眾廠(chǎng)商熱議可穿戴設備的技術(shù)發(fā)展

摘要：本文通過(guò)對各大可穿戴設備相關(guān)廠(chǎng)商的訪(fǎng)談，探討了可穿戴設備的技術(shù)發(fā)展。

感知技術(shù)

英飛凌的智能傳感器

　　在智能手表方面，在今年的Google I/O 2016上，谷歌神秘的ATAP(Advanced Technologies and Projects)部門(mén)與LG合作推出一款智能手表，表帶處內置的Soli技術(shù)用于捕捉用戶(hù)指尖的微小動(dòng)作。這是由英飛凌開(kāi)發(fā)的60 GHz雷達傳感器實(shí)現的新型傳感技術(shù)。它借助谷歌軟件，利用很小的運動(dòng)實(shí)現一流的自然手勢識別，能讓用戶(hù)像人與人互動(dòng)一樣地與機器交互。

　　在智能手機方面，2016年6月，聯(lián)想推出了全球首款AR智能手機，具備最小巧的3D相機，英飛凌提供的REAL3?圖像傳感器芯片，讓這款智能手機具備實(shí)時(shí)3D環(huán)境感知功能。

　　在光學(xué)方面，英飛凌和歌爾聲學(xué)合作，共同推出兩款高分辨率、高集成度光學(xué)傳感器。該光學(xué)芯片可滿(mǎn)足可穿戴設備中的心率和脈搏血氧飽和度監測應用對于精準測量、體形小巧以及超低功耗的要求。該傳感器解決方案可讓耳機、健身腕帶和智能手表等可穿戴設備擁有一流性能。

　　在聲學(xué)方面，英飛凌的“微型”硅基麥克風(fēng)在確保具有與普通麥克風(fēng)相同的聲學(xué)和電學(xué)性能的同時(shí)，實(shí)現了只有普通麥克風(fēng)一半大小的尺寸，而功耗也僅為普通麥克風(fēng)的三分之一。英飛凌硅基麥克風(fēng)結實(shí)耐用，耐熱性更強，可很好地實(shí)現可穿戴設備的通話(huà)功能。

　　此外，英飛凌的壓力傳感器，為可穿戴設備增添了新的有趣功能，如計步、高度測量、監測佩戴者的坐、站立、走、跑等狀態(tài)以及室內導航等功能，讓可穿戴設備更具實(shí)用性。舉例來(lái)說(shuō)，當搭載了英飛凌DPS310壓力傳感器的可穿戴設備佩戴者置身購物廣場(chǎng)或多層停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)景時(shí)，DPS310可以幫助設備精確定位所處的樓層，幫助用戶(hù)找出抵達目的地的路線(xiàn)。此外，這枚小小的芯片能為計算海拔升高和垂直速度提供準確數據。例如，根據測量數據的變化，通過(guò)特定的算法，可以掌握佩戴了手環(huán)或手表的老人從站立到平躺，或平躺到站立的狀態(tài)變化，從而作出相應的及時(shí)應對。

　　NFCRing公司近期推出全球首款符合EMVCo標準的支付戒指，它采用英飛凌股份公司的非接觸式安全芯片。這個(gè)小巧的防水型智能可穿戴設備，有著(zhù)一張非接觸式支付卡一樣的支付功能。用戶(hù)只需要將戴有戒指的手指靠近任何支持EMVCo非接觸標準的支付終端晃動(dòng)一下，即可輕松完成支付。這枚支付戒指采用近場(chǎng)通信(NFC)技術(shù)，可以在只有幾厘米的較短距離內傳送數據。

生活狀態(tài)檢測功能將受關(guān)注

　　當下可穿戴電子產(chǎn)品中，無(wú)線(xiàn)遙控類(lèi)、玩具類(lèi)和醫療健康類(lèi)可穿戴設備將會(huì )有較好的發(fā)展。而更多種類(lèi)的和更微弱的生物電信號感知將會(huì )是未來(lái)可穿戴電子產(chǎn)品設備的發(fā)展方向，例如，測量眼球運動(dòng)和腦電波信號?？纱┐髟O備的生活狀態(tài)檢測功能將會(huì )逐漸受到關(guān)注，例如，病人和老人生命體征的檢測。而更專(zhuān)業(yè)、更貼合慢性病的防治和監控將會(huì )是這一類(lèi)可穿戴設備的發(fā)展方向。

　　在可穿戴設備方面，東芝有ApP-Lite系列芯片方案，該方案具有以下優(yōu)勢：

　　? 多傳感器的融合，高集成度單芯片方案(包含傳感器、模擬前端放大處理電路、高精度AD、藍牙和ARM主控芯片);

　　? 微弱生物電信號的測量;

　　? 高性能處理器對信號的處理與提取;

　　? 完善的電源管理及低功耗的硬件設計，適合電池供電和長(cháng)時(shí)間運行;

　　? 東芝提供動(dòng)作行為分析，脈搏、ECG、SPO2(血氧)的算法和中間件。

腦電產(chǎn)品將很快席卷可穿戴市場(chǎng)

　　就目前的市場(chǎng)應用情況及技術(shù)發(fā)展來(lái)看，健康感知和生命體征信號的監測是可穿戴產(chǎn)品最為青睞的功能。具體來(lái)看，對于運動(dòng)的檢測及計量相對成熟，但是對于運動(dòng)狀態(tài)和相關(guān)生命體征信號的快速及精確的監測還有改進(jìn)的空間。例如光電法測量體征信號，如心率、血氧含量及其他健康指數，這需要更新的光電傳感技術(shù)以及相應的系統級數據處理技術(shù)，集中包括日常運動(dòng)情況下的持續準確測量以及采集到數據的后臺融合及分析使用等。

　　目前在市場(chǎng)上比較成熟的手表以及手環(huán)類(lèi)產(chǎn)品，從趨勢來(lái)看，越來(lái)越多的健康類(lèi)可穿戴產(chǎn)品已經(jīng)在鞋、帽以及眼鏡中出現。除此以外，可穿戴的腦電產(chǎn)品也很快會(huì )在市場(chǎng)上出現，其可實(shí)現更加炫酷好玩的應用體現，例如，你的睡眠監測將更加準確科學(xué);你對外界環(huán)境的變化的反應將被監測或量化;帶有腦電監測的耳機可以監測你對各類(lèi)音樂(lè )的不同反應等。這些都可以用來(lái)開(kāi)發(fā)非常有趣的應用。配飾類(lèi)的智能化產(chǎn)品也使得可穿戴家族的產(chǎn)品種類(lèi)更加豐富。另外，環(huán)境類(lèi)的監測功能，也會(huì )在下一輪的豐富可穿戴產(chǎn)品的功能方面被廣泛采納。目前國內的可穿戴產(chǎn)品主要大客戶(hù)的出貨量雖然和手機的出貨量對比來(lái)看還有很大差距，但是絕對量已經(jīng)相當可觀(guān)。

深度傳感與交互仍需行業(yè)突破

　　從當前的可穿戴市場(chǎng)來(lái)看，有兩類(lèi)產(chǎn)品特別突出。一類(lèi)是智能手表，智能手表可實(shí)時(shí)跟蹤人體的運動(dòng)及生理狀況并與手機、家居、汽車(chē)互聯(lián)，可延伸相關(guān)的服務(wù)。另一類(lèi)是AR/VR產(chǎn)品，AR/VR作為一種高起點(diǎn)的集成智能傳感、計算、交互的平臺，可與各個(gè)產(chǎn)業(yè)廣泛深度地結合。行業(yè)發(fā)展空間很大。

　　對可穿戴產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，深度地傳感與交互仍是需要行業(yè)突破的重點(diǎn)。深度傳感將從單體傳感器數據簡(jiǎn)單處理升級到多傳感器子系統的深度數據融合。多傳感器融合將包括對運動(dòng)、聲學(xué)、環(huán)境、光學(xué)等諸多傳感器類(lèi)型的數據進(jìn)行有機地分析，讓用戶(hù)有更好的體驗和服務(wù)。

　　博世傳感器解決方案一直在以下幾個(gè)方面努力：

　　1. 傳感器單體的尺寸越來(lái)越小、功耗越來(lái)越低，符合可穿戴市場(chǎng)對尺寸與功耗的極致要求;

　　2. 傳感器的類(lèi)型會(huì )越來(lái)越多，能檢測的類(lèi)型越來(lái)越豐富，如我們的BME680，集成了氣壓、溫度、濕度及室內空氣質(zhì)量監測于一體;

　　3. 多傳感器的集成，如BNO055集成了加速度、地磁、陀螺儀及處理器與算法于一體，非常方便客戶(hù)開(kāi)發(fā);

　　4. 傳感器的智能程度越來(lái)越高，在傳感器器件中集成越來(lái)越多的智能功能，簡(jiǎn)化系統開(kāi)發(fā)，分擔主處理器的運算強度，大大降低了整機的系統功耗。

可穿戴設備需要大數據的支撐

　　可穿戴設備不僅包括硬件，更重要的是硬件后端的大數據以及服務(wù)?？纱┐麟娮赢a(chǎn)品需要后臺大數據以及服務(wù)的強力支撐，才能具有更高的用戶(hù)粘性，同時(shí)促進(jìn)可穿戴應用行業(yè)的發(fā)展?？纱┐鳟a(chǎn)品首先要接入云，而接入云端的方式可以通過(guò)多種無(wú)線(xiàn)傳輸標準來(lái)實(shí)現，比如藍牙、低功耗Wi-Fi，甚至最近比較流行的LoRa等，這些無(wú)線(xiàn)模塊意法半導體都可以提供。其次，對于產(chǎn)品本身，我們更關(guān)注在各個(gè)垂直領(lǐng)域內的功能。比如針對跑步的計歩、卡路里這種基本功能，以及PDR結合GPS的高級功能等。又比如在健康領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)心率血氧測量、血壓測量等。除此之外，意法半導體已經(jīng)與業(yè)界互聯(lián)網(wǎng)公司建立了非常密切的合作關(guān)系，我們會(huì )不斷聽(tīng)取客戶(hù)以及合作伙伴的意見(jiàn)，根據市場(chǎng)的需求尋找更多的第三方合作伙伴，從而打造更加豐富的可穿戴生態(tài)環(huán)境。

　　意法半導體不僅為可穿戴設備提供了高集成度、低功耗以及小封裝的微處理器平臺、傳感器、低功耗藍牙等，而且還提供基于該平臺的各種傳感器算法，幫助客戶(hù)實(shí)現各種手勢以及姿態(tài)識別，簡(jiǎn)化客戶(hù)設計以加速產(chǎn)品上市時(shí)間。意法半導體通過(guò)市場(chǎng)分析以及與前沿大客戶(hù)的合作，根據當前市場(chǎng)需求對MCU進(jìn)行優(yōu)化。事實(shí)證明，優(yōu)化過(guò)的MCU可以更好地滿(mǎn)足客戶(hù)需求。目前，我們的微處理器以及傳感器平臺已得到國內外各大公司的青睞。其中STM32L系列被用于各種手環(huán)，STM32L4系列適合運動(dòng)手表，STM32F4以及STM32F7系列適合智能手表。

　　在軟件方面，意法半導體與諸多業(yè)界著(zhù)名的傳感器算法供應商合作可以提供各類(lèi)高精度運動(dòng)傳感器以及生物傳感器等算法，從而極大縮短客戶(hù)產(chǎn)品的上市時(shí)間，提高競爭力。

可穿戴設備的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)

　　安森美半導體為可穿戴電子市場(chǎng)提供低功率管理及控制和快速、高效、靈活的充電方案。從在助聽(tīng)器市場(chǎng)的策略定位開(kāi)始，安森美半導體在數字信號處理(DSP)以及電源管理IC(PMIC)得以不斷發(fā)展，不斷開(kāi)發(fā)用于其它可穿戴產(chǎn)品的方案。公司正在開(kāi)發(fā)的電源管理方案，將使可穿戴設備開(kāi)發(fā)人員能以非常靈活的方式為他們的產(chǎn)品提供所需的不同功率級別。安森美半導體的PMIC是高度可配置的，采用研發(fā)的知識產(chǎn)權(IP)，開(kāi)發(fā)人員可將一個(gè)非常緊湊、高能效的方案很快地用于他們的項目。這給客戶(hù)提供優(yōu)于競爭對手的尺寸方案和產(chǎn)品上市時(shí)間。

　　另一方面是高效、靈活的充電。我們看到的一個(gè)趨勢是使用無(wú)線(xiàn)充電作為可穿戴設備專(zhuān)有的充電方式。這將為這些產(chǎn)品提供許多優(yōu)勢，尤其是它們中的大部分可用于水中，所以首選密封和防水。目前有三種無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)針對可穿戴設備。首先是感應充電，第二是磁共振，第三是遠場(chǎng)充電。感應充電是第一代無(wú)線(xiàn)充電，用于A(yíng)pple Watch和三星Galaxy產(chǎn)品。這項技術(shù)已經(jīng)成熟，但缺乏靈活性，不能使用相同的技術(shù)將隨處為可穿戴設備充電用于其它便攜式產(chǎn)品，如智能手機和平板電腦。至于遠場(chǎng)充電，您可遠距離為您的可穿戴設備充電，不需要從您身上取下它，但仍處于早期發(fā)展，并有許多技術(shù)和監管挑戰要克服。我們認為，磁共振技術(shù)，類(lèi)似于A(yíng)irFuel Alliance所開(kāi)發(fā)的，適用于所有產(chǎn)品。

　　安森美半導體提供的方案，將使可穿戴在多設備充電的情況下充電，如智能手機和平板電腦能在同一充電墊上充電而不被損壞。這將創(chuàng )建一個(gè)全面的無(wú)線(xiàn)充電生態(tài)系統，使多個(gè)不同功率要求的設備同時(shí)使用同一墊充電。這是個(gè)很大的優(yōu)勢，我們相信未來(lái)將改變可穿戴設備的充電方式。

TE的傳感器與電源解決方案

　　通信、傳感、可持續電源以及處理能力都是影響可穿戴設備性能的關(guān)鍵技術(shù)指標。其中，我比較關(guān)注可穿戴設備的傳感器和電源性能，因為不斷創(chuàng )新的產(chǎn)品需要更強勁的功能來(lái)無(wú)縫對接人們的日常生活和工作方式。

　　TE的連接與傳感器解決方案能夠識別更多生物特征。例如，運動(dòng)傳感器不僅能夠提供心率和呼吸指數，甚至能夠向你展示肌肉的活動(dòng)及運動(dòng)量?？纱┐髟O備傳感器就是你佩戴在身上或是植入服裝內的一個(gè)工具。當然，TE也能夠設計將其嵌入人體。比如，由TE設計的用于心臟起搏器內的壓電式傳感器能夠有效監測患者的活動(dòng)。

　　此外，電能的利用也是非常重要的一個(gè)因素?？纱┐髟O備必須能夠以最少的耗電提供持久的工作動(dòng)力與快速處理能力，這就要求可穿戴設備配備一個(gè)充電接口。盡管低功率的設計能夠以極少的電量提供更高效的微控制器，然而分辨率更高的屏幕和需要持續運行的應用不斷對電池容量提出更高的要求。因此，長(cháng)期以來(lái)，消費者始終將更長(cháng)的電池壽命及更短的充電時(shí)間作為挑選產(chǎn)品時(shí)的首要條件。毫無(wú)疑問(wèn)，領(lǐng)先的可穿戴設備制造商都在致力于解決耗電問(wèn)題。因此，新的可穿戴設備都將正在興起的無(wú)線(xiàn)電源傳輸作為一項主要特性融入整體設計，此外還需滿(mǎn)足防水的需求。這也是TE正在著(zhù)力研發(fā)的技術(shù)。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第8期第7頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。