可穿戴設(shè)備中的傳感器應(yīng)用需求及趨勢

　　實時工作傳感器應(yīng)用通常采用兩層式設(shè)計架構(gòu)來減小功耗。第一層通常是使用實時工作的處理單元在第二層架構(gòu)中功耗驚人的應(yīng)用處理器處于睡眠模式時執(zhí)行音頻、視頻或IMU分析;當檢測到特定的觸發(fā)行為(例如觸發(fā)短語、有人活動或特定手勢)時，應(yīng)用處理器就會被喚醒。FPGA的并行處理能力和低功耗特性非常適合低延遲、實時工作的觸發(fā)決策應(yīng)用。除了能夠?qū)崿F(xiàn)多種互連功能之外，iCE40 UltraPlus還可用于執(zhí)行低延遲、實時工作的音頻和視頻環(huán)境感知處理，以及相關(guān)可穿戴應(yīng)用的決策功能。

心率監(jiān)測傳感器得到普及

　　越來越多的可穿戴設(shè)備制造商正在為其可穿戴產(chǎn)品增加心率監(jiān)測(HRM)功能。高集成度有助于降低HRM應(yīng)用中所用傳感器的成本。目前，HRM傳感器正將諸如模擬前端(AFE)、PD和LEDs等分立元器件整合到高度集成的模塊中。這些模塊降低了將HRM功能添加到可穿戴產(chǎn)品中時的成本和復雜度。

　　HRM算法正變得越來越精妙，同時還專為不同的使用場景、環(huán)境條件和活動要求進行了優(yōu)化。一些算法強調(diào)高性能，卻帶來了更高的功耗;而其它的算法通過提供功率效率，從而帶來更長的電池續(xù)航時間。

　　為了實現(xiàn)傳感器融合，開發(fā)人員必須優(yōu)化其系統(tǒng)架構(gòu)。例如，要在低功耗狀態(tài)下實現(xiàn)傳感器融合，就需要一種為更高性能而進行優(yōu)化的方法。如果功耗不是一項設(shè)計所關(guān)心的問題，那么傳感器融合可以通過系統(tǒng)主處理器的持續(xù)運算來實現(xiàn)。

　　傳感器融合可以被運用于生物計量檢測可穿戴應(yīng)用中，以說明最終用戶的模式。例如，一款環(huán)境光傳感器可表明用戶是否處于黑暗的房間中;一款運動傳感器可感知用戶靜止不動而可能在睡覺;然而一款HRM傳感器同時又提供了一種正常的心率，暗示用戶躺在床上，但不一定是睡著了。在過去，睡眠監(jiān)測往往由運動傳感器單獨完成;而通過將環(huán)境光和HRM傳感器增加到系統(tǒng)中，可穿戴產(chǎn)品可對睡眠模式進行更精密的分析。

　　另外，光學心率傳感器可為加速度計增加一個接口，來協(xié)助實現(xiàn)光學和加速計的同步采樣。這種硬件架構(gòu)設(shè)計方式允許兩種不同類型的傳感器互相協(xié)作，來提高心率生物監(jiān)測的性能。

　　Silicon Labs為可穿戴應(yīng)用提供多樣化的傳感器、低功耗Gecko MCU、Wireless Gecko片上系統(tǒng)器件、無線模塊、軟件協(xié)議棧和開發(fā)工具。Silicon Labs的多傳感器產(chǎn)品組合包括光學傳感器、生物監(jiān)測/心率監(jiān)測傳感器、I2C數(shù)字接口相對濕度和溫度傳感器芯片，以及電容式觸摸感應(yīng)MCU器件。它們?yōu)楦鞣N應(yīng)用提供了高可靠性、緊湊的面積、高集成度和易用性。

　　Silicon Labs的光學傳感器系列能夠感應(yīng)紫外線(UV)指數(shù)、環(huán)境光、長距離范圍內(nèi)的接近、心率/脈搏血氧飽和度，以及2D或3D的手勢動作。其中，包括環(huán)境光、接近和手勢監(jiān)測器件Si1153傳感器，UV指數(shù)和環(huán)境光感測器件Si1133傳感器，以及Si1143/44心率監(jiān)測(HRM)解決方案等。

印刷電子將成為可穿戴設(shè)備的主流趨勢

　　形形色色的可穿戴設(shè)備的設(shè)計可能會采用眾多的傳感器，而總體趨勢則是將整合起至少以下傳感器中的一部分：

　　? 3軸加速度計：

　　通過采用速度和位置的慣性測量結(jié)果并且計算用戶的物理定向和步伐，可以跟蹤在所有方向上的運動。

　　? 陀螺儀：

　　陀螺儀可以測量角速度，而 3 軸陀螺儀則可以與 3 軸加速度計配合使用，提供“6 自由度”的三維運動跟蹤系統(tǒng)。

　　? 高度計：

　　這是一種專用的傳感器，用于在登山時測量海拔高度。

　　? 溫度傳感器：

　　體溫對于健身的跟蹤以及醫(yī)療診斷都是一項非常有用的相關(guān)因素。

　　? 生物阻抗傳感器：

　　該型傳感器能夠測量皮膚的電阻，可用于獲取心率數(shù)據(jù)。

　　? 光學傳感器：

　　光學傳感器可以計算通過毛細血管的血流量并且感應(yīng)心率。

　　印刷電子學現(xiàn)已成為微型化可穿戴設(shè)備設(shè)計中的一個主流趨勢，作為一種高性價比的方式可以實現(xiàn)小尺寸、高柔性的集成傳感器解決方案，即“傳感器融合”，理想用于生理、環(huán)境和生化的監(jiān)控。

　　“傳感器融合”一詞的核心理念在于功能的集成。這一途徑可以將傳感器的監(jiān)控與無線和遠程通信、動態(tài)柔軟度、可處置性以及增強的設(shè)備性能整合起來。通過 Soligie 印刷型電子組件產(chǎn)品線，Molex 為傳感器融合實現(xiàn)多功能的定制解決方案。

　　Molex 定制設(shè)計的印刷型電子傳感器與電路對包括工業(yè)自動化、醫(yī)療監(jiān)控、智能標簽、安防及物流在內(nèi)的眾多行業(yè)的需求提供支持。Molex 通過 Soligie 解決方案產(chǎn)品線提供必要的專家經(jīng)驗，可設(shè)計并交付客戶的項目所需的印刷型電子產(chǎn)品。

　　Molex 的 Soligie 解決方案在塑料、紙張、玻璃、無紡布和金屬箔之類的低成本柔性基板上集成起各類傳感器、電子組件、無線連接以及供電功能，與傳統(tǒng)的電路相比可降低總成本，實現(xiàn)小尺寸、高柔性的一體式傳感器融合解決方案，具有顯著的優(yōu)勢。

　　Molex 提供從柔性電路到印刷電極在內(nèi)的多種技術(shù)，強化在可穿戴設(shè)備市場的表現(xiàn)。超薄柔性基板產(chǎn)品貼合人體的曲線，為必需佩戴監(jiān)測設(shè)備的患者提供極高的舒適度。Molex 的印刷型電子產(chǎn)品采用具有生物兼容性的墨水制成，結(jié)合水凝膠使用時可與人體建立起可靠的連接。這類集成的柔性解決方案極其適合可穿戴的診斷應(yīng)用與治療應(yīng)用。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第21頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。