點亮可穿戴光環(huán)的半導(dǎo)體技術(shù)——記2014可穿戴設(shè)備半導(dǎo)體設(shè)計技術(shù)論壇

即使在嚴(yán)寒的冬季，可穿戴技術(shù)的熱度依然不減。它已經(jīng)成為了電子技術(shù)的未來明珠。在由《今日電子》雜志和21IC中國電子網(wǎng)舉辦的可穿戴設(shè)備半導(dǎo)體設(shè)計技術(shù)論壇上，來自一線半導(dǎo)體廠商的代表和行業(yè)專家與期望在這個新興行業(yè)大展身手的聽眾一起，共同探討了怎樣用半導(dǎo)體技術(shù)構(gòu)筑可穿戴技術(shù)的廣闊空間。

中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會副理事長何小慶老師為論壇做了開場演講。他認(rèn)為，“穿戴設(shè)備是互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的延伸，是計算的革命，未來將改變我們的生活方式。”

何小慶老師將可穿戴設(shè)備的發(fā)展歸結(jié)為IT技術(shù)發(fā)展的第三波浪潮，其發(fā)展速度已經(jīng)大幅超過了傳統(tǒng)PC和智能手機的發(fā)展速度。尤其是2014年，已經(jīng)成為了可穿戴技術(shù)發(fā)展歷史上不平凡的一年。從年初CES上的無限風(fēng)光，到年中各大賣場的少人問津，再到年底的黑色星期五搶購潮，可穿戴技術(shù)歷經(jīng)動蕩后更顯無限生機。根據(jù)市場公司的預(yù)測，2014年的智能手表發(fā)貨量將達(dá)到800萬個，到2015年則會超過2300萬個。

“可穿戴設(shè)備是一個典型的嵌入式系統(tǒng)，由嵌入式處理器加傳感器和射頻組成”，何小慶老師指出，基于ARM Cortex M3的MCU 是穿戴設(shè)備主流處理器，藍(lán)牙4.0（BLE）是主要采用的無線協(xié)議技術(shù)。在當(dāng)前的可穿戴設(shè)備設(shè)計中，降低芯片的功耗是設(shè)計首要難點。目前采取的方法多為讓處理器快速執(zhí)行命令，快速睡眠，再快速喚醒。另一個重點在于保證傳感器采樣的實時性、數(shù)據(jù)完整性和低功耗平衡，還要不斷改進(jìn)生物傳感器技術(shù)。此外，人機交互方式、充電方式，工業(yè)設(shè)計，都需要進(jìn)一步提升。

未來的可穿戴主要有三大應(yīng)用方向：游戲和娛樂、信息交互和健康醫(yī)療。其中，健康醫(yī)療已經(jīng)成為了可穿戴設(shè)備的大熱門，近幾年可穿戴設(shè)備的發(fā)展將主要取決于醫(yī)療保健領(lǐng)域的推動。

在最后，何老師給出對可穿戴行業(yè)的發(fā)展給出建議，“可穿戴設(shè)備是科技與商業(yè)的結(jié)合，獲得商業(yè)成功很難，大家要有耐心。”

在何小慶老師的演講結(jié)束后，來自半導(dǎo)體廠商的代表開始登臺，展示各自的解決方案。

首先是意法半導(dǎo)體公司，其在可穿戴設(shè)備剛興起的時候就進(jìn)入了這個市場，現(xiàn)在更是在著重打造可穿戴生態(tài)圈。意法公司認(rèn)為完善的生態(tài)環(huán)境是半導(dǎo)體公司取勝的基石，因此力推涵蓋方案提供、方案制造和服務(wù)提供的閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。由于其產(chǎn)品線非常寬廣，因此能提供完整的可穿戴產(chǎn)品解決方案。以智能手表為例，ST退出了以STM32單片機為中心，外圍配以藍(lán)牙模塊、加速度計和陀螺儀等各種傳感器，還有充電管理器和電池管理器的解決方案。作為核心的STM32單片機，根據(jù)片上閃存的大小，可分為主流、超低功耗和超高性能，現(xiàn)已應(yīng)用在智能手表，智能手環(huán)、空氣果等多個產(chǎn)品中。在傳感器方面，意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品種類不但廣泛，而且針對睡眠監(jiān)測、醫(yī)療健康、運動監(jiān)測、手勢識別、慣性導(dǎo)航等專項應(yīng)用都開發(fā)了各自的算法。最近，意法半導(dǎo)體還推出了光電式心率檢測的集成解決方案，大幅降低了系統(tǒng)開發(fā)成本。

為了便于工程師開發(fā)，意法半導(dǎo)體還提供可穿戴應(yīng)用參考設(shè)計的原理圖、PCB文件、源代碼。并且，還有驗證過的原型機和開發(fā)板，方便工程師進(jìn)行快速的開發(fā)。在企業(yè)合作方面，也是建立生態(tài)環(huán)境的重要一環(huán)上，意法半導(dǎo)體已經(jīng)與谷歌、百度、中興等企業(yè)結(jié)成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)盟，共同打造良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。

模擬混合信號廠商Silicon Labs對可穿戴設(shè)備的設(shè)計細(xì)節(jié)更為關(guān)心。其認(rèn)為產(chǎn)品差異化是產(chǎn)品勝出的關(guān)鍵。而差異化就包括了工業(yè)設(shè)計和人機界面、傳感器的使用、可用性和增值服務(wù)等要素，因而就要在產(chǎn)品特點、電池壽命、成本和設(shè)備大小方面進(jìn)行權(quán)衡。電池壽命是可穿戴產(chǎn)品能否成功的最重要因素，其中，選擇正確的MCU又對電池壽命起著決定性作用。Silicon labs的EFM32單片機，因為采用了ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有極低的工作電流和休眠電流，可大幅延長電池壽命。并且，EFM32還具有外設(shè)反射系統(tǒng)，可以根據(jù)時鐘命令來直接喚醒傳感器進(jìn)行采樣，無需處理器內(nèi)核啟動，提高了能耗使用性。

傳感器是產(chǎn)品功能多樣化的靈魂，Silicon labs可提供多種有特色的傳感器，如單芯片數(shù)字紫外線指數(shù)傳感器Si1132，還有心率和血氧傳感器Si114x，它們能提供豐富的功能組合。像Si1132就能提供實時和累積的紫外線光照信息，加之整合的環(huán)境光傳感器，適合健身健康應(yīng)用。而Si114x除了有與Si1132相同的功能外，還支持心率和血氧測量。最后一點，可穿戴產(chǎn)品的通信功能是必不可少的，Silicon labs可提供支持智能藍(lán)牙的產(chǎn)品，可大幅降低傳輸能耗。

綜合以上產(chǎn)品，加之以Simplicity Studio開發(fā)平臺，Silicon labs為開發(fā)者提供了一個通用便捷的開發(fā)平臺。

除了這些國際芯片大廠，來自國內(nèi)的芯片公司也開始在可穿戴領(lǐng)域嶄露頭角，光聚科技就是其中的代表。他們對可穿戴產(chǎn)品有著獨特的認(rèn)識，“很多可穿戴式產(chǎn)品還僅僅是可以穿戴而非想要穿戴，對于用戶來說，功能和設(shè)計都缺乏剛性需求”。光聚科技眼中的剛性需求就是便攜式醫(yī)療。對于中國千百萬的家庭來說，這將是一個意義重大的應(yīng)用。根據(jù)艾媒咨詢（iMedia Research）數(shù)據(jù)顯示，2012年中國可穿戴便攜移動醫(yī)療設(shè)備市場銷售規(guī)模達(dá)到4.2億元，預(yù)計到2015年這一市場規(guī)模將超過10億元。

光聚科技預(yù)計柔性傳感器和可植入技術(shù)將是未來可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品的重要推手。在植入式醫(yī)療關(guān)鍵技術(shù)的研究方面，光聚科技已經(jīng)研制了以金、鉑、鈦等多種材料為導(dǎo)體，二氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺、聚對二甲苯為絕緣材料等多種結(jié)構(gòu)和型號的植入器件。

雖成立時間不長，但光聚科技已經(jīng)成為了亞太地區(qū)唯一一家醫(yī)療級設(shè)備芯片供應(yīng)商。針對移動健康（穿戴式）應(yīng)用的SOC處理芯片WT01是其今年推出的最新產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有單通道（最高支持8通道）高速500SPS、16bits ADC采集；200 μW超低功耗；3mm ×3mm超小封裝等特點。由于采用了國麻省理工學(xué)院提供的MIT-BIH數(shù)據(jù)庫，WT01可以精確解析48種ECG樣本。同時，運用上文提到的可植入器件，光聚科技還推出了動態(tài)血糖儀。這種產(chǎn)品一經(jīng)植入患者皮膚，可連續(xù)監(jiān)測3～5天，完全掌控血糖波動趨勢。[!--empirenews.page--]

從本屆論壇上所展示的方案來看，國際廠商在產(chǎn)品的完整性和性能上都占有優(yōu)勢，但國內(nèi)廠商也在奮起直追，由于更接近國內(nèi)的消費者，他們往往能以很好的切入點進(jìn)入市場。同時，在性能方面，國內(nèi)產(chǎn)品的進(jìn)步也非常快，有些特性已經(jīng)能比肩國際大廠了?？梢灶A(yù)期，在明年的論壇上，還會有更多的尖端技術(shù)會展示給大家。