元器件在可穿戴產(chǎn)品中運用的流行趨勢

作者 / 王瑩 毛爍 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要： 可穿戴市場2022年將達到到2億出貨量，中國預(yù)計8300萬臺。更小的尺寸/更輕的重量、超低功耗、集成更多功能、易于集成成為趨勢，這需要低功耗處理、小型傳感器、無線藍牙、無線充電、高效電源等方案。

市場總體狀況

　　IDC中國研究經(jīng)理潘雪菲表示：可穿戴市場從2017年的1.1億出貨量，到2022年將達到到2億出貨量。中國可穿戴設(shè)備市場2017年為5千萬出貨量，2022年預(yù)計達到8300萬臺出貨量。中國市場主要以手環(huán)手表為主，手環(huán)2017年為2500萬個，手表2300萬個。

　　IDC預(yù)測，可穿戴市場從2017年的1.1億出貨量，到2022年將達到到2億出貨量。中國可穿戴設(shè)備市場2017年為5千萬出貨量，2022年預(yù)計達到8300萬臺出貨量。中國市場主要以手環(huán)手表為主，手環(huán)2017年為2500萬個，手表2300萬個。

ADI：可穿戴設(shè)備在醫(yī)療行業(yè)的實際應(yīng)用日益廣泛

　　現(xiàn)今可穿戴設(shè)備在醫(yī)療行業(yè)的實際應(yīng)用面擴大，在體征信號監(jiān)測方面的產(chǎn)品和方案引領(lǐng)趨勢，解決用戶最核心的問題，并獲得十分可觀的市場回報， 其中包括專業(yè)的監(jiān)護類產(chǎn)品(多用于醫(yī)院內(nèi))和可穿戴產(chǎn)品(個人消費品或個人健康產(chǎn)品)。具體來說，ADI在光電技術(shù)、生理阻抗測量、生理電勢采集、溫度、運動狀態(tài)監(jiān)測以及環(huán)境相關(guān)(如氣體，CO2以及紫外線監(jiān)測等)等領(lǐng)域都有持續(xù)投資以及產(chǎn)品方案在市場上的極大認可。

　　在光電法測量生理體征信號方面，ADI的ADPD系列傳感器及信號處理方案，正在被很多大的品牌客戶設(shè)計使用。專門應(yīng)用于光電法的各類生理體征信號的監(jiān)測的具有獨特優(yōu)勢的產(chǎn)品ADPD系列產(chǎn)品，例如ADPD142，APD153, ADPD144以及ADPD174等是目前市面上集成度高、體積小、功耗低、性能好，是一款非常成熟的解決方案?？捎糜谠\斷級產(chǎn)品也可適用于消費級的產(chǎn)品相關(guān)體征信號的采集，例如心率， 血氧含量等。ADPD174GGI，可以大大簡化系統(tǒng)級光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計的挑戰(zhàn)，解決內(nèi)部環(huán)境光干擾問題等，進而保證最終產(chǎn)品的一致性和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本和效率，目前此模塊產(chǎn)品已被全球知名的可穿戴廠商采納，并已經(jīng)大量出貨。

　　除此以外， ADI公司剛剛量產(chǎn)了最新一代光電測量模塊產(chǎn)品ADPD188, 使得該類應(yīng)用在功耗、性能、設(shè)計簡易度、簡化客戶的產(chǎn)線流程以及成本等方面又獲得了優(yōu)化和突破進展。

　　ADI的系列低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護儀模擬前端以及最新的，專為滿足新興的健身設(shè)備、便攜式/佩戴式監(jiān)控設(shè)備和遠程健康監(jiān)護設(shè)備的ECG信號調(diào)理要求而設(shè)計。與當(dāng)前很多集成解決方案中采用的拓撲結(jié)構(gòu)不同，高度靈活的模擬濾波配置采用雙極高通濾波器，結(jié)合芯片內(nèi)部的儀表放大器架構(gòu)和無使用約束運算(增益)放大器，支持用戶采用多極低通濾波技術(shù)來消除線路噪聲和其他干擾，并可提供在關(guān)斷(shutdown)模式下的導(dǎo)聯(lián)脫落監(jiān)測功能。它為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了靈活性，將健身和醫(yī)療監(jiān)護的價值和性能提升到一個新的水平。

　　在醫(yī)院用及家用便攜式醫(yī)療電子電子領(lǐng)域，ADI擁有一系列創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案，支持多種便攜式醫(yī)療保健領(lǐng)域的高精度、低功耗片上計量儀ADuCM350已在國內(nèi)和國外的幾家有代表性的大客戶中都取得里程碑式的進展;

儒卓力：傳感器功能快速擴展新型可穿戴設(shè)備面世

　　在多種傳感器和其他無線技術(shù)的推動之下，用于監(jiān)控健康和健身的可穿戴設(shè)備成為了一個高增長市場。如今，這些高度微型化的設(shè)備可能包括陀螺儀、加速計、溫度和壓力傳感器、GPS模塊甚至麥克風(fēng)，并且通過藍牙、WiFi、ANT或結(jié)合多種無線技術(shù)進行連接。這些產(chǎn)品能夠追蹤方向并進行空間定位，對于訓(xùn)練中的運動員和醫(yī)療保健領(lǐng)域的24小時生命體征監(jiān)控具有重大價值。它們積累的數(shù)據(jù)通常需要無線傳輸，而傳統(tǒng)天線需占用較大空間，這一直是一個設(shè)計上的挑戰(zhàn)。

　　芯片天線的面世徹底改變了小型化的無線設(shè)計，并大大減少了天線在PCB上和設(shè)備外殼內(nèi)占用的空間。雖然這些芯片天線通常依賴于地平面以實現(xiàn)有效輻射，但它們不再需要在PCB上隔離以避免干擾，工程師將其稱為“禁止(keep out)”區(qū)域。這允許智能手表包含一個或兩個天線，可能長度約為2毫米，而智能手機則可能有四個或更多天線。

　　儒卓力產(chǎn)品組合中的AVX 2.4 GHz陶瓷芯片天線支持Wi-Fi、ANT、ZigBee和藍牙，匹配代碼1001312，小巧的尺寸為2.0 mm x 1.2mm x 0.55mm。

　　隨著市場上可用的微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器的數(shù)量迅速增加，可穿戴設(shè)備的功能范圍日益擴大。例如，儒卓力產(chǎn)品組合包括Bosch Sensortec BME680，這是第一款可以精確地線性檢測氣體、氣壓、濕度和溫度的集成式MEMS傳感器。BME680具有節(jié)省空間的設(shè)計和低功耗，尺寸僅為3.0 mm x 3. mm x 0.95 mm，是專為可穿戴設(shè)備和移動應(yīng)用而開發(fā)的集成環(huán)境傳感器。

　　儒卓力提供多種適用于可穿戴應(yīng)用的傳感器產(chǎn)品，包括威世的VCNL4020C高分辨率數(shù)字生物傳感器和環(huán)境光傳感器。該器件是完全集成的，封裝中包含了紅外發(fā)射器，它具有16位分辨率，環(huán)境光光譜靈敏度接近人眼。

　　各種可穿戴設(shè)備領(lǐng)域經(jīng)歷了快速的增長，不僅需要超小的器件尺寸，還要極低的功耗以實現(xiàn)最長的電池壽命，并支持高耐久性寫入循環(huán)以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)記錄。FRAM提供卓越性能以滿足這些嚴格要求。

村田：如今的可穿戴市場，智能手表有獨特優(yōu)勢

　　可穿戴設(shè)備概念形成至今40多年，真正在消費市場走紅卻只是最近幾年的事情。然而這市場崛起的幾年對可穿戴產(chǎn)品的概念，形式以及功能需求的影響卻大大的超過了過去幾十年的發(fā)展。

　　幾年前只要有個g sensor能實現(xiàn)計步，就可以圍繞其做成一個產(chǎn)品。而那時也是此類智能手環(huán)井噴的時代。而消費者的需求是會不斷的增長的，所以更多的功能，更準確的數(shù)據(jù)，以及更便捷的使用等等，都變成了產(chǎn)品提供商要面對的問題。

　　對于專攻運動市場來說，其專業(yè)性，裝飾性以及豐富的功能集成對消費者來說依舊保持著強大的吸引力。

　　村田作為被動元器件以及傳感器的知名提供商，在可穿戴領(lǐng)域一直進行著投資與開發(fā)。針對運動手表應(yīng)用，村田開發(fā)出了集小型化，低功耗，高信噪比以及器件防水于一體的防水型氣壓計ZPA3456-0311A-R，其可實現(xiàn)1/64Pa的高分辨率并可實現(xiàn)最低1.4μA的工作電流，同時具備器件防水功能，可用于運動手表的氣壓檢測，并支持水下10M的防水等級。

ROHM的電源、傳感器、無線供電產(chǎn)品

　　近年來，智能手機等移動設(shè)備、可穿戴式設(shè)備及IoT設(shè)備等用電池驅(qū)動的電子設(shè)備迅速普及。而且，為了提高產(chǎn)品的設(shè)計靈活度并確保配置新功能所用的空間，要求這些產(chǎn)品上搭載的元器件的功耗要降低到極限，以實現(xiàn)小型化并延長電池使用壽命。

　　一直以來，ROHM運用模擬設(shè)計技術(shù)和電源系統(tǒng)的工藝技術(shù)優(yōu)勢，并發(fā)揮垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制的優(yōu)勢，致力于開發(fā)滿足市場需求的電源IC。此次再次發(fā)揮這些優(yōu)勢，開發(fā)出搭載超低消耗電流技術(shù)“Nano Energy”的電源IC。

　　隨著人們健康意識的提高，為實現(xiàn)看護和工作人員的健康管理，對于可穿戴式設(shè)備，不再僅要求脈率測量，還希望測量包括壓力、血管年齡在內(nèi)的各種生命體征的需求日益高漲。而要測量復(fù)雜的生命體征，需要提高采樣頻率，增加單位時間的測量次數(shù)，但存在功耗增加、應(yīng)用的驅(qū)動時間縮短的問題。

　　ROHM利用獨有的紅外線去除技術(shù)和多年來積累的光傳感器領(lǐng)域的技術(shù)經(jīng)驗，開發(fā)出在變動劇烈和太陽光等紅外線較強的環(huán)境下也可高精度測量的低功耗脈搏傳感器。此次，ROHM對這些技術(shù)進一步優(yōu)化，開發(fā)出滿足時代需求的高速采樣的脈搏傳感器。

　　戴在耳朵上的“智能耳戴式設(shè)備”作為新一代可穿戴式設(shè)備而備受矚目。然而，由于智能耳戴式設(shè)備的超小型體積，使得MicroUSB連接器等供電用端子成為小型化與進一步節(jié)省空間的大問題。在這種背景下，無線供電可以無需端子，這將非常有利于設(shè)備的小型化。另外，沒有端子還可提高防水性、防塵性等安全性能，對于超小型設(shè)備來說是非常有效的供電系統(tǒng)。

　　一直以來，ROHM集團面向智能手機和平板電腦等終端，不斷地開發(fā)并供應(yīng)滿足無線供電標(biāo)準(WPC Qi等)的產(chǎn)品。藍碧石半導(dǎo)體作為NFC Forum的主要成員--ROHM集團的旗下公司，一直與ROHM一同積極參與適用于需要超小型無線供電系統(tǒng)的可穿戴式設(shè)備的13.56MHz無線供電標(biāo)準的制定。

超低功耗FPGA在可穿戴產(chǎn)品的應(yīng)用

　　實時在線的環(huán)境感知是許多可穿戴產(chǎn)品希望實現(xiàn)的功能。為了實現(xiàn)實時在線且準確的傳感，通常采用兩級處理的方式來最小化功耗。第一級通常是超低功耗實時在線的推理引擎，用于執(zhí)行音頻、視頻或IMU檢測，而第二級，更耗電的應(yīng)用處理器保持在睡眠模式。當(dāng)檢測到預(yù)設(shè)的觸發(fā)情況(例如關(guān)鍵短語、有人出現(xiàn)或特定手勢)時，推理引擎喚醒應(yīng)用處理器。FPGA的并行處理能力和功耗被認為非常適合低延遲和實時在線模式的推理功能。除了適用于各種互連應(yīng)用，iCE40 UltraPlus還具有1mW的超低功耗和WLCSP封裝，使其成為實時在線可穿戴應(yīng)用的理想選擇。

　　使用UltraPlus的設(shè)計復(fù)雜性在于需要用硬件描述語言實現(xiàn)推理和處理算法。隨著今年早些時候sensAI的推出，實現(xiàn)FPGA中的低功耗和低成本推理變得前所未有的簡單。利用機器學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)和設(shè)計流程(如Caffe和TensorFlow)，萊迪思現(xiàn)在提供基于iCE40 UltraPlus和ECP5 FPGA系列的全新開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，幫助開發(fā)人員快速構(gòu)建AI網(wǎng)絡(luò)邊緣解決方案。萊迪思sensAI還提供各種參考設(shè)計和演示用于概念驗證。UltraPlus相關(guān)演示包括關(guān)鍵詞檢測、人臉檢測和人員檢測，這些都是許多可穿戴應(yīng)用中廣受歡迎的功能。更重要的是，萊迪思的sensAI使開發(fā)人員能夠在低成本、低功耗、小尺寸的UltraPlus中快速創(chuàng)建并實現(xiàn)自己的實時在線處理應(yīng)用。