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低功耗和小型化半导体器件掘金可穿戴设备市场

钜大LARGE  |  点击量:999次  |  2020年06月19日  

处理器:Cortex-M系列更适合支持超长电池寿命


关于用户更换电池(例如纽扣电池)供电的可穿戴系统来说,电池寿命达到6-12个月的可穿戴产品已经很常见。而由充电电池供电的可穿戴产品也必须具有非常高的能效,以便尽量减少充电次数。消费者将会感觉到,每间隔一两天就不得不摘下智能手表或追踪器进行充电是极其不方便的;他们更青睐无后顾之忧型的可穿戴产品,他们可以在手腕上戴着这些产品或者带在衣服上长达数周甚至数月,并且无需担心电池更换或充电。


SiliconLabs美洲区市场营销总监RamanSharma先生表示,关于选择MCU供应商的可穿戴产品首要考虑因素是可供应长电池寿命的超低功耗解决方法。来自可穿戴产品客户(例如Misfit和Magellan)的反馈表明可穿戴产品必须具有特别超长的电池寿命才能够被消费者所接受,并在市场中取得成功。


因为超长电池寿命关于大多数可穿戴产品来说是一个关键设计因素,基于ARMCortex-M处理器的MCU是可穿戴产品设计的更佳解决方法。从系统设计的角度来看,从ARM的M0到M4架构的MCU(微控制器)都能符合智能手表的设计需求,可以依据实际的应用层面来选用不同等级的MCU。


一些MCU供应商最近推出了基于Cortex-A处理器的参考设计。虽然这些概念设计极具宣传噱头,但是RamanSharma认为这些基于Cortex-A的产品设计不切实际,难以满足当今大多数可穿戴设备关于超低功耗的需求。虽然ARMCortex-A系列的处理器和MCU在基于Android的便携式设备上可能是最佳选择,但是这些设备是基于可频繁充电的情况而设计的。在可穿戴产品中实现Cortex-A的高性能是以很大的能耗为代价的,这使得一次充电仅仅能工作一两天。高功耗(导致短电池寿命)关于典型的智能手表或可穿戴健身追踪器来说是不可能被接受的。基于ARMCortex-M的低能耗MCU更适合这些类型的可穿戴产品。基于这些原因,SiliconLabs将会持续投资并扩展基于Cortex-M0+、M3和允许浮点运算的M4核心的EFM32GeckoMCU产品线。


无线技术:用最少的功耗来来完成尽可能多的通讯任务


可穿戴技术正在受得越来越多的关注,而将其连接到智能手机的无线连接技术将成为释放可穿戴市场巨大潜力的关键。小巧以及便于携带是可穿戴设备的重要特性,考虑到尺寸的原因,关于这些资源有限、基于电池工作的产品来说,来自功耗的挑战尤其令人关注。


一方面实现无线通讯的模块要通过提高集成度来降低本身要的工作能耗。博通公司嵌入式无线暨无线连线事业部业务开发总监JeffBaer表示,基于博通在无线连接领域悠久的领导地位以及我们高集成度的产品组合,在抓住可穿戴设备的市场机会上拥有得天独厚的优势。更高集成度、简单易用以及低成本,博通的芯片专为这一目标而设计,从而令可穿戴设备拥有极高的功效。


另一方面,无线技术可以把可穿戴设备的信息传至其他设备,从而大大降低自身的工作任务。


JeffBaer表示,可穿戴市场要实现起飞,要低功耗、具有位置感知能力以及无论何时何地都可以互联的设备。将这些产品与智能设备连接起来的能力就非常关键,因为它不仅供应了这些设备收集数据的窗口,还同时起着将这些数据发送到云端的中心枢纽用途。


可穿戴设备与智能手机以及平板电脑采用无线技术来收发这些数据,能够大大降低可穿戴设备数据处理需求以及功耗是的需求。而反过来,又为制造商以及消费者降低了相应的成本和花费。


此外,无线充电技术关于可穿戴设备来说,也代表着一个巨大的机会。无论是将设备放置在一个充电托盘,还是收集射频能量,能够快速地从周边环境中为设备充电,将会为这些设备的发展带来重大的正面效应。


模拟与电源管理:结构简单和更高效率


可穿戴设备的低耗电量取决于两个方面,一是各电子部件本身要具备工作能耗低的特点,二是要有高效的电源管理系统。


ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜认为,对电子元器件提出了新的要求,例如高集成度实现小体积,低功耗实现电池长时间工作。对已可穿戴设备,尤其是可穿戴医疗保健功及健康管理类产品,目前市场参与者都在极力解决一下几方面的技术问题。一是如何方便用户使用,二是如何提高精度,再者如何在保证以上二者的情况下如何控制成本及上市时间;就用户的使用体验而言,其重点是小型化设计,低功耗实现,以降低电池体积和寿命,产品使用形态的创新尤为重要。例如在MEMS加速度传感器方面,ADI能够供应业内最小功耗更低的产品,甚至相配套的软件代码,可以很好的解决以上对可穿戴设备的设计要求。在电源方面,同样要电路简单,高效率,以及低成本,以更好的应对这类以电池供电为主的设计。


同时,技术和方法的服务同样重要,更大的变化是单个电子元器件的需求量相关于传统电子领域中的需求量大很多,而且要求的交付周期要快很多,关于供应商来说,改变原有的供应及服务模式就显得尤为重要。


触控IC:融合低价的指纹识别方法支持更多维度触控


可穿戴设备对人机交互功能同样提出了新的要求,由于可穿戴式设备的造型奇特各异,这关于触控屏的要求也与传统的手机、平板触控有了很大的不同,比如针对曲面的屏幕,其算法与过去平面触控方式截然不同。


据北京集创北方科技有限公司副总裁陈馗介绍,该公司面向可穿戴设备推出了可支持弧面屏的IC产品。该款名为ICN85的系列触控芯片支持弧面Touchpanel,支持180°的弧面触摸能够让可穿戴式设计更加随意,高信噪比(SNR)和专为弧面设计的算法保证了手指在弧面上触摸时接触面积不停变化的情况下依然能计算出精准的坐标(中心坐标偏差1mm)。


在谈到触控IC未来的应用时,陈馗指出,最新的iphone5S搭载的指纹识别技术将是智能手机下一个潮流趋势,因此支持低价的指纹识别方法将会让触控IC大有作为。


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