迎接可穿戴設備時(shí)代的設計挑戰

　　可穿戴電子設備對設計工程師提出了前所未有的挑戰—設計工程師需要在沒(méi)有專(zhuān)用芯片組或標準化架構的情況下創(chuàng )建智能、緊湊和多功能的產(chǎn)品。由于專(zhuān)用芯片組(標準化架構)的缺失，設計工程師需要在可穿戴產(chǎn)品中使用為移動(dòng)和手持應用設計的器件和互連技術(shù)。

　　如何在兩個(gè)不相關(guān)的器件之間實(shí)現數字與模擬“鴻溝”的橋接是一個(gè)不小的設計挑戰，而這對于有嚴格空間和功耗限制的可穿戴設備來(lái)說(shuō)更是難上加難。同時(shí)，發(fā)展迅速的市場(chǎng)要求設計工程師緊跟消費者不斷變化的需求，快速升級現有產(chǎn)品的功能并推出全新的產(chǎn)品。

　　本文將針對可穿戴產(chǎn)品的設計挑戰進(jìn)行研究，并將探索如何使用可編程邏輯產(chǎn)品來(lái)解決這些問(wèn)題。文章相關(guān)的設計實(shí)例旨在說(shuō)明如何將專(zhuān)用可編程器件應用于以下三個(gè)方面：

　　擴展。使用額外的邏輯和定制功能擴展現有ASIC和ASSP的功能和使用壽命。

　　升級。使用可編程邏輯產(chǎn)品實(shí)現新協(xié)議和標準，并通過(guò)橋接實(shí)現互不兼容元器件間的互連，以此升級可穿戴設備的設計。

　　創(chuàng )新。無(wú)需為ASIC開(kāi)發(fā)投入大量時(shí)間和費用，使用可編程邏輯產(chǎn)品提供的靈活平臺來(lái)實(shí)現高級功能或全新的特性。

　　可穿戴設備帶來(lái)前所未有的設計挑戰

　　可穿戴電子產(chǎn)品正處于發(fā)展早期，技術(shù)尚未成熟，就像地球上的生命進(jìn)化過(guò)程一樣，將發(fā)生像寒武紀生命大爆發(fā)一樣百花齊放的技術(shù)創(chuàng )新?？梢灶A見(jiàn)至少在未來(lái)的3到5年內將不斷有各種各樣的產(chǎn)品和試作面世，形成具備以下特征的市場(chǎng)：

　　●市場(chǎng)快速創(chuàng )新，而消費者的需求也以同樣的速度快速變化;

　　●全新類(lèi)型的產(chǎn)品出現和發(fā)展，有時(shí)候也會(huì )最終消失;

　　●出現眾多相互競爭的產(chǎn)品，但未能形成標準的功能集;

　　●即使有也只有很少的標準化架構或接口標準。

　　在這段蓬勃發(fā)展的時(shí)期里，產(chǎn)品依托的半導體器件的發(fā)展將跟不上產(chǎn)品本身迭代更新的速度。由于IC開(kāi)發(fā)通常需要12至18個(gè)月，如果制造商堅持為可穿戴市場(chǎng)開(kāi)發(fā)ASIC，很可能導致產(chǎn)品上市時(shí)功能并不盡如人意或已然過(guò)時(shí)。

　　沒(méi)有專(zhuān)為應用優(yōu)化的微控制器(MCU)和ASSP，可穿戴設備設計工程師就必須使用通用的MCU或使用來(lái)自更成熟應用的高度集成器件，如來(lái)自智能手機、平板電腦以及其他手持/移動(dòng)設備中的器件。上述這兩種方式都為設計工程師提供了高集成度的嵌入式計算平臺，無(wú)需為開(kāi)發(fā)專(zhuān)用器件投入大量的時(shí)間和成本。不僅如此，很多開(kāi)發(fā)工具和應用軟件都支持大多數這些現成器件，這也是額外的優(yōu)勢。

　　雖然在可穿戴應用中使用這類(lèi)移動(dòng)專(zhuān)用器件可獲得諸多優(yōu)勢，但是設計工程師還是會(huì )在設計過(guò)程中面臨諸多挑戰。第一個(gè)挑戰是可穿戴設備市場(chǎng)的變化非?？?，最初產(chǎn)品中所使用的嵌入式計算器件可能不具備相關(guān)的接口和I/O功能用以支持下一代產(chǎn)品所需的所有新功能。為了跟上市場(chǎng)變化的步伐，設計工程師必須要為產(chǎn)品設計增加擴展電路或尋找功能更強的MCU/ASSP.

　　第二個(gè)挑戰，也正是更普遍的問(wèn)題—大部分這些嵌入式計算器件并不具備相關(guān)接口用于可穿戴應用中最常用的各類(lèi)傳感器、顯示屏和其他I/O器件。在某些情況下，傳感器或顯示屏的接口不匹配系統的數據總線(xiàn)，或不兼容系統應用處理器使用的格式，這將導致“數字斷裂(DigitalDisconnect)”的發(fā)生(圖1)。

　　圖1：“數字斷裂”常見(jiàn)于大多數CMOS圖像傳感器的LVDS接口和許多常用應用處理器使用的CSI-2 I/O總線(xiàn)之間。