眾廠商熱議可穿戴設(shè)備的技術(shù)發(fā)展

摘要：本文通過對各大可穿戴設(shè)備相關(guān)廠商的訪談，探討了可穿戴設(shè)備的技術(shù)發(fā)展。

感知技術(shù)

英飛凌的智能傳感器

　　在智能手表方面，在今年的Google I/O 2016上，谷歌神秘的ATAP(Advanced Technologies and Projects)部門與LG合作推出一款智能手表，表帶處內(nèi)置的Soli技術(shù)用于捕捉用戶指尖的微小動作。這是由英飛凌開發(fā)的60 GHz雷達傳感器實現(xiàn)的新型傳感技術(shù)。它借助谷歌軟件，利用很小的運動實現(xiàn)一流的自然手勢識別，能讓用戶像人與人互動一樣地與機器交互。

　　在智能手機方面，2016年6月，聯(lián)想推出了全球首款A(yù)R智能手機，具備最小巧的3D相機，英飛凌提供的REAL3?圖像傳感器芯片，讓這款智能手機具備實時3D環(huán)境感知功能。

　　在光學方面，英飛凌和歌爾聲學合作，共同推出兩款高分辨率、高集成度光學傳感器。該光學芯片可滿足可穿戴設(shè)備中的心率和脈搏血氧飽和度監(jiān)測應(yīng)用對于精準測量、體形小巧以及超低功耗的要求。該傳感器解決方案可讓耳機、健身腕帶和智能手表等可穿戴設(shè)備擁有一流性能。

　　在聲學方面，英飛凌的“微型”硅基麥克風在確保具有與普通麥克風相同的聲學和電學性能的同時，實現(xiàn)了只有普通麥克風一半大小的尺寸，而功耗也僅為普通麥克風的三分之一。英飛凌硅基麥克風結(jié)實耐用，耐熱性更強，可很好地實現(xiàn)可穿戴設(shè)備的通話功能。

　　此外，英飛凌的壓力傳感器，為可穿戴設(shè)備增添了新的有趣功能，如計步、高度測量、監(jiān)測佩戴者的坐、站立、走、跑等狀態(tài)以及室內(nèi)導航等功能，讓可穿戴設(shè)備更具實用性。舉例來說，當搭載了英飛凌DPS310壓力傳感器的可穿戴設(shè)備佩戴者置身購物廣場或多層停車場等場景時，DPS310可以幫助設(shè)備精確定位所處的樓層，幫助用戶找出抵達目的地的路線。此外，這枚小小的芯片能為計算海拔升高和垂直速度提供準確數(shù)據(jù)。例如，根據(jù)測量數(shù)據(jù)的變化，通過特定的算法，可以掌握佩戴了手環(huán)或手表的老人從站立到平躺，或平躺到站立的狀態(tài)變化，從而作出相應(yīng)的及時應(yīng)對。

　　NFCRing公司近期推出全球首款符合EMVCo標準的支付戒指，它采用英飛凌股份公司的非接觸式安全芯片。這個小巧的防水型智能可穿戴設(shè)備，有著一張非接觸式支付卡一樣的支付功能。用戶只需要將戴有戒指的手指靠近任何支持EMVCo非接觸標準的支付終端晃動一下，即可輕松完成支付。這枚支付戒指采用近場通信(NFC)技術(shù)，可以在只有幾厘米的較短距離內(nèi)傳送數(shù)據(jù)。

生活狀態(tài)檢測功能將受關(guān)注

　　當下可穿戴電子產(chǎn)品中，無線遙控類、玩具類和醫(yī)療健康類可穿戴設(shè)備將會有較好的發(fā)展。而更多種類的和更微弱的生物電信號感知將會是未來可穿戴電子產(chǎn)品設(shè)備的發(fā)展方向，例如，測量眼球運動和腦電波信號。可穿戴設(shè)備的生活狀態(tài)檢測功能將會逐漸受到關(guān)注，例如，病人和老人生命體征的檢測。而更專業(yè)、更貼合慢性病的防治和監(jiān)控將會是這一類可穿戴設(shè)備的發(fā)展方向。

　　在可穿戴設(shè)備方面，東芝有ApP-Lite系列芯片方案，該方案具有以下優(yōu)勢：

　　? 多傳感器的融合，高集成度單芯片方案(包含傳感器、模擬前端放大處理電路、高精度AD、藍牙和ARM主控芯片);

　　? 微弱生物電信號的測量;

　　? 高性能處理器對信號的處理與提取;

　　? 完善的電源管理及低功耗的硬件設(shè)計，適合電池供電和長時間運行;

　　? 東芝提供動作行為分析，脈搏、ECG、SPO2(血氧)的算法和中間件。

腦電產(chǎn)品將很快席卷可穿戴市場

　　就目前的市場應(yīng)用情況及技術(shù)發(fā)展來看，健康感知和生命體征信號的監(jiān)測是可穿戴產(chǎn)品最為青睞的功能。具體來看，對于運動的檢測及計量相對成熟，但是對于運動狀態(tài)和相關(guān)生命體征信號的快速及精確的監(jiān)測還有改進的空間。例如光電法測量體征信號，如心率、血氧含量及其他健康指數(shù)，這需要更新的光電傳感技術(shù)以及相應(yīng)的系統(tǒng)級數(shù)據(jù)處理技術(shù)，集中包括日常運動情況下的持續(xù)準確測量以及采集到數(shù)據(jù)的后臺融合及分析使用等。

　　目前在市場上比較成熟的手表以及手環(huán)類產(chǎn)品，從趨勢來看，越來越多的健康類可穿戴產(chǎn)品已經(jīng)在鞋、帽以及眼鏡中出現(xiàn)。除此以外，可穿戴的腦電產(chǎn)品也很快會在市場上出現(xiàn)，其可實現(xiàn)更加炫酷好玩的應(yīng)用體現(xiàn)，例如，你的睡眠監(jiān)測將更加準確科學;你對外界環(huán)境的變化的反應(yīng)將被監(jiān)測或量化;帶有腦電監(jiān)測的耳機可以監(jiān)測你對各類音樂的不同反應(yīng)等。這些都可以用來開發(fā)非常有趣的應(yīng)用。配飾類的智能化產(chǎn)品也使得可穿戴家族的產(chǎn)品種類更加豐富。另外，環(huán)境類的監(jiān)測功能，也會在下一輪的豐富可穿戴產(chǎn)品的功能方面被廣泛采納。目前國內(nèi)的可穿戴產(chǎn)品主要大客戶的出貨量雖然和手機的出貨量對比來看還有很大差距，但是絕對量已經(jīng)相當可觀。

深度傳感與交互仍需行業(yè)突破

　　從當前的可穿戴市場來看，有兩類產(chǎn)品特別突出。一類是智能手表，智能手表可實時跟蹤人體的運動及生理狀況并與手機、家居、汽車互聯(lián)，可延伸相關(guān)的服務(wù)。另一類是AR/VR產(chǎn)品，AR/VR作為一種高起點的集成智能傳感、計算、交互的平臺，可與各個產(chǎn)業(yè)廣泛深度地結(jié)合。行業(yè)發(fā)展空間很大。

　　對可穿戴產(chǎn)品來說，深度地傳感與交互仍是需要行業(yè)突破的重點。深度傳感將從單體傳感器數(shù)據(jù)簡單處理升級到多傳感器子系統(tǒng)的深度數(shù)據(jù)融合。多傳感器融合將包括對運動、聲學、環(huán)境、光學等諸多傳感器類型的數(shù)據(jù)進行有機地分析，讓用戶有更好的體驗和服務(wù)。

　　博世傳感器解決方案一直在以下幾個方面努力：

　　1. 傳感器單體的尺寸越來越小、功耗越來越低，符合可穿戴市場對尺寸與功耗的極致要求;

　　2. 傳感器的類型會越來越多，能檢測的類型越來越豐富，如我們的BME680，集成了氣壓、溫度、濕度及室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測于一體;

　　3. 多傳感器的集成，如BNO055集成了加速度、地磁、陀螺儀及處理器與算法于一體，非常方便客戶開發(fā);

　　4. 傳感器的智能程度越來越高，在傳感器器件中集成越來越多的智能功能，簡化系統(tǒng)開發(fā)，分擔主處理器的運算強度，大大降低了整機的系統(tǒng)功耗。

可穿戴設(shè)備需要大數(shù)據(jù)的支撐

　　可穿戴設(shè)備不僅包括硬件，更重要的是硬件后端的大數(shù)據(jù)以及服務(wù)?？纱┐麟娮赢a(chǎn)品需要后臺大數(shù)據(jù)以及服務(wù)的強力支撐，才能具有更高的用戶粘性，同時促進可穿戴應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展?？纱┐鳟a(chǎn)品首先要接入云，而接入云端的方式可以通過多種無線傳輸標準來實現(xiàn)，比如藍牙、低功耗Wi-Fi，甚至最近比較流行的LoRa等，這些無線模塊意法半導體都可以提供。其次，對于產(chǎn)品本身，我們更關(guān)注在各個垂直領(lǐng)域內(nèi)的功能。比如針對跑步的計歩、卡路里這種基本功能，以及PDR結(jié)合GPS的高級功能等。又比如在健康領(lǐng)域的動態(tài)心率血氧測量、血壓測量等。除此之外，意法半導體已經(jīng)與業(yè)界互聯(lián)網(wǎng)公司建立了非常密切的合作關(guān)系，我們會不斷聽取客戶以及合作伙伴的意見，根據(jù)市場的需求尋找更多的第三方合作伙伴，從而打造更加豐富的可穿戴生態(tài)環(huán)境。

　　意法半導體不僅為可穿戴設(shè)備提供了高集成度、低功耗以及小封裝的微處理器平臺、傳感器、低功耗藍牙等，而且還提供基于該平臺的各種傳感器算法，幫助客戶實現(xiàn)各種手勢以及姿態(tài)識別，簡化客戶設(shè)計以加速產(chǎn)品上市時間。意法半導體通過市場分析以及與前沿大客戶的合作，根據(jù)當前市場需求對MCU進行優(yōu)化。事實證明，優(yōu)化過的MCU可以更好地滿足客戶需求。目前，我們的微處理器以及傳感器平臺已得到國內(nèi)外各大公司的青睞。其中STM32L系列被用于各種手環(huán)，STM32L4系列適合運動手表，STM32F4以及STM32F7系列適合智能手表。

　　在軟件方面，意法半導體與諸多業(yè)界著名的傳感器算法供應(yīng)商合作可以提供各類高精度運動傳感器以及生物傳感器等算法，從而極大縮短客戶產(chǎn)品的上市時間，提高競爭力。

可穿戴設(shè)備的無線充電技術(shù)

　　安森美半導體為可穿戴電子市場提供低功率管理及控制和快速、高效、靈活的充電方案。從在助聽器市場的策略定位開始，安森美半導體在數(shù)字信號處理(DSP)以及電源管理IC(PMIC)得以不斷發(fā)展，不斷開發(fā)用于其它可穿戴產(chǎn)品的方案。公司正在開發(fā)的電源管理方案，將使可穿戴設(shè)備開發(fā)人員能以非常靈活的方式為他們的產(chǎn)品提供所需的不同功率級別。安森美半導體的PMIC是高度可配置的，采用研發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)(IP)，開發(fā)人員可將一個非常緊湊、高能效的方案很快地用于他們的項目。這給客戶提供優(yōu)于競爭對手的尺寸方案和產(chǎn)品上市時間。

　　另一方面是高效、靈活的充電。我們看到的一個趨勢是使用無線充電作為可穿戴設(shè)備專有的充電方式。這將為這些產(chǎn)品提供許多優(yōu)勢，尤其是它們中的大部分可用于水中，所以首選密封和防水。目前有三種無線充電技術(shù)針對可穿戴設(shè)備。首先是感應(yīng)充電，第二是磁共振，第三是遠場充電。感應(yīng)充電是第一代無線充電，用于Apple Watch和三星Galaxy產(chǎn)品。這項技術(shù)已經(jīng)成熟，但缺乏靈活性，不能使用相同的技術(shù)將隨處為可穿戴設(shè)備充電用于其它便攜式產(chǎn)品，如智能手機和平板電腦。至于遠場充電，您可遠距離為您的可穿戴設(shè)備充電，不需要從您身上取下它，但仍處于早期發(fā)展，并有許多技術(shù)和監(jiān)管挑戰(zhàn)要克服。我們認為，磁共振技術(shù)，類似于AirFuel Alliance所開發(fā)的，適用于所有產(chǎn)品。

　　安森美半導體提供的方案，將使可穿戴在多設(shè)備充電的情況下充電，如智能手機和平板電腦能在同一充電墊上充電而不被損壞。這將創(chuàng)建一個全面的無線充電生態(tài)系統(tǒng)，使多個不同功率要求的設(shè)備同時使用同一墊充電。這是個很大的優(yōu)勢，我們相信未來將改變可穿戴設(shè)備的充電方式。

TE的傳感器與電源解決方案

　　通信、傳感、可持續(xù)電源以及處理能力都是影響可穿戴設(shè)備性能的關(guān)鍵技術(shù)指標。其中，我比較關(guān)注可穿戴設(shè)備的傳感器和電源性能，因為不斷創(chuàng)新的產(chǎn)品需要更強勁的功能來無縫對接人們的日常生活和工作方式。

　　TE的連接與傳感器解決方案能夠識別更多生物特征。例如，運動傳感器不僅能夠提供心率和呼吸指數(shù)，甚至能夠向你展示肌肉的活動及運動量。可穿戴設(shè)備傳感器就是你佩戴在身上或是植入服裝內(nèi)的一個工具。當然，TE也能夠設(shè)計將其嵌入人體。比如，由TE設(shè)計的用于心臟起搏器內(nèi)的壓電式傳感器能夠有效監(jiān)測患者的活動。

　　此外，電能的利用也是非常重要的一個因素?？纱┐髟O(shè)備必須能夠以最少的耗電提供持久的工作動力與快速處理能力，這就要求可穿戴設(shè)備配備一個充電接口。盡管低功率的設(shè)計能夠以極少的電量提供更高效的微控制器，然而分辨率更高的屏幕和需要持續(xù)運行的應(yīng)用不斷對電池容量提出更高的要求。因此，長期以來，消費者始終將更長的電池壽命及更短的充電時間作為挑選產(chǎn)品時的首要條件。毫無疑問，領(lǐng)先的可穿戴設(shè)備制造商都在致力于解決耗電問題。因此，新的可穿戴設(shè)備都將正在興起的無線電源傳輸作為一項主要特性融入整體設(shè)計，此外還需滿足防水的需求。這也是TE正在著力研發(fā)的技術(shù)。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第8期第7頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。