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(chǎng)2022年將達到到2億出貨量，中國預計8300萬(wàn)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(wú)線(xiàn)藍牙、無(wú)線(xiàn)充電、高效電源等方案。

市場(chǎng)總體狀況

　　IDC中國研究經(jīng)理潘雪菲表示：可穿戴市場(chǎng)從2017年的1.1億出貨量，到2022年將達到到2億出貨量。中國可穿戴設備市場(chǎng)2017年為5千萬(wàn)出貨量，2022年預計達到8300萬(wàn)臺出貨量。中國市場(chǎng)主要以手環(huán)手表為主，手環(huán)2017年為2500萬(wàn)個(gè)，手表2300萬(wàn)個(gè)。

　　IDC預測，可穿戴市場(chǎng)從2017年的1.1億出貨量，到2022年將達到到2億出貨量。中國可穿戴設備市場(chǎng)2017年為5千萬(wàn)出貨量，2022年預計達到8300萬(wàn)臺出貨量。中國市場(chǎng)主要以手環(huán)手表為主，手環(huán)2017年為2500萬(wàn)個(gè)，手表2300萬(wàn)個(gè)。

ADI：可穿戴設備在醫療行業(yè)的實(shí)際應用日益廣泛

　　現今可穿戴設備在醫療行業(yè)的實(shí)際應用面擴大，在體征信號監測方面的產(chǎn)品和方案引領(lǐng)趨勢，解決用戶(hù)最核心的問(wèn)題，并獲得十分可觀(guān)的市場(chǎng)回報， 其中包括專(zhuān)業(yè)的監護類(lèi)產(chǎn)品(多用于醫院內)和可穿戴產(chǎn)品(個(gè)人消費品或個(gè)人健康產(chǎn)品)。具體來(lái)說(shuō)，ADI在光電技術(shù)、生理阻抗測量、生理電勢采集、溫度、運動(dòng)狀態(tài)監測以及環(huán)境相關(guān)(如氣體，CO2以及紫外線(xiàn)監測等)等領(lǐng)域都有持續投資以及產(chǎn)品方案在市場(chǎng)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(hù)設計使用。專(zhuān)門(mén)應用于光電法的各類(lèi)生理體征信號的監測的具有獨特優(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(jiǎn)化系統級光學(xué)結構設計的挑戰，解決內部環(huán)境光干擾問(wèn)題等，進(jìn)而保證最終產(chǎn)品的一致性和生產(chǎn)環(huán)節的成本和效率，目前此模塊產(chǎn)品已被全球知名的可穿戴廠(chǎng)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(lèi)應用在功耗、性能、設計簡(jiǎn)易度、簡(jiǎn)化客戶(hù)的產(chǎn)線(xiàn)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、單導聯(lián)、心率監護儀模擬前端以及最新的，專(zhuān)為滿(mǎn)足新興的健身設備、便攜式/佩戴式監控設備和遠程健康監護設備的ECG信號調理要求而設計。與當前很多集成解決方案中采用的拓撲結構不同，高度靈活的模擬濾波配置采用雙極高通濾波器，結合芯片內部的儀表放大器架構和無(wú)使用約束運算(增益)放大器，支持用戶(hù)采用多極低通濾波技術(shù)來(lái)消除線(xiàn)路噪聲和其他干擾，并可提供在關(guān)斷(shutdown)模式下的導聯(lián)脫落監測功能。它為系統設計人員提供了靈活性，將健身和醫療監護的價(jià)值和性能提升到一個(gè)新的水平。

　　在醫院用及家用便攜式醫療電子電子領(lǐng)域，ADI擁有一系列創(chuàng )新產(chǎn)品和解決方案，支持多種便攜式醫療保健領(lǐng)域的高精度、低功耗片上計量?jì)xADuCM350已在國內和國外的幾家有代表性的大客戶(hù)中都取得里程碑式的進(jìn)展;

儒卓力：傳感器功能快速擴展新型可穿戴設備面世

　　在多種傳感器和其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的推動(dòng)之下，用于監控健康和健身的可穿戴設備成為了一個(gè)高增長(cháng)市場(chǎng)。如今，這些高度微型化的設備可能包括陀螺儀、加速計、溫度和壓力傳感器、GPS模塊甚至麥克風(fēng)，并且通過(guò)藍牙、WiFi、ANT或結合多種無(wú)線(xiàn)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，對于訓練中的運動(dòng)員和醫療保健領(lǐng)域的24小時(shí)生命體征監控具有重大價(jià)值。它們積累的數據通常需要無(wú)線(xiàn)傳輸，而傳統天線(xiàn)需占用較大空間，這一直是一個(gè)設計上的挑戰。

　　芯片天線(xiàn)的面世徹底改變了小型化的無(wú)線(xiàn)設計，并大大減少了天線(xiàn)在PCB上和設備外殼內占用的空間。雖然這些芯片天線(xiàn)通常依賴(lài)于地平面以實(shí)現有效輻射，但它們不再需要在PCB上隔離以避免干擾，工程師將其稱(chēng)為“禁止(keep out)”區域。這允許智能手表包含一個(gè)或兩個(gè)天線(xiàn)，可能長(cháng)度約為2毫米，而智能手機則可能有四個(gè)或更多天線(xiàn)。

　　儒卓力產(chǎn)品組合中的AVX 2.4 GHz陶瓷芯片天線(xiàn)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(zhù)市場(chǎng)上可用的微機電系統(MEMS)傳感器的數量迅速增加，可穿戴設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(xiàn)性檢測氣體、氣壓、濕度和溫度的集成式MEMS傳感器。BME680具有節省空間的設計和低功耗，尺寸僅為3.0 mm x 3. mm x 0.95 mm，是專(zhuān)為可穿戴設備和移動(dòng)應用而開(kāi)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用的傳感器產(chǎn)品，包括威世的VCNL4020C高分辨率數字生物傳感器和環(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。

　　各種可穿戴設備領(lǐng)域經(jīng)歷了快速的增長(cháng)，不僅需要超小的器件尺寸，還要極低的功耗以實(shí)現最長(cháng)的電池壽命，并支持高耐久性寫(xiě)入循環(huán)以實(shí)現實(shí)時(shí)數據記錄。FRAM提供卓越性能以滿(mǎn)足這些嚴格要求。

村田：如今的可穿戴市場(chǎng)，智能手表有獨特優(yōu)勢

　　可穿戴設備概念形成至今40多年，真正在消費市場(chǎng)走紅卻只是最近幾年的事情。然而這市場(chǎng)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(guò)了過(guò)去幾十年的發(fā)展。

　　幾年前只要有個(gè)g sensor能實(shí)現計步，就可以圍繞其做成一個(gè)產(chǎn)品。而那時(shí)也是此類(lèi)智能手環(huán)井噴的時(shí)代。而消費者的需求是會(huì )不斷的增長(cháng)的，所以更多的功能，更準確的數據，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(wèn)題。

　　對于專(zhuān)攻運動(dòng)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，其專(zhuān)業(yè)性，裝飾性以及豐富的功能集成對消費者來(lái)說(shuō)依舊保持著(zhù)強大的吸引力。

　　村田作為被動(dòng)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(zhù)投資與開(kāi)發(fā)。針對運動(dòng)手表應用，村田開(kāi)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(shí)現1/64Pa的高分辨率并可實(shí)現最低1.4μA的工作電流，同時(shí)具備器件防水功能，可用于運動(dòng)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(wú)線(xiàn)供電產(chǎn)品

　　近年來(lái)，智能手機等移動(dòng)設備、可穿戴式設備及IoT設備等用電池驅動(dòng)的電子設備迅速普及。而且，為了提高產(chǎn)品的設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(shí)現小型化并延長(cháng)電池使用壽命。

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

　　隨著(zhù)人們健康意識的提高，為實(shí)現看護和工作人員的健康管理，對于可穿戴式設備，不再僅要求脈率測量，還希望測量包括壓力、血管年齡在內的各種生命體征的需求日益高漲。而要測量復雜的生命體征，需要提高采樣頻率，增加單位時(shí)間的測量次數，但存在功耗增加、應用的驅動(dòng)時(shí)間縮短的問(wèn)題。

　　ROHM利用獨有的紅外線(xiàn)去除技術(shù)和多年來(lái)積累的光傳感器領(lǐng)域的技術(shù)經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)出在變動(dòng)劇烈和太陽(yáng)光等紅外線(xiàn)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(jìn)一步優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足時(shí)代需求的高速采樣的脈搏傳感器。

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

　　一直以來(lái)，ROHM集團面向智能手機和平板電腦等終端，不斷地開(kāi)發(fā)并供應滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)供電標準(WPC Qi等)的產(chǎn)品。藍碧石半導體作為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(wú)線(xiàn)供電系統的可穿戴式設備的13.56MHz無(wú)線(xiàn)供電標準的制定。

超低功耗FPGA在可穿戴產(chǎn)品的應用

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

　　使用UltraPlus的設計復雜性在于需要用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現推理和處理算法。隨著(zhù)今年早些時(shí)候sensAI的推出，實(shí)現FPGA中的低功耗和低成本推理變得前所未有的簡(jiǎn)單。利用機器學(xué)習生態(tài)系統和設計流程(如Caffe和TensorFlow)，萊迪思現在提供基于iCE40 UltraPlus和ECP5 FPGA系列的全新開(kāi)發(fā)生態(tài)系統，幫助開(kāi)發(fā)人員快速構建AI網(wǎng)絡(luò )邊緣解決方案。萊迪思sensAI還提供各種參考設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用中廣受歡迎的功能。更重要的是，萊迪思的sensAI使開(kāi)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(shí)現自己的實(shí)時(shí)在線(xiàn)處理應用。