看生物傳感器如何玩轉(zhuǎn)可穿戴設(shè)備

　　根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)IDC預(yù)測(cè)，在未來幾年，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，2015年手戴設(shè)備出貨量將達(dá)到4070萬部，占據(jù)可穿戴設(shè)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)受到了越來越多的關(guān)注度。

　　我們知道，一個(gè)典型的可穿戴設(shè)備通過一個(gè)外部設(shè)備整合用戶數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)分析并顯示用戶信息。可穿戴設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)傳感器、存儲(chǔ)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(shè)備當(dāng)屬智能手表、健身手環(huán)及活動(dòng)檢測(cè)器，這些設(shè)備通過一個(gè)或者多個(gè)傳感器測(cè)量和捕獲用戶信息。因此，手戴產(chǎn)品對(duì)傳感器有著高應(yīng)用需求，促使整個(gè)傳感器迅猛增長(zhǎng)。據(jù)世強(qiáng)產(chǎn)品經(jīng)理羅光川表示：“可穿戴設(shè)備在全球引起廣泛關(guān)注，這種趨勢(shì)在中國尤為明顯。作為可穿戴設(shè)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(shè)備利用光學(xué)傳感器來追蹤生命指標(biāo)。Silicon labs擁有的高性能、低功耗的傳感器產(chǎn)品，如紫外線傳感器、紅外光/環(huán)境光傳感器等等，可感應(yīng)出UV指數(shù)、環(huán)境光、心率/脈搏血氧飽和度以及2D或者3D手勢(shì)應(yīng)移動(dòng)等。世強(qiáng)憑借廣泛的目標(biāo)客戶群使得傳感器業(yè)務(wù)獲得大幅增長(zhǎng)。羅光川介紹到：“針對(duì)可穿戴設(shè)備，Silicon labs開發(fā)的生物傳感器Si1132/4X系列，主要用于測(cè)量人們的心跳、血壓，追蹤陽光紫外線強(qiáng)度等，并且這些傳感器致力于小尺寸以應(yīng)對(duì)可穿戴領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。”

　　圖1：Si1132/4X接近/環(huán)境光/UV檢測(cè)器

　　Si1132是Silicon labs推出的全球首款單芯片數(shù)字紫外線指數(shù)傳感器，支持UV指數(shù)檢測(cè)，可作為智能可穿戴和保健應(yīng)用的首選。由于集成了光傳感器，因此Si1132可自動(dòng)調(diào)整顯示來優(yōu)化功耗并使人眼更為舒適，并且與加速度計(jì)配合能實(shí)現(xiàn)睡眠追蹤。人體接收適度的紫外線是可取的，但是過度的照射則會(huì)引起致命的皮膚癌。羅光川表示：“在紫外線檢測(cè)應(yīng)用中，Si1132可提供實(shí)時(shí)的累積的紫外線指數(shù)照射，從而能幫助人們降低患皮膚癌的風(fēng)險(xiǎn)，輕松愉快享受健康的戶外生活，因此Si1132已成功地應(yīng)用于健康手環(huán)和健康戒指上。在接近/環(huán)境光檢測(cè)應(yīng)用中，Si1132具有強(qiáng)大的長(zhǎng)距離接近檢測(cè)，在室內(nèi)可達(dá)到2米。世強(qiáng)看好Si1132在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)和消費(fèi)中的顯示接口應(yīng)用，接近功能可用于喚醒設(shè)備。比如物聯(lián)網(wǎng)控制面板檢測(cè)到人喚醒、遠(yuǎn)程控制檢測(cè)到人喚醒、可視門鈴檢測(cè)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(diào)節(jié)顯示器亮度，從而提高可閱讀性，減少眼睛負(fù)擔(dān)，并降低電量消耗。”

　　圖2：Si1132的UV檢測(cè)功能

　　具體到產(chǎn)品技術(shù)，Si1132的電池壽命超長(zhǎng)，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，并且在出廠前校準(zhǔn)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(gòu)內(nèi)包含一個(gè)高達(dá)128klux感應(yīng)能力的光傳感器，因此在寬動(dòng)態(tài)范圍光源內(nèi)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(hào)處理功能，從而簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和具有高靈敏度,可在包括深色玻璃在內(nèi)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和光環(huán)境功能上和Si1132一樣。兩者不同的是Si114X根據(jù)型號(hào)提供單、雙和三個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器集成選項(xiàng)，并且能為為手勢(shì)識(shí)別提供15級(jí)可選擇的驅(qū)動(dòng)等級(jí)。據(jù)羅光川介紹：“Si114X系列可應(yīng)用于心率和血氧測(cè)量和生物計(jì)量、最長(zhǎng)距離可達(dá)1.5m的長(zhǎng)距離接近檢測(cè)以及先進(jìn)的2D和3D手勢(shì)檢測(cè)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(dǎo)通時(shí)間為25.6us。羅光川特別強(qiáng)調(diào)，Si114X具有多個(gè)LED無觸摸2D和3D手勢(shì)感應(yīng)，即使是在陽光照射下，也有非常高的動(dòng)態(tài)范圍。

　　圖3：Si114X集成了3個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器

　　從上圖可以看出，Si114X最多能集成3個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器。LED驅(qū)動(dòng)器的作用是為健康和健身跟蹤器通過反射式心率和血飽和度測(cè)量功能，非接觸式接口能支持終端用戶遠(yuǎn)距離控制。SI114X系列內(nèi)部帶有一個(gè)或多個(gè)紅外發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電流可以通過寄存器進(jìn)行設(shè)置，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)外接的紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光(波長(zhǎng)范圍一般在750到950之間。850nm最好)，當(dāng)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)過內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換，再通過I2C接口電路發(fā)送給MCU，就可以根據(jù)計(jì)算出的光強(qiáng)大小，得出有人或物體在接近。Si1146和Si1147支持高級(jí)運(yùn)動(dòng)和手勢(shì)感應(yīng)，Si1146可以實(shí)現(xiàn)Z軸和X軸運(yùn)動(dòng)感應(yīng)和非接觸式控制，而Si1147添加了第三軸，可以實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)感應(yīng)。兩個(gè)傳感器提供的反射測(cè)量能夠進(jìn)行后處理，以進(jìn)一步判別手勢(shì)。

　　圖4： Si114x在手勢(shì)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

　　在手戴產(chǎn)品系統(tǒng)中，若是離散組件較多，不僅會(huì)增加電兼容和測(cè)試方面的復(fù)雜性，還會(huì)增加功耗、BOM成本以及PCB尺寸等。Silicon labs的UV指數(shù)傳感器IC單芯片解決方案可針對(duì)性地解決上述問題。羅光川表示，該方案的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在2mm×2mm封裝的單芯片IC中集成了UV指數(shù)傳感器和數(shù)字處理電路，直觀來說，在8.5英寸寬的頁面中可防治655顆UV指數(shù)傳感器IC。由于具有超低功耗架構(gòu)，用戶使用Silicon labs UV指數(shù)傳感器幫助用戶采用小電池實(shí)現(xiàn)可穿戴薄設(shè)計(jì)，同時(shí)在每秒一次的UV測(cè)量速率下平均電路低至1.2uA，從而延長(zhǎng)了電池壽命。羅光川表示：“世強(qiáng)不但提供功能豐富的各類傳感器產(chǎn)品，而且我們將不斷深化與原廠的合作，憑借世強(qiáng)廣泛的分銷網(wǎng)絡(luò)為客戶提供更好的服務(wù)，同時(shí)為客戶提供及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持。”