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半导体技术撑起可穿戴世界

发布时间:2017-12-07 08:39:00 文章来源:未来智库    
    从可穿戴设备可被认作成一个典型的嵌入式系统,由嵌入式处理器加传感器和射频组成,基于ARM Cortex M3的MCU是穿戴设备主流处理器,蓝牙4.0(BLE)是主要采用的无线协议技术。基于这种组合,很多半导体公司都推出了自己的解决方案。
    首先是意法半导体公司,其在可穿戴设备刚兴起的时候就进入了这个市场,现在更是在着重打造可穿戴生态圈。意法公司认为完善的生态环境是半导体公司取胜的基石,因此力推涵盖方案提供、方案制造和服务提供的闭环生态系统。由于其产品线非常宽广,因此能提供完整的可穿戴产品解决方案。以智能手表为例,ST退出了以STM32单片机为中心,外围配以蓝牙模块、加速度计和陀螺仪等各种传感器,还有充电管理器和电池管理器的解决方案。作为核心的STM32单片机,根据片上闪存的大小,可分为主流、超低功耗和超高性能,现已应用在智能手表,智能手环、空气果等多个产品中。在传感器方面,意法半导体的产品种类不但广泛,而且针对睡眠监测、医疗健康、运动监测、手势识别、惯性导航等专项应用都开发了各自的算法。最近,意法半导体还推出了光电式心率检测的集成解决方案,大幅降低了系统开发成本。
    模拟混合信号厂商Silicon Labs对可穿戴设备的设计细节更为关心。其认为产品差异化是产品胜出的关键。而差异化就包括了工业设计和人机界面、传感器的使用、可用性和增值服务等要素,因而就要在产品特点、电池寿命、成本和设备大小方面进行权衡。电池寿命是可穿戴产品能否成功的最重要因素,其中,选择正确的MCU又对电池寿命起着决定性作用。Silicon labs的EFM32单片机,因为采用了ARMCortexM3内核,具有极低的工作电流和休眠电流,可大幅延长电池寿命。并且,EFM32还具有外设反射系统,可以根据时钟命令来直接唤醒传感器进行采样,无需处理器内核启动,提高了能耗使用性。
    传感器是产品功能多样化的灵魂,Silicon labs可提供多种有特色的传感器,如单芯片数字紫外线指数传感器Sil132,还有心率和血氧传感器Si114x,它们能提供丰富的功能组合。像Si1132就能提供实时和累积的紫外线光照信息,加之整合的环境光传感器,适合健身健康应用。而Si114x除了有与Sil132相同的功能外,还支持心率和血氧测量。最后一点,可穿戴产品的通信功能是必不可少的,Silicon labs可提供支持智能蓝牙的产品,可大幅降低传输能耗。
    除了这些国际芯片大厂,来自国内的芯片公司也开始在可穿戴领域崭露头角,光聚科技就是其中的代表。他们对可穿戴产品有着独特的认识,“很多可穿戴式产品还仅仅是可以穿戴而非想要穿戴,对于用户来说,功能和设计都缺乏刚性需求”。光聚科技眼中的刚性需求就是便携式医疗。对于中国千百万的家庭来说,这将是一个意义重大的应用。光聚科技预计柔性传感器和可植入技术将是未来可穿戴医疗产品的重要推手。在植入式医疗关键技术的研究方面,光聚科技已经研制了以金、铂、钛等多种材料为导体,二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、聚对二甲苯为绝缘材料等多种结构和型号的植入器件。
    未来,可穿戴设备中的半导体技术还要面对几个挑战。首先,降低芯片的功耗是个大问题。目前采取的方法多为让处理器快速执行命令,快速睡眠,再快速唤醒。另一个重点在于保证传感器采样的实时性、数据完整性和低功耗平衡,还要不断改进生物传感器技术。此外,人机交互方式、充电方式,工业设计,都需要进一步提升。要想让可穿戴真正普及,半导体厂商还要继续快马扬鞭。
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