MCU如何滿足可穿戴設備的設計需求

隨著可穿戴設備行業(yè)的當前變革，對于更小、更直觀的設備的需求正在迅猛增加。這個新興行業(yè)的當前設備趨勢包括智能手表、智能眼鏡以及體育與健身活動跟蹤器。除了消費類電子產(chǎn)品，它同時也在醫(yī)療行業(yè)催生令人關注的需求。

顯然，這些設備所包含的電子產(chǎn)品需要“瘦身”。最重要的電子組件應該是微控制器。由于這些MCU不但需要尺寸小，而且還需要執(zhí)行更多功能，因此集成成為了另一大要素。我們將會在本文中探討以下主題：

1.可穿戴電子系統(tǒng)的不同需求；

2.如何根據(jù)這些需求細分市場；

3.典型可穿戴設備中的不同組件；

4.最后我們將探討MCU如何有助于滿足相關需求。

可穿戴設備的需求

我們首先看一下可穿戴設備的典型需求。

美觀：

可穿戴設備的最重要需求是美觀。最終產(chǎn)品需要時尚漂亮，而且需要能夠搭配當前的時尚配飾，如：裝飾品、手表、眼鏡等。僅憑英特爾等半導體巨頭與時裝行業(yè)攜手打造時尚設備這一點就能夠說明此項需求至關重要。

電容式觸摸感應技術是提高美感的關鍵技術。對此，電容式用戶界面的關鍵需求是支持各種外形（包括曲面），能夠防液體（避免誤判的觸摸），以及支持厚的覆蓋層感應等。賽普拉斯的CapSense與TrueTouch技術能夠使此類需求變得切實可行。

尺寸：

如前所述，這些器件的明顯需求是尺寸小，以便輕松集成到可穿戴設備。但同時不可以減少或降低其展現(xiàn)的功能。因此，此類器件中采用的組件在保持小尺寸的同時還應當在相同空間集成更多功能。片上系統(tǒng)（SoC）和芯片級封裝（CSP）等技術有助于縮小尺寸。例如，賽普拉斯可以提供采用WLCSP等多種封裝選項的可編程片上系統(tǒng)（PSoC）器件。

防水：

可穿戴設備會被用戶帶到任何地方。因此，關鍵是這些設備的設計能夠抵抗環(huán)境條件，如：水滴、濕氣、汗液等。

功耗：

毋庸置疑，可穿戴設備是由電池供電，因此，以下因素在其功耗降低方面帶來了特殊挑戰(zhàn)：

由于可穿戴設備大部分是監(jiān)控設備，與其它移動設備不同的是，它需要始終打開并且保持連接。例如，智能手表需要始終顯示時間并通過藍牙等無線方式連接到手機，以便接收提醒；計步器需要一直計算步數(shù)并向手機應用報告；同樣，心率監(jiān)控器需要一直提供監(jiān)控和報告。

由于需要降低整體尺寸，因此會從內(nèi)在限制電池容量。

這些設備需要以超低功率運行，以延長電池使用壽命。此項需求對MCU與固件算法提出了特殊要求。32位ARM架構是可穿戴設備常用的CPU技術，因為它能提供最佳性能與高能效。另外可設計采用ANT+、低功耗藍牙（BLE）等無線技術實現(xiàn)低功耗。

無線通信：

由于具有更高的靈活性與自由度，無線連接已成為現(xiàn)代電子設備的一大自然特性。無線連接對于可穿戴設備而言更加重要，因為后者需要與一個或多個設備進行交互。根據(jù)類型和所提供的功能，此類設備需要支持不同的無線協(xié)議，如：Wi-Fi、ANT+、BLE、基于IEEE802.15.4的專有協(xié)議等。一些設備需要支持多種協(xié)議。例如，某種腕表采用專有無線協(xié)議與心率監(jiān)控胸帶通信，同時采用BLE與手機中的跑步應用進行通信。

應用處理器/嵌入式控制器：

主處理器的選擇僅僅取決于設備的類型與功能。例如，ARMcortex-M控制器可以驅動簡單的腕帶，但是智能手表需要采用應用處理器，以便運行Android等復雜的操作系統(tǒng)。

如前所述，32位ARM處理器常用于驅動可穿戴設備，因為其能夠提供最佳性能與高能效。賽普拉斯的PSoC等現(xiàn)代控制器完全利用ARM架構的功能優(yōu)勢在單個芯片中集成了高級模擬功能、可編程數(shù)字功能以及ARMcortex-M內(nèi)核等。

一些高級設備采用獨立的協(xié)處理器把傳感器數(shù)據(jù)處理工作從主處理器上轉移出來。之所以需要這么做是因為設備可能具有需要實時分析以及CPU支持的傳感器數(shù)據(jù)負載。此功能稱為傳感器集線器或傳感器融合,同時，傳感器集線器需要具有感知算法的特殊固件。

操作系統(tǒng)：

根據(jù)類型和所提供的功能，可穿戴設備可能需要、也可能不需要特定的操作系統(tǒng)。例如，一個用于監(jiān)測溫度、采用3軸加速計測量運動以及用單色段式LCD顯示時間的簡單腕表可以運行輕量型RTOS，而用于擴展手機功能的智能手表需要運行Android等高級操作系統(tǒng)。

市場細分

至此我們已經(jīng)了解了典型可穿戴設備的需求，相應地進行市場細分也十分重要。正確的市場細分使設計人員能夠開發(fā)合適的產(chǎn)品，同時幫助用戶選擇最佳設備。下表根據(jù)設備功能進行市場細分。表格中細分市場的復雜性自上而下增加。