使用毫米波技術重新定義連接器

美國加州的一家技術公司Keyssa最近披露了一項名為「聯網世界」的業界計劃。並獲得了富士康和三星等大型公司的投資，籍以宣告這項行動將有助於推動Keyssa的毫米波技術進展。

Keyssa的技術是專為移動設備與聯網設備之間的超高速數據傳輸而設計的。

如果你沒聽說過Keyssa，可能會認為這又是另一家新創企業，打算進軍已存在幾十年，但尚未蓬勃發展的超高帶寬無線連接市場——類似於WirelessHD和WiGig。

然而，只要仔細觀察，就能清楚地發現，Keyssa對無線技術競爭毫無興趣。Keyssa瞄準的是連接器市場。

Keyssa開發出一種更低成本的低功耗毫米波無線晶元，工作速度高達6Gbps。更加重要的是，該公司還有一種微型的商用化無觸點連接模塊。一直專註於可製造性的Keyssa所設計的模塊，能夠滿足所有系統中關鍵的電磁和機械要求。

Keyssa將這顆晶元視為「掌上明珠」。其使命就是憑藉低成本、低功耗和高可靠性的優勢替代連接器，並吸引系統OEM廠商採用Keyssa的移動產品和其它系統產品。

但有一個問題顯得非常重要：Keyssa的這種技術是否有機會與目前大家習慣使用，且經過測試驗證的連接器一教高下？

Keyssa認為，在業屆無止境追求速度的過程中，這項技術至關重要。Keyssa指出，「使用銅纜管理更高速度的信號，尤其是在外形尺寸越來越小的設備中，正成為一項重大的工程挑戰。」該公司宣稱，系統工程師已經開始在尋找設備到設備連接的替代技術，公司指出

有趣的是，Keyssa發現，這種限制在內部連接中還更加明顯。當必須發送的信號變得如此快速時，你打算如何處理板對板，或者攝像頭到應用處理器之間的連接？

會見Eric Almgren

在進一步闡述之前，我們先來談談Keyssa的首席執行官Eric Almgren先生吧，因為他代表了這項先進技術背後的人為因素。

圖1：Keyssa首席執行官Eric Almgren。

Eric Almgren曾經是Silicon Image公司的創始人之一，他可說是少數幾位幸運的工程技術執行官之一：有幸獲得第二次機會得以利用他曾經支持的技術做對(或做錯)的每件事。如今，他可以在不同的公司捲土重來。

Almgren領導Silicon Image公司達11年之久。他經歷了HDMI的一舉成功，深知贏得市場需要付出什麼代價。他也見證了客戶最初如何與新的連接技術磨合。

當Silicon Image於2011年收購SiBEAM時(當時Almgren仍是Silicon Image公司的首席執行官)，Almgren也親眼目睹了他的公司如何艱辛地推動SiBEAM的WirelessHD技術。

WirelessHD是一種專有技術，設計用於將高清視頻內容以無線的方式傳送給消費電子產品。它工作在60GHz特高頻段中的7GHz信道上。Silicon Image希望將它改變成一種能被廣泛接受的HDMI無線版本，但這一切並未實現。

2012年10月，Almgren離開Silicon Image後，加入了2009年成立的新創企業Keyssa,並擔任公司的首席執行官。Keyssa開發出「Kiss Connectivity」技術，它以一種專有的固態連接器為基礎，使用特別高的頻率提供低功耗、高速度的數據傳送。

上述介紹引出了一個問題：Keyssa是否想追逐一個也已被其它高帶寬無線技術(比如WirelessHD或WiGig提出的IEEE 802.11ad)佔領的市場？

針對這個問題，Almgren斬釘截鐵地回答「不！」。他說，那完全不符合事實，「這二者唯一的共同點就只是使用60GHz頻段。」

他強調，「Keyssa使用60GHz頻段，但針對短距離進行了優化。」這讓Keyssa得以提供更高的帶寬、更短的延時、更小的天線和更低的功耗。「我們的技術是一種點對點解決方案，而不是像其它技術那樣的共享網路。」

當其它無線技術的目標在於長距離連接，Keyssa則將其Kiss Connectivity定位於短距離技術，讓消費者「只需簡單地將一個設備觸碰另一個設備就能分享視頻和其它文件。」

Keyssa的近距離高帶寬方法「可以避免其它無線技術存在的問題。」Almgren表示，WiFi或藍牙與生俱來的問題包括配對困難、必須輸入密碼、信號有可能中斷或被被竊聽等等。

有了Kiss後，「產品設計師就能避免有線連接器的設計挫敗，以及無線通信對用戶造成的挫敗感。」

連接器至關重要

首先，Keyssa有別於其它無線技術供應商之處在於Keyssa始終專註於「連接器」。

大約在十年前，技術提供商(和消費者)仍然熱衷於無線「酷的」一面。而今，這種熱情已經一去不復返了。僅僅是無線技術再也吸引不了消費者或系統OEM廠商。

Almgren的智慧在於將Keyssa的技術描述從無線特性轉變為連接器的替代方案。

正如Keyssa所解釋的，Kiss Connectivity支持所有當代的有線協議，如USB 3.0、DisplayPort、SATA、PCIe。總之，Keyssa正在設法使系統OEM 廠商考慮放棄目前整合於其系統中所有難看的連接器。

圖2：Keyssa董事長Tony Fadell。

Almgren回憶起幾年前與Tony Fadell的第一次見面。Fadell的故事讓他「真的打臉了」。

Fadell曾領導蘋果的一個團隊，管理iPod的設計和生產，後來成立了Nest公司。他表示他的團隊主要負責像iPod這樣的微型系統中的機械連接器。要讓連接器在系統中起作用並不是一件輕而易舉的事，他告訴Almgren，因為其間存在電磁波、射頻干擾和靜電放電等問題。

連接器在工業設計中也面臨挑戰。在開發一款美觀、輕薄和微型的手持設備時，設計師最不想處理的一件事就是系統中的金屬連接器和孔洞。

連接器行業怎麼看？

那麼連接器行業是如何看待Keyssa的呢？專註於觀察電子連接器和互連市場的市場調查公司Bishop&Associates資深副總裁David Pheteplace提出了一個有利的觀點：「鑒於這種產品的功能和性能，Keyssa致力於探索連接器市場是十分正確的策略。連接器設計用於連接電路，就像這款產品一樣。」

他認為使得Keyssa技術商用化可行的因素有：

? Keyssa的產品支持高數據量(高達6Gb/s)的非接觸傳輸

? 作為I/O的產品在外殼上必須沒有物理孔洞(才能讓設備密封，比如智能手機)

? 產品在PCB上所佔的物理空間比標準連接器要小

? 產品支持標準的數字傳輸協議，如USB和HDMI

但是，連接器供應商會與Keyssa打成一片嗎？Pheteplace認為，「除了一些例外，這種技術對大多數連接製造商來說還沒有足夠的吸引力。當它開始取得市佔率時，你可能會看到不同的反應。」

學習到的教訓

回顧在Silicon Image的歲月，Almgren還記得客戶一直被諸如功耗、成本和支持多種協議等問題困繞。

Keyssa公司副總裁、HDMI Licensing前總裁Steve Venuti告訴我們，他在Silicon Image時，學會了如何從系統角度看待由複雜的有線和無線技術帶來的問題。

關於連接的規範內容只是解決方案的一部分。測試速度、傳輸能力，以及可在終端產品上再現完全是兩回事。「我體會到了技術可以給我們的客戶帶來高良率的重要性。」Venuti表示。

下一步是測試終端產品以確保兼容性的問題，Almgren表示，「現在，我們正將我們從HDMI所學到的一切運用到Keyssa的業務上，而且使其發展得更好。」

為什麼耽擱這麼久？

Keyssa成立於2009年，當初的名字叫Waveconnex，該公司充分利用了交通大學校長張懋中(Frank Chang)當時在美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)高速無線實驗室的研究成果。他的目標在於打造低成本的電子連接方法，讓系統設計師可以終結與傳統的機械連接器之間的抗爭。

Keyssa日前發布了無線收發器和接收器晶元KSS104M，並承諾很快推出名為KSS104M-CW的實用連接模塊。

然而，Keyssa的鏈路技術其實可以追溯到2011年。那麼，這不禁讓人好奇：這些年來，Keyssa都在做些什麼？

Almgren表示，Keyssa花了這麼久的時間才走到這一步，主要是因為「我們一直專註於『可製造性』」。Keyssa希望這款連接解決方案能夠易於大量製造。

圖3：Kiss Connectivity技術架構。(來源：Keyssa)

KSS104M是一款3x3mm的整合模塊，支持多種協議、DSP、RF、內建天線，並採用專為EM通道管理而設計的材料打造背板。

Almgren指出，採用毫米波非接觸技術而實現的系統，可讓每個連接器工作時的功耗低於100mw，但在EMI、RFI和ESD方面帶來了巨大挑戰。

此外，Keyssa還必須確保其技術支持所有行業標準。但在「沒有軟體開銷的條件下」做到這點也很困難，Almgren補充道。

因此，過去幾年來，該公司的資源大部分都用在無線晶元設計之外。Keyssa的設計選擇和工程技術覆蓋材料、波導、連接架構、特定的EMI結構、空氣間隙和結構屏蔽等。

除了設計無線晶元外，Almgren 說，「我們必須做所有的[材料和機械]科學，以便讓兩種晶元——一個收發器和一個接收器，同時保持溫度和條件中立，才能使連接技術實現低功耗和高可靠性。」

Keyssa公司的首席法律顧問Patrick Reutens表示，這促使Keyssa開發了「涉及其非接觸技術實現的深度技術，以便實現可製造性和批量生產。」其結果呢？Reutens表示，「一系列廣泛的專利組合(累積申請的專利應用超過250件， 以及全球超過100個發布且經認可的專利)覆蓋系統級實現(包括材料、波導、連接架構和連接器結構)、生產測試和使用案例。」

即將面對一場硬仗？

儘管具有可製造性專業技術，但Keyssa公司的Kisses仍然勢必要打一場硬仗。

Bishop & Associates分析師Pheteplace認為，Kiss Connectivity面臨最大的挑戰是「說服謹慎的大型OEM廠不再使用傳統的標準連接器進行設計。」他表示，「Keyssa需要讓產品得到整個電子行業的接受，成為即插即用的一種實用技術(想想USB在最初啟用的時候吧)。」

Almgren承認，「幾十年來，工程師一直順利地使用機械連接器和彈簧插針用的連接器。」然而，他認為目前還有幾個關鍵趨勢正逐漸吸引工程師和產品設計師採用其它解決方案。

一個是速度。每個人都希望更快。在他看來，「銅纜對於高速信號的限制正迅速地呈現出來。」他表示，金屬在行業中的使用效果向來不錯，但隨著外形尺寸的縮小，使用銅纜管理這些更高速度的信號變得越來越困難。

令人好奇的是，他也看到了Kiss在內部連接方面的潛能。

未來的數據中心或自動駕駛汽車會如何處理大數據傳輸的負荷？對於從CMOS圖像感測器傳送至中央感測器融合晶元的原始數據來說，哪種連接方案能夠快速地進行處理？目前承載這些信號的脆弱、昂貴的柔性電纜也許無法勝任。

還有信號干擾問題……

在較高速度時，金屬連接器輻射的信號可能干擾其它信號(大多數時候是WiFi).他解釋道,「Intel曾寫過有關這個主題的白皮書。他們發現，金屬上傳輸的USB 3.0信號所輻射的信號會直接干擾2.4GHz的WiFi信號。」

Keyssa並沒透露目前有哪些OEM的產品計劃集成Kiss Connectivity。但邀請富士康加入Keyssa的「連接世界」計劃意味著富士康可能有對製造其模塊有興趣。然而，三星是否考慮在其智能手機中使用Keyssa的無線連接器，目前則不得而知。

Keyssa最近發布的KSS104M晶元「將以超小型的3×3mm封裝供貨」，並採用台積電(TSMC)的65nm工藝技術製造。Almgren解釋，因為它包含了模擬和射頻電路，對於像Keyssa這樣的新公司來說是「是很好的起點」。

他也非常明白，如果無線連接器要用在智能手機等大規模市場中，那麼這些晶元需要第二個供應來源。因此，Almgren透露，Keyssa可能在今年第4季度宣布與一家大型半導體公司合作

本文為《電子工程專輯》原創，版權所有，謝絕轉載

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