MCU在可穿戴電子產(chǎn)品中的作用

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

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

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

　　• 可穿戴電子系統(tǒng)的不同需求;

　　• 如何根據(jù)這些需求細分市場;

　　• 典型可穿戴設(shè)備中的不同組件;

　　• 最后我們將探討MCU如何有助于滿足相關(guān)需求。

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

　　可穿戴設(shè)備的需求

　　我們首先看一下可穿戴設(shè)備的典型需求。

　　美觀：

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

　　電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)是提高美感的關(guān)鍵技術(shù)。對此，電容式用戶界面的關(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(yīng)等。賽普拉斯的CapSense 與TrueTouch技術(shù)能夠使此類需求變得切實可行。

　　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(shè)備。但同時不可以減少或降低其展現(xiàn)的功能。因此，此類器件中采用的組件在保持小尺寸的同時還應(yīng)當在相同空間集成更多功能。片上系統(tǒng)(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(tǒng)(PSoC)器件。

　　防水：

　　可穿戴設(shè)備會被用戶帶到任何地方。因此，關(guān)鍵是這些設(shè)備的設(shè)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(shè)備是由電池供電，因此，以下因素在其功耗降低方面帶來了特殊挑戰(zhàn)：

　　• 由于可穿戴設(shè)備大部分是監(jiān)控設(shè)備，與其它移動設(shè)備不同的是，它需要始終打開并且保持連接。例如，智能手表需要始終顯示時間并通過藍牙等無線方式連接到手機，以便接收提醒;計步器需要一直計算步數(shù)并向手機應(yīng)用報告;同樣，心率監(jiān)控器需要一直提供監(jiān)控和報告。

　　• 由于需要降低整體尺寸，因此會從內(nèi)在限制電池容量。

　　這些設(shè)備需要以超低功率運行，以延長電池使用壽命。此項需求對MCU與固件算法提出了特殊要求。32位ARM架構(gòu)是可穿戴設(shè)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(shè)計采用ANT+、低功耗藍牙(BLE)等無線技術(shù)實現(xiàn)低功耗。

　　無線通信：

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

　　應(yīng)用處理器/嵌入式控制器：

　　主處理器的選擇僅僅取決于設(shè)備的類型與功能。例如，ARM cortex-M控制器可以驅(qū)動簡單的腕帶，但是智能手表需要采用應(yīng)用處理器，以便運行Android等復(fù)雜的操作系統(tǒng)。

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

　　一些高級設(shè)備采用獨立的協(xié)處理器把傳感器數(shù)據(jù)處理工作從主處理器上轉(zhuǎn)移出來。之所以需要這么做是因為設(shè)備可能具有需要實時分析以及CPU支持的傳感器數(shù)據(jù)負載。此功能稱為傳感器集線器或傳感器融合。下圖說明了傳感器集線器在可穿戴系統(tǒng)中的作用。

　　圖1 – 傳感器集線器在可穿戴系統(tǒng)中的作用

　　操作系統(tǒng)：

　　根據(jù)類型和所提供的功能，可穿戴設(shè)備可能需要、也可能不需要特定的操作系統(tǒng)。例如，一個用于監(jiān)測溫度、采用3軸加速計測量運動以及用單色段式LCD顯示時間的簡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(tǒng)。

　　同時，傳感器集線器需要具有上下文感知算法的特殊固件。

　　市場細分

　　至此我們已經(jīng)了解了典型可穿戴設(shè)備的需求，相應(yīng)地進行市場細分也十分重要。正確的市場細分使設(shè)計人員能夠開發(fā)合適的產(chǎn)品，同時幫助用戶選擇最佳設(shè)備。下表根據(jù)設(shè)備功能進行市場細分。表格中細分市場的復(fù)雜性自上而下增加。

　　表1 – 可穿戴設(shè)備的市場細分