看生物傳感器如何玩轉可穿戴設備

　　根據市調機構IDC預測，在未來(lái)幾年，智能手表、手環(huán)等手戴產(chǎn)品將一直領(lǐng)跑整個(gè)可穿戴市場(chǎng)。IDC稱(chēng)，2015年手戴設備出貨量將達到4070萬(wàn)部，占據可穿戴設備出貨量的九成。由于手戴產(chǎn)品能幫助人們分析日常行為活動(dòng)，極大地改善了我們的生活方式，因此與之相關(guān)的可穿戴技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注度。

　　我們知道，一個(gè)典型的可穿戴設備通過(guò)一個(gè)外部設備整合用戶(hù)數據和外部數據分析并顯示用戶(hù)信息。可穿戴設備的結構包括一個(gè)或多個(gè)傳感器、存儲器件、連接器件(射頻控制器)、顯示屏及電池。目前市場(chǎng)上最有名的的可穿戴電子設備當屬智能手表、健身手環(huán)及活動(dòng)檢測器，這些設備通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)傳感器測量和捕獲用戶(hù)信息。因此，手戴產(chǎn)品對傳感器有著(zhù)高應用需求，促使整個(gè)傳感器迅猛增長(cháng)。據世強產(chǎn)品經(jīng)理羅光川表示：“可穿戴設備在全球引起廣泛關(guān)注，這種趨勢在中國尤為明顯。作為可穿戴設備重要組成部分的傳感器因此變得炙手可熱。”

　　他表示，目前一些較新的可穿戴設備利用光學(xué)傳感器來(lái)追蹤生命指標。Silicon labs擁有的高性能、低功耗的傳感器產(chǎn)品，如紫外線(xiàn)傳感器、紅外光/環(huán)境光傳感器等等，可感應出UV指數、環(huán)境光、心率/脈搏血氧飽和度以及2D或者3D手勢應移動(dòng)等。世強憑借廣泛的目標客戶(hù)群使得傳感器業(yè)務(wù)獲得大幅增長(cháng)。羅光川介紹到：“針對可穿戴設備，Silicon labs開(kāi)發(fā)的生物傳感器Si1132/4X系列，主要用于測量人們的心跳、血壓，追蹤陽(yáng)光紫外線(xiàn)強度等，并且這些傳感器致力于小尺寸以應對可穿戴領(lǐng)域的挑戰。”

　　圖1：Si1132/4X接近/環(huán)境光/UV檢測器

　　Si1132是Silicon labs推出的全球首款單芯片數字紫外線(xiàn)指數傳感器，支持UV指數檢測，可作為智能可穿戴和保健應用的首選。由于集成了光傳感器，因此Si1132可自動(dòng)調整顯示來(lái)優(yōu)化功耗并使人眼更為舒適，并且與加速度計配合能實(shí)現睡眠追蹤。人體接收適度的紫外線(xiàn)是可取的，但是過(guò)度的照射則會(huì )引起致命的皮膚癌。羅光川表示：“在紫外線(xiàn)檢測應用中，Si1132可提供實(shí)時(shí)的累積的紫外線(xiàn)指數照射，從而能幫助人們降低患皮膚癌的風(fēng)險，輕松愉快享受健康的戶(hù)外生活，因此Si1132已成功地應用于健康手環(huán)和健康戒指上。在接近/環(huán)境光檢測應用中，Si1132具有強大的長(cháng)距離接近檢測，在室內可達到2米。世強看好Si1132在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)和消費中的顯示接口應用，接近功能可用于喚醒設備。比如物聯(lián)網(wǎng)控制面板檢測到人喚醒、遠程控制檢測到人喚醒、可視門(mén)鈴檢測到人喚醒以及非接觸式干手器等。此外，環(huán)境光傳感器自動(dòng)調節顯示器亮度，從而提高可閱讀性，減少眼睛負擔，并降低電量消耗。”

　　圖2：Si1132的UV檢測功能

　　具體到產(chǎn)品技術(shù)，Si1132的電池壽命超長(cháng)，在1Hz采樣頻率下的功耗僅為1.2uA，采用2×2×0.65毫米QFN封裝，并且在出廠(chǎng)前校準提高了產(chǎn)品的一致性。Si1132配備I2C接口此外，Si1132牢靠的傳感架構內包含一個(gè)高達128klux感應能力的光傳感器，因此在寬動(dòng)態(tài)范圍光源內Si1132依舊保持性能不便。羅光川指出，Si1132單芯片方案集成了光敏二極管、ADC和信號處理功能，從而簡(jiǎn)化產(chǎn)品設計和具有高靈敏度,可在包括深色玻璃在內的各種材料覆蓋下工作。

　　另外，Silicon labs推出的Si114X系列UV和IR接近/環(huán)境光傳感器在紫外線(xiàn)和光環(huán)境功能上和Si1132一樣。兩者不同的是Si114X根據型號提供單、雙和三個(gè)LED驅動(dòng)器集成選項，并且能為為手勢識別提供15級可選擇的驅動(dòng)等級。據羅光川介紹：“Si114X系列可應用于心率和血氧測量和生物計量、最長(cháng)距離可達1.5m的長(cháng)距離接近檢測以及先進(jìn)的2D和3D手勢檢測等。如LG心率耳塞就使用了Si114X。” 值得一提的是，Si114X還是革新的超低功耗單脈沖傳感器，最小化IR LED導通時(shí)間為25.6us。羅光川特別強調，Si114X具有多個(gè)LED無(wú)觸摸2D和3D手勢感應，即使是在陽(yáng)光照射下，也有非常高的動(dòng)態(tài)范圍。

　　圖3：Si114X集成了3個(gè)LED驅動(dòng)器

　　從上圖可以看出，Si114X最多能集成3個(gè)LED驅動(dòng)器。LED驅動(dòng)器的作用是為健康和健身跟蹤器通過(guò)反射式心率和血飽和度測量功能，非接觸式接口能支持終端用戶(hù)遠距離控制。SI114X系列內部帶有一個(gè)或多個(gè)紅外發(fā)光二極管驅動(dòng)器，驅動(dòng)電流可以通過(guò)寄存器進(jìn)行設置，驅動(dòng)器驅動(dòng)外接的紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光(波長(cháng)范圍一般在750到950之間。850nm最好)，當有人或其他物體接近時(shí)，發(fā)出的紅外光被反射回到接近傳感器的紅外光接收窗口，經(jīng)過(guò)內部的ADC轉換，再通過(guò)I2C接口電路發(fā)送給MCU，就可以根據計算出的光強大小，得出有人或物體在接近。Si1146和Si1147支持高級運動(dòng)和手勢感應，Si1146可以實(shí)現Z軸和X軸運動(dòng)感應和非接觸式控制，而Si1147添加了第三軸，可以實(shí)現三維運動(dòng)感應。兩個(gè)傳感器提供的反射測量能夠進(jìn)行后處理，以進(jìn)一步判別手勢。

　　圖4： Si114x在手勢應用中的優(yōu)勢

　　在手戴產(chǎn)品系統中，若是離散組件較多，不僅會(huì )增加電兼容和測試方面的復雜性，還會(huì )增加功耗、BOM成本以及PCB尺寸等。Silicon labs的UV指數傳感器IC單芯片解決方案可針對性地解決上述問(wèn)題。羅光川表示，該方案的優(yōu)勢體現在2mm×2mm封裝的單芯片IC中集成了UV指數傳感器和數字處理電路，直觀(guān)來(lái)說(shuō)，在8.5英寸寬的頁(yè)面中可防治655顆UV指數傳感器IC。由于具有超低功耗架構，用戶(hù)使用Silicon labs UV指數傳感器幫助用戶(hù)采用小電池實(shí)現可穿戴薄設計，同時(shí)在每秒一次的UV測量速率下平均電路低至1.2uA，從而延長(cháng)了電池壽命。羅光川表示：“世強不但提供功能豐富的各類(lèi)傳感器產(chǎn)品，而且我們將不斷深化與原廠(chǎng)的合作，憑借世強廣泛的分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )為客戶(hù)提供更好的服務(wù)，同時(shí)為客戶(hù)提供及時(shí)的現場(chǎng)應用支持。”