MCU在可穿戴電子產(chǎn)品中的作用

　　
      可穿戴技術(shù)現在是消費類(lèi)電子行業(yè)的熱門(mén)用語(yǔ)。每家消費類(lèi)電子產(chǎn)品公司都聲稱(chēng)要推出可穿戴設備。它們是我們能夠穿戴的微型電子設備，通常與現有配飾(如：手表)集成或者取而代之。

　　隨著(zhù)可穿戴設備行業(yè)的當前變革，對于更小、更直觀(guān)的設備的需求正在迅猛增加。這個(gè)新興行業(yè)的當前設備趨勢包括智能手表、智能眼鏡以及體育與健身活動(dòng)跟蹤器。除了消費類(lèi)電子產(chǎn)品，它同時(shí)也在醫療行業(yè)催生令人關(guān)注的需求。

　　顯然，這些設備所包含的電子產(chǎn)品需要“瘦身”。最重要的電子組件應該是微控制器。由于這些MCU不但需要尺寸小，而且還需要執行更多功能，因此集成成為了另一大要素。我們將會(huì )在本文中探討以下主題：

　　• 可穿戴電子系統的不同需求;

　　• 如何根據這些需求細分市場(chǎng);

　　• 典型可穿戴設備中的不同組件;

　　• 最后我們將探討MCU如何有助于滿(mǎn)足相關(guān)需求。

　　本文結束部分以賽普拉斯的旗艦器件——可編程片上系統(PSoC)舉例說(shuō)明一種智能手表。

　　可穿戴設備的需求

　　我們首先看一下可穿戴設備的典型需求。

　　美觀(guān)：

　　可穿戴設備的最重要需求是美觀(guān)。最終產(chǎn)品需要時(shí)尚漂亮，而且需要能夠搭配當前的時(shí)尚配飾，如：裝飾品、手表、眼鏡等。僅憑英特爾等半導體巨頭與時(shí)裝行業(yè)攜手打造時(shí)尚設備這一點(diǎn)就能夠說(shuō)明此項需求至關(guān)重要。

　　電容式觸摸感應技術(shù)是提高美感的關(guān)鍵技術(shù)。對此，電容式用戶(hù)界面的關(guān)鍵需求是支持各種外形(包括曲面)，能夠防液體(避免誤判的觸摸)，以及支持厚的覆蓋層感應等。賽普拉斯的CapSense 與TrueTouch技術(shù)能夠使此類(lèi)需求變得切實(shí)可行。

　　尺寸：

　　如前所述，這些器件的明顯需求是尺寸小，以便輕松集成到可穿戴設備。但同時(shí)不可以減少或降低其展現的功能。因此，此類(lèi)器件中采用的組件在保持小尺寸的同時(shí)還應當在相同空間集成更多功能。片上系統(SoC)和芯片級封裝(CSP)等技術(shù)有助于縮小尺寸。例如，賽普拉斯可以提供采用WLCSP等多種封裝選項的可編程片上系統(PSoC)器件。

　　防水：

　　可穿戴設備會(huì )被用戶(hù)帶到任何地方。因此，關(guān)鍵是這些設備的設計能夠抵抗環(huán)境條件，如：水滴、濕氣、汗液等。

　　功耗：

　　毋庸置疑，可穿戴設備是由電池供電，因此，以下因素在其功耗降低方面帶來(lái)了特殊挑戰：

　　• 由于可穿戴設備大部分是監控設備，與其它移動(dòng)設備不同的是，它需要始終打開(kāi)并且保持連接。例如，智能手表需要始終顯示時(shí)間并通過(guò)藍牙等無(wú)線(xiàn)方式連接到手機，以便接收提醒;計步器需要一直計算步數并向手機應用報告;同樣，心率監控器需要一直提供監控和報告。

　　• 由于需要降低整體尺寸，因此會(huì )從內在限制電池容量。

　　這些設備需要以超低功率運行，以延長(cháng)電池使用壽命。此項需求對MCU與固件算法提出了特殊要求。32位ARM架構是可穿戴設備常用的CPU技術(shù)，因為它能提供最佳性能與高能效。另外可設計采用ANT+、低功耗藍牙(BLE)等無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現低功耗。

　　無(wú)線(xiàn)通信：

　　由于具有更高的靈活性與自由度，無(wú)線(xiàn)連接已成為現代電子設備的一大自然特性。無(wú)線(xiàn)連接對于可穿戴設備而言更加重要，因為后者需要與一個(gè)或多個(gè)設備進(jìn)行交互。根據類(lèi)型和所提供的功能，此類(lèi)設備需要支持不同的無(wú)線(xiàn)協(xié)議，如：Wi-Fi、ANT+、BLE、基于IEEE 802.15.4的專(zhuān)有協(xié)議等。一些設備需要支持多種協(xié)議。例如，某種腕表采用專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)協(xié)議與心率監控胸帶通信，同時(shí)采用BLE與手機中的跑步應用進(jìn)行通信。

　　應用處理器/嵌入式控制器：

　　主處理器的選擇僅僅取決于設備的類(lèi)型與功能。例如，ARM cortex-M控制器可以驅動(dòng)簡(jiǎn)單的腕帶，但是智能手表需要采用應用處理器，以便運行Android等復雜的操作系統。

　　如前所述，32位ARM處理器常用于驅動(dòng)可穿戴設備，因為其能夠提供最佳性能與高能效。賽普拉斯的PSoC等現代控制器完全利用ARM架構的功能優(yōu)勢在單個(gè)芯片中集成了高級模擬功能、可編程數字功能以及ARM cortex-M內核等。

　　一些高級設備采用獨立的協(xié)處理器把傳感器數據處理工作從主處理器上轉移出來(lái)。之所以需要這么做是因為設備可能具有需要實(shí)時(shí)分析以及CPU支持的傳感器數據負載。此功能稱(chēng)為傳感器集線(xiàn)器或傳感器融合。下圖說(shuō)明了傳感器集線(xiàn)器在可穿戴系統中的作用。

　　圖1 – 傳感器集線(xiàn)器在可穿戴系統中的作用

　　操作系統：

　　根據類(lèi)型和所提供的功能，可穿戴設備可能需要、也可能不需要特定的操作系統。例如，一個(gè)用于監測溫度、采用3軸加速計測量運動(dòng)以及用單色段式LCD顯示時(shí)間的簡(jiǎn)單腕表可以運行輕量型RTOS，而用于擴展手機功能的智能手表需要運行Android等高級操作系統。

　　同時(shí)，傳感器集線(xiàn)器需要具有上下文感知算法的特殊固件。

　　市場(chǎng)細分

　　至此我們已經(jīng)了解了典型可穿戴設備的需求，相應地進(jìn)行市場(chǎng)細分也十分重要。正確的市場(chǎng)細分使設計人員能夠開(kāi)發(fā)合適的產(chǎn)品，同時(shí)幫助用戶(hù)選擇最佳設備。下表根據設備功能進(jìn)行市場(chǎng)細分。表格中細分市場(chǎng)的復雜性自上而下增加。

　　表1 – 可穿戴設備的市場(chǎng)細分