介面的相關設計趨於複雜，不僅增加設計成本，也增加相關介面的線路複雜度，而傳輸線材若要延長傳輸距離，對線材本身的銅用量必須增加、線材變得較粗、較重，整體應用方案不只在介面連接器、相關電路、纜線成本俱揚，也不利終端設計商品的市場行銷、販售需求。
尤其是在超過10Gbit/sec傳輸效能要求臨界點以上的纜線應用需求，在銅纜與光纖線纜選擇的差異將會增大，甚至是傳輸距離增長至15？20米以上時，也會使銅纜的使用效益遞減，令市場不得不選擇以光纜取代銅纜，改善使用效益，而處於不需額外變更原有周邊、終端產品傳輸介面設計的AOC解決方案，可在成本與傳輸距離效益方面進一步擴展使用光纖纜線的優點，設備本身亦不需投入成本變更連接介面電氣規格來因應傳輸介質光纜化的應用需求，維持原有設計搭配AOC解決方案，即可讓應用系統具備光纜應用優勢。
影音產品市場 熱衷導入AOC線材方案
在AOC傳輸線纜產品中，目前發展最熱絡的以HDMI應用為主，以現有市場的HDMI AOC線材產品為例，在HDMI 1.4介面部份，AOC解決方案中可以將傳輸距離擴展至150？200米以上，雖然在HDMI 1.4介面應用價值僅在傳輸距離可達成中/長距離傳輸優勢，但若是用於呼應UHDTV傳輸4K2K視訊畫質應用的HDMI 2.0介面技術方案，使用更具高速傳輸餘裕的AOC光纜應用方案，可以更加凸顯UHDTV視訊光纜化的應用優勢。
對於AOC光纜解決方案來說，以現有的產品觀察，在積體電路的積極微縮整合下，使用單晶片解決方案與封裝技術已可將光電信號轉換積極微縮，AOC應用的連接器整合光電轉換模組並不會與銅纜線材、連接器有太大的差異，以Thunderbolt AOC光纖線纜產品與現有Thunderbolt銅纜傳輸線材相比，採行AOC解決方案的線材與一般銅纜線材的線徑相當，也可以因應彎撓應用，使用體驗與原有銅纜Thunderbolt線材相當，這對於現有Thunderbolt應用方案在2米以上的連接應用需求來說，Thunderbolt AOC方案可以說是相對具實用效益的選擇。
另在USB 3.0、Thunderbolt高速傳輸介面衍生的PC/NB多媒體應用Dock產品熱潮中，對於高速傳輸Dock擴展的視訊轉換、擴充連接介面轉換應用方面，利用USB 3.0、Thunderbolt AOC方案可有效將Dock的多媒體基座連接距離擴展至超過2？100米水準，這對於利用USB 3.0、Thunderbolt擴展遠端應用基座或是使用終端用途，僅有採行AOC主動光纜傳輸方案，才能滿足這類商用用途，若是採行銅纜應用設計，則會受銅纜傳輸距離而使系統應用彈性因此受限。
