高能效UV紫外線(xiàn)指數傳感器搶占可穿戴市場(chǎng)商機

　　隨著(zhù)蘋(píng)果發(fā)布 iWatch 智能手表的腳步日益臨近，有關(guān)iWatch猜測、爆料也越來(lái)越猛。例如，巴克萊分析師 Blayne Curtis日前就爆料：iWatch 將采用 Silicon Labs 公司的紫外線(xiàn)指數傳感器芯片。而最近又有一系列文章預測，iWatch還將整合最少10種傳感器......毫無(wú)疑問(wèn)，傳感器的應用已成為可穿戴市場(chǎng)關(guān)注的一大焦點(diǎn)。

　　“Silicon Labs不僅推出了全球首款單芯片紫外線(xiàn)指數傳感器，還提供各類(lèi)高能效傳感器，如溫濕度、紅外接近、環(huán)境光、手勢感應等，能滿(mǎn)足眾多應用的需求，并且新產(chǎn)品還在不斷推出。正如Silicon Labs一貫的產(chǎn)品性能特點(diǎn)，高性能、低功耗、小封裝同樣是這些混合信號智能傳感器的最主要優(yōu)勢。” Silicon Labs核心代理商——世強資深技術(shù)主管廖華平表示。

　　
圖1. 世強代理的Silicon Labs傳感器產(chǎn)品概覽。

　　UV指數傳感器為可穿戴設備提供差異化

　　在消費類(lèi)電子產(chǎn)品中，對UV感測的需求正在上升，因為開(kāi)發(fā)者打算通過(guò)提供保護人們免于UV傷害的這種新功能，來(lái)尋求在可穿戴和手持設備上的差異化設計。UV檢測對于那些有曬傷危險或者對光照有疑慮的人們是有幫助的，例如：戶(hù)外活動(dòng)的終端用戶(hù)在他們達到危險的暴露級別之前，帶有UV傳感器的產(chǎn)品可以為其測量累積的UV強度并且及時(shí)報警。

　　針對這一市場(chǎng)需求，Silicon Labs在今年2月份推出了適用于智能手機和可穿戴產(chǎn)品的單芯片數字紫外線(xiàn)(UV)指數傳感器IC系列——Si11xx——紫外線(xiàn)指數、環(huán)境光和接近/手勢傳感器。設計旨在檢測UV光照強度、心臟/脈搏速率、血氧飽和度，以及提供接近/手勢控制等。

　　“Si1132是全球首款單芯片數字紫外線(xiàn)指數傳感器，它集成環(huán)境光傳感器，能自動(dòng)調整顯示來(lái)優(yōu)化功耗并讓人眼更舒服，同時(shí)可以跟加速計一起實(shí)現對人睡眠的跟蹤。其在1Hz采樣率下的功耗1.2uA ，具有超長(cháng)電池壽命;集成光敏二極管、ADC和信號處理功能，簡(jiǎn)化了設計;通過(guò)I2C接口讀取紫外線(xiàn)指數值;工廠(chǎng)校準提高產(chǎn)品的一致性;2×2毫米封裝。以上這些特性使得Si1132成為智能可穿戴和保健應用的理想選擇。” 廖華平指出。

　　此外，Silicon Labs還推出了Si1145/46/47 UV和IR接近/環(huán)境光傳感器，根據型號提供單、雙、三個(gè)LED驅動(dòng)器集成選項，可為手勢識別提供15級可選擇的驅動(dòng)等級?？蓱糜冢盒穆屎脱鯗y量、長(cháng)距離接近檢測、先進(jìn)的2D和3D手勢檢測等。

　　Si1132和Si114x傳感器在寬動(dòng)態(tài)范圍的光源(包括太陽(yáng)光)下提供了優(yōu)秀性能。其牢靠的傳感架構也包括一個(gè)感應能力高達128kLux的環(huán)境光傳感器。光電二極管響應和相關(guān)的數字轉換電路為人造光閃爍噪聲和自然光干擾噪聲提供了優(yōu)秀的抗干擾能力。

　　“Si1132和Si114x傳感器IC非常適用于具有動(dòng)作跟蹤功能的腕帶和臂帶產(chǎn)品、智能手表和智能手機等應用。除了支持UV指數檢測之外，這些器件也可為健康和健身方面的應用提供環(huán)境光和紅外(IR)接近感測功能。LG就用Si114x做了心率測量的耳塞。”廖華平表示。

　　2x2mm封裝、超低功耗解決可穿戴兩大難題

　　尺寸一直都是可穿戴設計中的一個(gè)難題，分立器件封裝占用大量空間，很難應用于可穿戴產(chǎn)品中。因為當人們在戶(hù)外鍛煉時(shí)手腕區域通常暴露于陽(yáng)光下，因此運動(dòng)手表和健康/健身腕帶非常適合具有UV測量功能的應用。然而，由于需要在極小的“手腕”尺寸中集成先進(jìn)數字信號處理和天線(xiàn)功能，這些可穿戴設備已經(jīng)變得空間極度受限。

　　傳統上，用于消費類(lèi)的UV傳感器采用分立式解決方案實(shí)現，通常由對UV頻率范圍敏感的光電二極管構成。在進(jìn)入MCU處理之前，這些光電二極管產(chǎn)生的電流通過(guò)ADC進(jìn)行數字化。光電二極管的靈敏度波動(dòng)很大，消費類(lèi)應用中的可靠性使用需要對其進(jìn)行校準。這些分立式UV解決方案往往依賴(lài)于復合半導體，這使得它們很難與基于CMOS的信號調節和處理電路集成。

　　在硅基片上進(jìn)行集成處理不僅節省空間而且可以改進(jìn)UV測量本身。如果傳感器IC不僅包含UV傳感器也包含信號調節電路(例如運算放大器)和ADC，那么它就可以在工廠(chǎng)執行設備校準和編程，確保產(chǎn)品UV數據的一致性。如果一個(gè)MCU被集成到解決方案中去執行校準、數據讀取、并以可用形式提供數據，那么這種能力將會(huì )進(jìn)一步增強。

　　Silicon Labs首先將所有這些功能集成到單芯片解決方案中，在一個(gè)極小的2mmx2mm封裝的單芯片IC中包含了UV指數傳感器和數字處理電路。超小的2mm x 2mm封裝有助于減小最終設計的尺寸并且降低物料清單(BOM)成本。廖華平強調：“UV指數傳感器IC產(chǎn)品已經(jīng)小到可以在典型的8.5英寸寬的頁(yè)面中放置655顆這種傳感器。”

　　延長(cháng)電池壽命是可穿戴設計的另一個(gè)難題，Si11xx的超低功耗架構可幫助用戶(hù)采用更小電池實(shí)現更薄的可穿戴式設計，在每秒一次的UV測量速率下平均電流低至1.2μA，待機電流更是小于500nA，有效的延長(cháng)了電池壽命。

　　
圖2. 單芯片UV指數傳感器IC架構示例。

　　在功耗顯著(zhù)低于同類(lèi)產(chǎn)品條件下，傳感器也提供了更大的靈敏度和感應距離。憑著(zhù)單一的25.6μs紅外光LED工作時(shí)間，高靈敏度的IR傳感器能夠在移動(dòng)感應和手勢識別應用中明顯延長(cháng)電池壽命，同時(shí)保持長(cháng)達50cm的感應距離。此外，LED電流動(dòng)態(tài)調整也進(jìn)一步降低了系統功耗。