TI助力開發(fā)更低功耗、更小尺寸的多功能可穿戴產(chǎn)品

在當(dāng)前全球都在部署B(yǎng)T5.0和5G的大環(huán)境下，智能手表等可穿戴設(shè)備以及健康監(jiān)護(hù)等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正在不斷擴(kuò)大其市場。隨著可穿戴產(chǎn)品的推陳出新，終端消費(fèi)者對(duì)設(shè)備的功能性需求不斷增長。在此，我們邀請(qǐng)德州儀器（TI）圍繞用戶對(duì)可穿戴產(chǎn)品的期望以及TI的技術(shù)及方案如何助力設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。

●終端用戶對(duì)可穿戴產(chǎn)品中健康數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求與日俱增，這就要求我們將高度集成和具備精準(zhǔn)信號(hào)處理的方案帶給市場；

●隨著市場對(duì)系統(tǒng)整體功能提升及功能的添加，設(shè)計(jì)人員針對(duì)功耗和電池壽命的要求也隨之提高。因此，如何讓小型化可穿戴產(chǎn)品中配備尺寸小、功耗低的芯片解決方案也是我們關(guān)注的領(lǐng)域；

●“如何在市場中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化”也是設(shè)計(jì)人員在思考的問題，尋找產(chǎn)品的潛在附加價(jià)值成為一個(gè)值得探索的話題，如室內(nèi)定位等。

基于上述需求的變化和行業(yè)挑戰(zhàn)，如何才能設(shè)計(jì)讓終端用戶滿意并受市場歡迎的差異化產(chǎn)品呢？

針對(duì)可穿戴設(shè)備和醫(yī)療市場，TI提供領(lǐng)先的信號(hào)鏈解決方案，以實(shí)現(xiàn)更高的精確度。此外，TI 降壓轉(zhuǎn)換器及電池管理系列產(chǎn)品可以幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行低功耗、小體積、高性能的電源開發(fā)設(shè)計(jì)；RTLS（實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)）工具箱更能助力產(chǎn)品商在日趨同質(zhì)化的競爭中打開新局面。除了市場領(lǐng)先級(jí)別的產(chǎn)品，TI的系統(tǒng)級(jí)參考設(shè)計(jì)也為設(shè)計(jì)人員提供專業(yè)的設(shè)計(jì)方案，助其更輕松地創(chuàng)建小型、可靠且高效的可穿戴設(shè)備系統(tǒng)。

一、具備專業(yè)醫(yī)療功能的信號(hào)鏈解決方案：

TI 專注于醫(yī)療市場，一直以來不斷推出新的模擬前端AFE產(chǎn)品系列及方案。針對(duì)智能手表和微型可穿戴醫(yī)療設(shè)備，TI 提供具備高精度、高效率以及高集成度特點(diǎn)的解決方案，并獲得了良好的市場聲譽(yù)和認(rèn)可：

1) TI 的專利性架構(gòu)幫助產(chǎn)品廠商實(shí)現(xiàn)更高的信噪比（>100dB SNR），從而優(yōu)化產(chǎn)品的測量靈敏度；

2) TI 的專利模擬信號(hào)處理為產(chǎn)品帶來更多功能：光學(xué)心率檢測，脈搏血氧飽和度（SP0₂）；

3) 在不影響產(chǎn)品性能的前提下，TI 的產(chǎn)品擁有業(yè)界最低級(jí)別的功耗（<0.8uV/Hz）。

從2013年發(fā)布的最高級(jí)別SNR產(chǎn)品，到后來全球首個(gè)完全集成ECG和PPG的產(chǎn)品AFE4900，TI 致力于實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶身體狀況更全面的監(jiān)測。

1) AFE4900：設(shè)計(jì)人員可以利用其同步采集ECG和PPG數(shù)據(jù)，計(jì)算脈沖傳輸時(shí)間（PTT），從而有效幫助檢測血壓；

2) AFE4420：該器件可以用于心率和血氧飽和度的測量。它支持多達(dá)四個(gè)可切換發(fā)光二極管（LED）和四個(gè)光電二極管，可以定義多達(dá)16個(gè)信號(hào)相位，并且可以以同步方式從每個(gè)相位獲取信號(hào)，并將其存儲(chǔ)在128樣本的先入先出 (FIFO) 塊中。AFE4420集成在2.6mm × 2.1mm DSBGA 的超小封裝內(nèi)，可以支持高達(dá)100dB的動(dòng)態(tài)范圍并且以極低的功耗運(yùn)行（典型值LED為15uA, 接收器為20uA），從而保證對(duì)心率的精確及持續(xù)監(jiān)測。

二、助力低功耗、小體積、高性能的電源開發(fā)設(shè)計(jì)：

TI 的降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品可為負(fù)載極輕的系統(tǒng)（低于100μA）提供更長的電池壽命，并允許設(shè)計(jì)人員使用更少或更小的電池，縮小其整體電源解決方案尺寸（設(shè)計(jì)人員可使用四節(jié)AAA電池代替四節(jié)AA電池，可節(jié)省16,980 mm³的空間）。

1) TPS62840，具有業(yè)界最低的靜態(tài)電流（60nA），可以在1 μA的負(fù)載下實(shí)現(xiàn)80%的效率，比業(yè)界同類產(chǎn)品高出30%。

2) 電池充電產(chǎn)品如BQ25125和BQ25150/155具有超低的靜態(tài)電流、微小的芯片尺寸、集成電源軌以及精確的充電技術(shù)。其充電參數(shù)可通過I2C編程，并集成ADC的系統(tǒng)監(jiān)控，使得電池充電更為靈活安全。

引述自： 1. Chris Glaser，TI 低功耗DC/DC 事業(yè)部高級(jí)應(yīng)用工程師；

          2. Will Zhou，TI 電池管理系統(tǒng)（BMS）事業(yè)部產(chǎn)品市場工程師。

三、室內(nèi)定位功能助力設(shè)計(jì)人員開發(fā)差異化產(chǎn)品：

隨著可穿戴市場的發(fā)展，產(chǎn)品同質(zhì)化競爭不可避免，室內(nèi)定位功能是開發(fā)差異化產(chǎn)品的思路之一。利用定位技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以為可穿戴產(chǎn)品擴(kuò)展室內(nèi)定位功能提供底層的軟件基礎(chǔ)，從而拓展穿戴產(chǎn)品的應(yīng)用場景。

結(jié)合藍(lán)牙5.0技術(shù)，TI在CC2642/CC2640R2F SDK中提供RTLS（實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)）工具箱，同時(shí)支持RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度）/AOA（到達(dá)角度）/TOF（飛行時(shí)差測距）三種不同定位技術(shù)。

其中AoA是一種用于查找接收藍(lán)牙數(shù)據(jù)包到達(dá)的方向的技術(shù)，為三角測量創(chuàng)建基礎(chǔ)（見圖一）。AoA定位技術(shù)使用具有明確定義的屬性的天線陣列，并且接收器將在各個(gè)天線之間快速切換，同時(shí)測量到不同天線的路徑長度的微小差異而導(dǎo)致的相移。這些路徑長度差異引起的相移將取決于相對(duì)于陣列中的天線的輸入RF波的方向。 所以對(duì)相移的測量可以計(jì)算藍(lán)牙信號(hào)的到達(dá)角度。利用AoA定位技術(shù)在實(shí)踐中可實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)的高精度定位，拓展穿戴產(chǎn)品的應(yīng)用場景比如室內(nèi)場景下的高精度定位。

圖一  利用到達(dá)角技術(shù)實(shí)現(xiàn)三角測量原理圖

引述自：刁勇，TI 中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理

針對(duì)可穿戴設(shè)備小尺寸、高精度、低功耗和多功能的設(shè)計(jì)需求，TI 為工程師提供系統(tǒng)解決方案及參考設(shè)計(jì)，訪問TI官網(wǎng)了解詳情。

（http://www.ti.com.cn/solution/cn/smart-watch?HQS=SYS-PE-WEAR-wearablesolutions-contrib-appd-eepw20190910-cn）

圖二 TI 可穿戴設(shè)備系統(tǒng)框圖及解決方案