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邁出試探性一步 可穿戴技術(shù)帶來的機(jī)會(huì)不可估量

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關(guān)鍵詞: 可穿戴技術(shù)

      對(duì)于可穿戴技術(shù),腕部的需求最多,同時(shí)身體其他部位也可能有很多需求。 甚至是我們穿的衣服也正在成為下一大變革的一環(huán);隨著可穿戴技術(shù)的概念為大家所接受,技術(shù)正變得越來越移動(dòng)化。 作為一個(gè)新興行業(yè),它依賴眾多技術(shù),但最離不開的莫過于集成電子元件。幸運(yùn)的是,對(duì)開發(fā)人員來說,嵌入式電子元件已經(jīng)是可穿戴技術(shù)無可爭(zhēng)辯的最成熟領(lǐng)域,并因此為OEM 廠商提供了許多機(jī)會(huì)來影響這一新興趨勢(shì)。

      可穿戴技術(shù)預(yù)期涵蓋電子元件制造、生物、生化和可再生能源領(lǐng)域,正以一種前所未有方式發(fā)展著。它帶來了無可估量的創(chuàng)新機(jī)會(huì),必將在市場(chǎng)上活躍變化數(shù)十年,并會(huì)進(jìn)一步延伸并融入現(xiàn)代生活的方方面面。這一進(jìn)程我們已經(jīng)走出試探性的第一步,可能會(huì)永久性的改變現(xiàn)代生活。

      關(guān)鍵特性

      簡易懷表早在 16 世紀(jì)即已出現(xiàn),直到第一次世界大戰(zhàn)也沒多大改變,主要變化就是為方便而移到手腕上。 這可以看成第一個(gè)曾經(jīng)出現(xiàn)的“可穿戴技術(shù)”實(shí)例,在隨后的一個(gè)完整世紀(jì)中,它基本只是一種計(jì)時(shí)手段。 當(dāng)然,自從出現(xiàn)集成電子元件后,手表的基本功能已發(fā)了生巨大變化,因此它順理成章地成為可穿戴設(shè)備第一批現(xiàn)代實(shí)例的改造目標(biāo)。

      市場(chǎng)分析雜志 IHS Electronics & Media 將這一類設(shè)備定義為因延長時(shí)間期間而穿戴,并因此用戶體驗(yàn)大大提升,同時(shí)它們擁有先進(jìn)的電路、無線連接和獨(dú)立處理能力。 該雜志進(jìn)一步定義了可穿戴技術(shù)類別:健身、醫(yī)療護(hù)理、工業(yè)、軍事和娛樂。 大體來說,這五個(gè)類別均由不同形式的數(shù)據(jù)采集、處理和顯示技術(shù)組成,重復(fù)本地處理能力需要。

      當(dāng)然,在一更技術(shù)性的層面,對(duì)于任何一個(gè)旨在為了延長各級(jí)別活動(dòng)的時(shí)間期間而穿戴的設(shè)備,其關(guān)鍵屬性將是尺寸和功耗,且兩者都是越小越好。 這些都是集成器件制造商考察多年的要求,并受摩爾定律制約和制造和封裝技術(shù)發(fā)展制約。 現(xiàn)在這項(xiàng)挑戰(zhàn)就是如何將先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)與紡織、傳感器和能源領(lǐng)域新興的“智能”解決方案集成在一起。 可穿戴技術(shù)的每一個(gè)方面都依賴最優(yōu)的點(diǎn)解決方案組合。幸運(yùn)的是,已經(jīng)有多種微控制器可以批量供應(yīng),有效地解決了這一新興行業(yè)的需要。

      領(lǐng)先的解決方案

      隨著 ARM 與合作伙伴 Freescale Semiconductor 合作推出 Cortex-M0+ 內(nèi)核,眾多 IDM(集成器件制造商)已經(jīng)在其超低功耗產(chǎn)品中采用這種內(nèi)核。 Cortex-M0+ 將多種特性與低功耗運(yùn)行組合到一起,完美契合多種應(yīng)用需要,且當(dāng)運(yùn)用到最新的空間節(jié)省型封裝中時(shí),它就是能夠?qū)崿F(xiàn)可穿戴技術(shù)的解決方案代表。

      例如 Kinetis KL02 就是來自 Freescale Semiconductor,采用 20 引腳 WLCSP(晶圓級(jí)芯片尺寸封裝)封裝選擇,每側(cè)尺寸僅為 2 mm,高度小于 0.6 mm。 除了是 ARM 提供的最小 MCU 外,KL02 還具有九個(gè)低功耗模式,每個(gè)器件均帶有唯一的 80 位標(biāo)識(shí)號(hào)。

      獨(dú)特的特性有助于根據(jù)通用處理器內(nèi)核來區(qū)分器件,如 Cortex-M0+。例如,來自 NXP Semiconductor 的 LPC81XM 具有引腳中斷/模式匹配引擎(圖 1),允許在已定義的 I/O 上存在電平,以便使用預(yù)定義布林表達(dá)式獲取,以生成中斷。 對(duì)于需要處理器在睡眠模式花費(fèi)更多周期的應(yīng)用來說,這可能比較有用,因?yàn)榭梢怨?jié)省電池電量。 

     邁出試探性一步 可穿戴技術(shù)帶來的機(jī)會(huì)不可估量

      圖 1:NXP 的 LPC81 系列采用模式匹配引擎來減少 CPU 活動(dòng)。

      Zero Gecko 系列則來自 Silicon Labs, 在外設(shè)反射系統(tǒng)中集成了類似的特性,但更復(fù)雜。外設(shè)能夠彼此通信,同時(shí)內(nèi)核仍保持低功耗睡眠模式。 Gecko 器件也采用低功耗傳感器接口 (LESENSE) 技術(shù),這種技術(shù)能夠讓設(shè)備控制多達(dá)十六個(gè)模擬傳感器,而無需 CPU 干預(yù)(圖 2)。 它工作在 900 nA 睡眠模式,可與容性、感性和阻性傳感器連接。 這可能與為健康監(jiān)控或家庭護(hù)理開發(fā)的可穿戴技術(shù)特別相關(guān),在這些應(yīng)用中傳感器將用于長期監(jiān)控身體狀況。 

    邁出試探性一步 可穿戴技術(shù)帶來的機(jī)會(huì)不可估量 

      圖 2:Silicon Labs 提供的 Gecko 器件中的 LESENSE 接口能夠讓外設(shè)與模塊外設(shè)互動(dòng),無需使用 CPU。

      作為新興市場(chǎng),“典型”一詞不能用于任何可穿戴技術(shù),但是由于它明顯只是在穿戴時(shí)才活動(dòng),因此預(yù)期任何器件大部分時(shí)間不活動(dòng)是合理的。 但是由于任何使用者都希望當(dāng)需要設(shè)備時(shí)就始終能“立即”運(yùn)行,因此如果還要花時(shí)間重新給耗盡的電池充電是決不會(huì)被接受的。 出于這一原因,超低功耗模式對(duì)于確保設(shè)備能始終保持就緒狀態(tài)是至關(guān)重要的,而 Cortex-M0+ 內(nèi)核就是按這種低功耗要求設(shè)計(jì),IDM 通??梢允褂盟鼈儗?shí)現(xiàn)總體低功耗戰(zhàn)略。 最后談?wù)剚碜?STMicroelectronics 的 STM32L0 系列,該系列提供待機(jī)模式,當(dāng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC) 關(guān)閉時(shí)只消耗 0.27 μA 電流(如果 RTC 保持開,則消耗升至 0.65 μA(1.8 V 時(shí)))。 該器件只需 60 μS 即可從待機(jī)模式喚醒,但只保持留存在待機(jī)寄存器中的數(shù)據(jù)。

      盡管只提供兩個(gè)低功耗模式,Atmel 提供的這種基于 Cortex-M0+ 的 ATSAMD20 系列也實(shí)現(xiàn)了一種智能外設(shè)方法,能最大程度地降低內(nèi)核活動(dòng)。 事件系統(tǒng)允許外設(shè)直接發(fā)送和接收信號(hào)(事件),無需喚醒內(nèi)核即可執(zhí)行。 它同時(shí)工作在異步和同步兩種模式,事件系統(tǒng)提供八個(gè)可配置通道,并組成五十九個(gè)事件“發(fā)生器”,和十四個(gè)事件“用戶”(圖 3)。

    邁出試探性一步 可穿戴技術(shù)帶來的機(jī)會(huì)不可估量

      圖 3:Atmel 事件系統(tǒng)技術(shù)允許 ATSAMD20 保持在低功耗工作模式。

      能量收集

      可穿戴技術(shù)中一個(gè)尚未全面解決的問題就是為設(shè)備提供所需要的能量(雖然很?。?。 電池仍是主要解決方案,但電池相對(duì)較大,因此我們不可避免的要求或希望使用可持續(xù)的來源為較小的設(shè)備供電。 因此,能量收集概念迅速流行起來。

      可穿戴技術(shù)正在快速發(fā)展中,預(yù)期在創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)⒂械木薮蟮脑鲩L潛力。 因此很有可能將永久性地改變我們的生活。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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