元器件在可穿戴產(chǎn)品中運(yùn)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(dá)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(lán)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(kuò)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(hù)類產(chǎn)品(多用于醫(yī)院內(nèi))和可穿戴產(chǎn)品(個人消費(fèi)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(yùn)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(rèn)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(dú)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(fèi)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(jìn)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(jìn)展。

　　ADI的系列低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護(hù)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(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)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?fù)浣Y(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(yùn)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(hù)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(jìn)展;

儒卓力：傳感器功能快速擴(kuò)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(lán)牙、WiFi、ANT或結(jié)合多種無線技術(shù)進(jìn)行連接。這些產(chǎn)品能夠追蹤方向并進(jìn)行空間定位，對于訓(xùn)練中的運(yùn)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(jī)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(lán)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(jī)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(kuò)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(yán)格要求。

村田：如今的可穿戴市場，智能手表有獨(dú)特優(yōu)勢

　　可穿戴設(shè)備概念形成至今40多年，真正在消費(fèi)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(fèi)者的需求是會不斷的增長的，所以更多的功能，更準(zhǔn)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(yùn)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(fèi)者來說依舊保持著強(qiáng)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(jìn)行著投資與開發(fā)。針對運(yùn)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(yùn)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(jī)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(yùn)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(hù)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(dú)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(tuán)面向智能手機(jī)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(zhǔn)(WPC Qi等)的產(chǎn)品。藍(lán)碧石半導(dǎo)體作為NFC Forum的主要成員--ROHM集團(tuán)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(zhǔn)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(zhǔn)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(rèn)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(jī)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。