有人說(shuō)，在科技博客這個(gè)圈子里，可穿戴設(shè)備是個(gè)讓人聽(tīng)了想睡覺(jué)的詞。嘰嘰喳喳吵了至少一年了，2014年或?qū)⒊蔀榭纱┐髟O(shè)備的突破年，在今年的 CES上也有眾多的可穿戴設(shè)備展出。雖然業(yè)界大佬不爭(zhēng)相涌入這一市場(chǎng)就如同與行業(yè)脫節(jié)一樣，但問(wèn)題是沒(méi)有哪款設(shè)備能夠說(shuō)服多數(shù)人把它“戴”在身上。除了 “體驗(yàn)”這種虛無(wú)飄渺的說(shuō)辭之外，技術(shù)上或許還要從長(zhǎng)計(jì)議。
難關(guān)：尚需攻克
實(shí)現(xiàn)盡可能低的系統(tǒng)功耗是可穿戴設(shè)備主要技術(shù)挑戰(zhàn)，同時(shí)也需要使用創(chuàng)新的算法和傳感器。
目前可穿戴設(shè)備基本上通過(guò)各種傳感器進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)量，以MCU或AP作為主控，外加傳統(tǒng)藍(lán)牙、低功耗藍(lán)牙或NFC等技術(shù)進(jìn)行無(wú)線通信。雖然這些技術(shù)分別相對(duì)成熟，但組合在一起適應(yīng)可穿戴設(shè)備的需求還遠(yuǎn)不像“搭積木”那么簡(jiǎn)單。
德州儀器(TI)MSP430中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇對(duì)記者介紹說(shuō)，從技術(shù)層面上看主要面臨兩大難點(diǎn)：一是可穿戴設(shè)備是用電池供 電的，需要較長(zhǎng)的待機(jī)和使用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)盡可能低的系統(tǒng)功耗是主要技術(shù)挑戰(zhàn)。二是要實(shí)現(xiàn)體征數(shù)據(jù)的測(cè)量比如心跳等，需要使用創(chuàng)新的算法和傳感器，這對(duì)開(kāi)發(fā)人 員而言是全新的領(lǐng)域。
恩智浦大中華區(qū)便攜設(shè)備及計(jì)算產(chǎn)品部高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)石敬巖表示，功耗、電池壽命以及傳感器都是阻礙可穿戴設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展的因素，在將來(lái)這些領(lǐng)域會(huì)持續(xù)成為創(chuàng)新焦點(diǎn)。博通中國(guó)區(qū)銷售總監(jiān)錢(qián)志軍認(rèn)為，小巧以及便于攜帶是可穿戴設(shè)備的重要特性，來(lái)自功耗的挑戰(zhàn)令人關(guān)注。
而從實(shí)際設(shè)計(jì)來(lái)看，還有諸多細(xì)節(jié)有待斟酌。安森美半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)品部(醫(yī)療類)高級(jí)市場(chǎng)工程師席金苗指出，以可穿戴助聽(tīng)器為例，在技術(shù)上沒(méi)有不可 逾越的障礙，在設(shè)計(jì)方面仍然面臨一些挑戰(zhàn)，如在總體系統(tǒng)方面，怎樣提供優(yōu)異的聲音品質(zhì)和計(jì)算能力?怎樣在低供電電壓條件下(可能低至1.0V)將能耗降至 最低?怎樣將物理尺寸減至最小?在信號(hào)處理硬件平臺(tái)方面，怎樣選擇適合的DSP 架構(gòu)及DSP?怎樣提高軟件靈活性?怎樣選擇適合的無(wú)線連接技術(shù)等。這些“細(xì)節(jié)”或?qū)Q定最終成敗。
而讓可穿戴設(shè)備“借力打力”更是兩全其美的選擇。博通總裁兼首席執(zhí)行官、董事會(huì)成員Scott A.McGregor說(shuō)，可充分利用現(xiàn)有的智能手機(jī)和平板電腦的強(qiáng)大處理能力來(lái)處理可穿戴設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)，例如生命體征、運(yùn)動(dòng)指標(biāo)或睡眠質(zhì)量等，這樣既 能減少對(duì)于可穿戴設(shè)備處理能力的要求，同時(shí)降低了功耗，進(jìn)而可穿戴設(shè)備的成本也會(huì)降低，消費(fèi)者能以較低的價(jià)格購(gòu)買。
MCU：Cortex-M系列占優(yōu)
超長(zhǎng)電池壽命對(duì)于大多數(shù)可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素，基于ARM Cortex-M處理器的MCU是最佳解決方案。
MCU作為可穿戴設(shè)備的主控，實(shí)現(xiàn)低功耗可謂其最高“生存法則”。從市場(chǎng)來(lái)看，基于ARM的Cortex-M在低功耗應(yīng)用中具備優(yōu)勢(shì)，但可穿戴設(shè)備市場(chǎng)上也出現(xiàn)了基于Cortex-A的MCU。
Silicon Labs美洲區(qū)市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)Raman Sharma認(rèn)為，雖然基于Cortex-A的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)極具宣傳噱頭，但設(shè)計(jì)不切實(shí)際，難以滿足當(dāng)今大多數(shù)可穿戴設(shè)備對(duì)于超低功耗的需求。他進(jìn)一步解 釋說(shuō)，雖然ARM Cortex-A系列的MCU在基于Android的便攜式設(shè)備上或是絕佳選擇，但是這些設(shè)備是基于可頻繁充電的情況而設(shè)計(jì)的。在可穿戴設(shè)備中實(shí)現(xiàn) Cortex-A的高性能是以很高的能耗為代價(jià)的，這使得一次充電僅僅能工作幾天。因?yàn)槌L(zhǎng)電池壽命對(duì)于大多數(shù)可穿戴設(shè)備是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素，基于ARM Cortex-M的MCU是可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)的最佳解決方案。
從市場(chǎng)來(lái)看，大多數(shù)廠商傾向于采用Cortex-M核。意法半導(dǎo)體(ST)高級(jí)市場(chǎng)工程師任遠(yuǎn)介紹說(shuō)，目前可穿戴設(shè)備中的微控制器大部分以 ARM核心為主，比如ST基于Cortex-M核心的STM32系列MCU，以其低功耗以及小封裝得到業(yè)界的青睞。席金苗說(shuō)，以安森美Ezairo 7100系統(tǒng)級(jí)芯片為例，該器件采用4核架構(gòu)，包含完全可編程的雙MAC 24位DSP內(nèi)核、支持無(wú)線協(xié)定的ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核、高度靈活的HEAR可配置加速器引擎。
無(wú)線技術(shù)：互為長(zhǎng)短
現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，業(yè)界目前仍然缺乏結(jié)合無(wú)線技術(shù)優(yōu)點(diǎn)同時(shí)克服其缺點(diǎn)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。
隨著可穿戴設(shè)備日趨流行，利用無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)將成為其潛力的關(guān)鍵所在。在各有所長(zhǎng)的無(wú)線連接技術(shù)中，究竟誰(shuí)能勝出?半導(dǎo)體廠商的選擇或是單點(diǎn)開(kāi)花，或是多路并進(jìn)，但無(wú)論如何，都要“死磕”功耗這一難題。
Raman Sharma表示，低功耗藍(lán)牙被視為在可穿戴產(chǎn)品中最理想的低功耗、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線連接解決方案，可應(yīng)用于與智能手機(jī)連接的健身追蹤器、智能手表中。任遠(yuǎn)也介 紹說(shuō)，由于低功耗的需求，到目前為止還是藍(lán)牙比較適合可穿戴設(shè)備。羅姆方面也表示，目前藍(lán)牙和Wi-Fi都有應(yīng)用，由于連接的便捷性和低功耗，所以更看好 藍(lán)牙特別是低功耗藍(lán)牙(BLE)技術(shù)在未來(lái)的應(yīng)用。
“藍(lán)牙、Wi-Fi擁有各自的優(yōu)勢(shì)，我們會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)來(lái)選擇適用的通信技術(shù)。” 索尼移動(dòng)通信大中華區(qū)副總裁兼市場(chǎng)部負(fù)責(zé)人鄭書(shū)仁表示，”目前來(lái)看，索尼的大部分硬件基本都實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置NFC芯片，這樣可輕易實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的一觸連接，不需要繁瑣的配對(duì)過(guò)程。”
石敬巖也認(rèn)為，無(wú)線連接技術(shù)有多個(gè)選擇，包括BLE、Zigbee或其他網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及NFC。從低功耗通信和安全性方面來(lái)看，NFC將在可穿戴設(shè)備中起到關(guān)鍵作用。
另外值得關(guān)注的是超低功耗(ULP)連接的可用性。Nordic首席執(zhí)行官Svenn-Tore Larsen認(rèn)為，現(xiàn)今具備Bluetooth v4.0(或藍(lán)牙智能Ready)功能的智能手機(jī)和平板電腦，一般都通過(guò)含低功耗藍(lán)牙(BLE)或ANT+ULP技術(shù)的配件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫無(wú)線通信，這為新一 代智能手表提供催化劑，而Nordic可提供同時(shí)用于這兩種RF軟件協(xié)議的解決方案。
從具體應(yīng)用來(lái)看，無(wú)線技術(shù)還需要“分門(mén)別類”。在用于助聽(tīng)器的無(wú)線技術(shù)方面，包括近場(chǎng)磁感應(yīng)(NFMI)、藍(lán)牙及2.4GHz無(wú)線技術(shù)。席金苗 指出，NFMI作用距離有限，但能耗極低，適合助聽(tīng)器之間的無(wú)線通信。而2.4GHz無(wú)線技術(shù)作用距離更長(zhǎng)(約7至9米)，但能耗更高，適合助聽(tīng)器與其他 電子設(shè)備(如智能手機(jī))之間的無(wú)線通信。藍(lán)牙通常用于中繼設(shè)備與兼容藍(lán)牙的音頻源之間的無(wú)線通信。“現(xiàn)有的這些無(wú)線技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，業(yè)界目前仍然缺乏結(jié) 合上述無(wú)線技術(shù)優(yōu)點(diǎn)同時(shí)克服其缺點(diǎn)的助聽(tīng)器用無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。”席金苗說(shuō)，“目前一種可行的途徑就是采用‘雙無(wú)線’技術(shù)，如安森美的Ezario 7100同時(shí)兼容NFMI和2.4GHz射頻技術(shù)。”
從趨勢(shì)來(lái)看，Wi-Fi、藍(lán)牙、NFC和GPS等功能強(qiáng)大的無(wú)線技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，而無(wú)線組合芯片在這一領(lǐng)域也正飛速發(fā)展。錢(qián)志軍認(rèn)為，可穿戴設(shè)備需要一種方便易行但卻先進(jìn)的技術(shù)為其供電，無(wú)線組合解決方案不僅需高集成度，在功耗上也需大幅降低。
傳感器：風(fēng)頭猶勁
未來(lái)移動(dòng)醫(yī)療會(huì)逐步集成到可穿戴設(shè)備中，越來(lái)越多的生物以及光傳感器會(huì)加入到可穿戴設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)健康指標(biāo)的測(cè)試。
在可穿戴設(shè)備層面，傳感器絕對(duì)是“大頭”。任遠(yuǎn)表示，目前市面上比較多的傳感器包括加速度傳感器、陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)以及溫濕度計(jì)，利用這 些傳感器可以完成各種運(yùn)動(dòng)識(shí)別以及手勢(shì)識(shí)別，幫助消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)健康應(yīng)用。他進(jìn)一步指出，未來(lái)移動(dòng)醫(yī)療會(huì)逐步集成到可穿戴設(shè)備中，越來(lái)越多的生物以及光傳感器 會(huì)加入到可穿戴設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)例如血壓、血氧、心率等健康指標(biāo)的測(cè)試。
而隨著可穿戴醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展，那些能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)療指標(biāo)(如溫度、血糖等)監(jiān)測(cè)及健康監(jiān)控的傳感器將具備廣闊發(fā)展空間。石敬巖表示，目前對(duì)于MEM類動(dòng)作和位置傳感器的需求占據(jù)著主導(dǎo)地位，但環(huán)境傳感器和生物傳感器在這一市場(chǎng)關(guān)鍵增長(zhǎng)領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
此外，傳感器對(duì)接口電路也提出了新要求。席金苗說(shuō)，傳感器趨向更小尺寸及更低能耗，同時(shí)需要采用定制的傳感器接口專用集成電路(ASIC)。例 如，傳感器可能要求高壓偏置，同時(shí)產(chǎn)生極低電平的信號(hào)，傳感器接口ASIC能夠集成高壓及低壓電路，降低復(fù)雜度，優(yōu)于采用分立器件方案。同時(shí)，傳感器接口 ASIC方案可提供高度的信號(hào)通道隔離及低噪聲，非常適合傳感器應(yīng)用需要。