點(diǎn)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(jì)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(lái)明珠。在由《今日電子》雜志和21IC中國(guó)電子網(wǎng)舉辦的可穿戴設(shè)備半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)論壇上，來(lái)自一線半導(dǎo)體廠商的代表和行業(yè)專家與期望在這個(gè)新興行業(yè)大展身手的聽(tīng)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(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)副理事長(zhǎng)何小慶老師為論壇做了開(kāi)場(chǎng)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(jì)算的革命，未來(lái)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(guò)了傳統(tǒng)PC和智能手機(jī)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(wú)限風(fēng)光，到年中各大賣場(chǎng)的少人問(wèn)津，再到年底的黑色星期五搶購(gòu)潮，可穿戴技術(shù)歷經(jīng)動(dòng)蕩后更顯無(wú)限生機(jī)。根據(jù)市場(chǎng)公司的預(yù)測(cè)，2014年的智能手表發(fā)貨量將達(dá)到800萬(wàn)個(gè)，到2015年則會(huì)超過(guò)2300萬(wàn)個(gè)。

“可穿戴設(shè)備是一個(gè)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(wú)線協(xié)議技術(shù)。在當(dāng)前的可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)中，降低芯片的功耗是設(shè)計(jì)首要難點(diǎn)。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(gè)重點(diǎn)在于保證傳感器采樣的實(shí)時(shí)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(jī)交互方式、充電方式，工業(yè)設(shè)計(jì)，都需要進(jìn)一步提升。

未來(lái)的可穿戴主要有三大應(yīng)用方向：游戲和娛樂(lè)、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(dòng)。

在最后，何老師給出對(duì)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(lái)自半導(dǎo)體廠商的代表開(kāi)始登臺(tái)，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(shí)候就進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)，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(jī)為中心，外圍配以藍(lán)牙模塊、加速度計(jì)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(jī)，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(gè)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(duì)睡眠監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、慣性導(dǎo)航等專項(xiàng)應(yīng)用都開(kāi)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(cè)的集成解決方案，大幅降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本。

為了便于工程師開(kāi)發(fā)，意法半導(dǎo)體還提供可穿戴應(yīng)用參考設(shè)計(jì)的原理圖、PCB文件、源代碼。并且，還有驗(yàn)證過(guò)的原型機(jī)和開(kāi)發(fā)板，方便工程師進(jìn)行快速的開(kāi)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(hào)廠商Silicon Labs對(duì)可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)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(jì)和人機(jī)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(diǎn)、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(duì)電池壽命起著決定性作用。Silicon labs的EFM32單片機(jī)，因?yàn)椴捎昧薃RM Cortex-M3內(nèi)核，具有極低的工作電流和休眠電流，可大幅延長(zhǎng)電池壽命。并且，EFM32還具有外設(shè)反射系統(tǒng)，可以根據(jù)時(shí)鐘命令來(lái)直接喚醒傳感器進(jìn)行采樣，無(wú)需處理器內(nèi)核啟動(dòng)，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(shí)時(shí)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(cè)量。最后一點(diǎn)，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(kāi)發(fā)平臺(tái)，Silicon labs為開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)通用便捷的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

除了這些國(guó)際芯片大廠，來(lái)自國(guó)內(nèi)的芯片公司也開(kāi)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(duì)可穿戴產(chǎn)品有著獨(dú)特的認(rèn)識(shí)，“很多可穿戴式產(chǎn)品還僅僅是可以穿戴而非想要穿戴，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，功能和設(shè)計(jì)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(duì)于中國(guó)千百萬(wàn)的家庭來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)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(guó)可穿戴便攜移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)銷售規(guī)模達(dá)到4.2億元，預(yù)計(jì)到2015年這一市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)10億元。

光聚科技預(yù)計(jì)柔性傳感器和可植入技術(shù)將是未來(lái)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(duì)二甲苯為絕緣材料等多種結(jié)構(gòu)和型號(hào)的植入器件。

雖成立時(shí)間不長(zhǎng)，但光聚科技已經(jīng)成為了亞太地區(qū)唯一一家醫(yī)療級(jí)設(shè)備芯片供應(yīng)商。針對(duì)移動(dòng)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(diǎn)。由于采用了國(guó)麻省理工學(xué)院提供的MIT-BIH數(shù)據(jù)庫(kù)，WT01可以精確解析48種ECG樣本。同時(shí)，運(yùn)用上文提到的可植入器件，光聚科技還推出了動(dòng)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(cè)3～5天，完全掌控血糖波動(dòng)趨勢(shì)。[!--empirenews.page--]

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