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众厂商热议可穿戴设备的技术发展

作者:王莹 王金旺时间:2016-08-29来源:电子产品世界收藏
编者按:本文通过对各大可穿戴设备相关厂商的访谈,探讨了可穿戴设备的技术发展。

摘要:本文通过对各大设备相关厂商的访谈,探讨了设备的技术发展。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201608/296176.htm

英飞凌的智能传感器

  在智能手表方面,在今年的Google I/O 2016上,谷歌神秘的ATAP(Advanced Technologies and Projects)部门与LG合作推出一款智能手表,表带处内置的Soli技术用于捕捉用户指尖的微小动作。这是由英飞凌开发的60 GHz雷达传感器实现的新型传感技术。它借助谷歌软件,利用很小的运动实现一流的自然手势识别,能让用户像人与人互动一样地与机器交互。

  在智能手机方面,2016年6月,联想推出了全球首款AR智能手机,具备最小巧的3D相机,英飞凌提供的REAL3™图像传感器芯片,让这款智能手机具备实时3D环境感知功能。

  在光学方面,英飞凌和歌尔声学合作,共同推出两款高分辨率、高集成度光学传感器。该光学芯片可满足设备中的心率和脉搏血氧饱和度监测应用对于精准测量、体形小巧以及超低功耗的要求。该传感器解决方案可让耳机、健身腕带和智能手表等可穿戴设备拥有一流性能。

  在声学方面,英飞凌的“微型”硅基麦克风在确保具有与普通麦克风相同的声学和电学性能的同时,实现了只有普通麦克风一半大小的尺寸,而功耗也仅为普通麦克风的三分之一。英飞凌硅基麦克风结实耐用,耐热性更强,可很好地实现可穿戴设备的通话功能。

  此外,英飞凌的压力传感器,为可穿戴设备增添了新的有趣功能,如计步、高度测量、监测佩戴者的坐、站立、走、跑等状态以及室内导航等功能,让可穿戴设备更具实用性。举例来说,当搭载了英飞凌DPS310压力传感器的可穿戴设备佩戴者置身购物广场或多层停车场等场景时,DPS310可以帮助设备精确定位所处的楼层,帮助用户找出抵达目的地的路线。此外,这枚小小的芯片能为计算海拔升高和垂直速度提供准确数据。例如,根据测量数据的变化,通过特定的算法,可以掌握佩戴了手环或手表的老人从站立到平躺,或平躺到站立的状态变化,从而作出相应的及时应对。

  NFCRing公司近期推出全球首款符合EMVCo标准的支付戒指,它采用英飞凌股份公司的非接触式安全芯片。这个小巧的防水型智能可穿戴设备,有着一张非接触式支付卡一样的支付功能。用户只需要将戴有戒指的手指靠近任何支持EMVCo非接触标准的支付终端晃动一下,即可轻松完成支付。这枚支付戒指采用近场通信(NFC)技术,可以在只有几厘米的较短距离内传送数据。

生活状态检测功能将受关注

  当下可穿戴电子产品中,无线遥控类、玩具类和医疗健康类可穿戴设备将会有较好的发展。而更多种类的和更微弱的生物电信号感知将会是未来可穿戴电子产品设备的发展方向,例如,测量眼球运动和脑电波信号。可穿戴设备的生活状态检测功能将会逐渐受到关注,例如,病人和老人生命体征的检测。而更专业、更贴合慢性病的防治和监控将会是这一类可穿戴设备的发展方向。

  在可穿戴设备方面,东芝有ApP-Lite系列芯片方案,该方案具有以下优势:

  • 多传感器的融合,高集成度单芯片方案(包含传感器、模拟前端放大处理电路、高精度AD、蓝牙和ARM主控芯片);

  • 微弱生物电信号的测量;

  • 高性能处理器对信号的处理与提取;

  • 完善的电源管理及低功耗的硬件设计,适合电池供电和长时间运行;

  • 东芝提供动作行为分析,脉搏、ECG、SPO2(血氧)的算法和中间件。

脑电产品将很快席卷可穿戴市场

  就目前的市场应用情况及技术发展来看,健康感知和生命体征信号的监测是可穿戴产品最为青睐的功能。具体来看,对于运动的检测及计量相对成熟,但是对于运动状态和相关生命体征信号的快速及精确的监测还有改进的空间。例如光电法测量体征信号,如心率、血氧含量及其他健康指数,这需要更新的光电传感技术以及相应的系统级数据处理技术,集中包括日常运动情况下的持续准确测量以及采集到数据的后台融合及分析使用等。

  目前在市场上比较成熟的手表以及手环类产品,从趋势来看,越来越多的健康类可穿戴产品已经在鞋、帽以及眼镜中出现。除此以外,可穿戴的脑电产品也很快会在市场上出现,其可实现更加炫酷好玩的应用体现,例如,你的睡眠监测将更加准确科学;你对外界环境的变化的反应将被监测或量化;带有脑电监测的耳机可以监测你对各类音乐的不同反应等。这些都可以用来开发非常有趣的应用。配饰类的智能化产品也使得可穿戴家族的产品种类更加丰富。另外,环境类的监测功能,也会在下一轮的丰富可穿戴产品的功能方面被广泛采纳。目前国内的可穿戴产品主要大客户的出货量虽然和手机的出货量对比来看还有很大差距,但是绝对量已经相当可观。

深度传感与交互仍需行业突破

  从当前的可穿戴市场来看,有两类产品特别突出。一类是智能手表,智能手表可实时跟踪人体的运动及生理状况并与手机、家居、汽车互联,可延伸相关的服务。另一类是AR/VR产品,AR/VR作为一种高起点的集成智能传感、计算、交互的平台,可与各个产业广泛深度地结合。行业发展空间很大。

  对可穿戴产品来说,深度地传感与交互仍是需要行业突破的重点。深度传感将从单体传感器数据简单处理升级到多传感器子系统的深度数据融合。多传感器融合将包括对运动、声学、环境、光学等诸多传感器类型的数据进行有机地分析,让用户有更好的体验和服务。

  博世传感器解决方案一直在以下几个方面努力:

  1. 传感器单体的尺寸越来越小、功耗越来越低,符合可穿戴市场对尺寸与功耗的极致要求;

  2. 传感器的类型会越来越多,能检测的类型越来越丰富,如我们的BME680,集成了气压、温度、湿度及室内空气质量监测于一体;

  3. 多传感器的集成,如BNO055集成了加速度、地磁、陀螺仪及处理器与算法于一体,非常方便客户开发;

  4. 传感器的智能程度越来越高,在传感器器件中集成越来越多的智能功能,简化系统开发,分担主处理器的运算强度,大大降低了整机的系统功耗。

可穿戴设备需要大数据的支撑

  可穿戴设备不仅包括硬件,更重要的是硬件后端的大数据以及服务。可穿戴电子产品需要后台大数据以及服务的强力支撑,才能具有更高的用户粘性,同时促进可穿戴应用行业的发展。可穿戴产品首先要接入云,而接入云端的方式可以通过多种无线传输标准来实现,比如蓝牙、低功耗Wi-Fi,甚至最近比较流行的LoRa等,这些无线模块意法半导体都可以提供。其次,对于产品本身,我们更关注在各个垂直领域内的功能。比如针对跑步的计歩、卡路里这种基本功能,以及PDR结合GPS的高级功能等。又比如在健康领域的动态心率血氧测量、血压测量等。除此之外,意法半导体已经与业界互联网公司建立了非常密切的合作关系,我们会不断听取客户以及合作伙伴的意见,根据市场的需求寻找更多的第三方合作伙伴,从而打造更加丰富的可穿戴生态环境。

  意法半导体不仅为可穿戴设备提供了高集成度、低功耗以及小封装的微处理器平台、传感器、低功耗蓝牙等,而且还提供基于该平台的各种传感器算法,帮助客户实现各种手势以及姿态识别,简化客户设计以加速产品上市时间。意法半导体通过市场分析以及与前沿大客户的合作,根据当前市场需求对MCU进行优化。事实证明,优化过的MCU可以更好地满足客户需求。目前,我们的微处理器以及传感器平台已得到国内外各大公司的青睐。其中STM32L系列被用于各种手环,STM32L4系列适合运动手表,STM32F4以及STM32F7系列适合智能手表。

  在软件方面,意法半导体与诸多业界著名的传感器算法供应商合作可以提供各类高精度运动传感器以及生物传感器等算法,从而极大缩短客户产品的上市时间,提高竞争力。

可穿戴设备的无线充电技术

  安森美半导体为可穿戴电子市场提供低功率管理及控制和快速、高效、灵活的充电方案。从在助听器市场的策略定位开始,安森美半导体在数字信号处理(DSP)以及电源管理IC(PMIC)得以不断发展,不断开发用于其它可穿戴产品的方案。公司正在开发的电源管理方案,将使可穿戴设备开发人员能以非常灵活的方式为他们的产品提供所需的不同功率级别。安森美半导体的PMIC是高度可配置的,采用研发的知识产权(IP),开发人员可将一个非常紧凑、的方案很快地用于他们的项目。这给客户提供优于竞争对手的尺寸方案和产品上市时间。

  另一方面是高效、灵活的充电。我们看到的一个趋势是使用无线充电作为可穿戴设备专有的充电方式。这将为这些产品提供许多优势,尤其是它们中的大部分可用于水中,所以首选密封和防水。目前有三种无线充电技术针对可穿戴设备。首先是感应充电,第二是磁共振,第三是远场充电。感应充电是第一代无线充电,用于Apple Watch和三星Galaxy产品。这项技术已经成熟,但缺乏灵活性,不能使用相同的技术将随处为可穿戴设备充电用于其它便携式产品,如智能手机和平板电脑。至于远场充电,您可远距离为您的可穿戴设备充电,不需要从您身上取下它,但仍处于早期发展,并有许多技术和监管挑战要克服。我们认为,磁共振技术,类似于AirFuel Alliance所开发的,适用于所有产品。

  安森美半导体提供的方案,将使可穿戴在多设备充电的情况下充电,如智能手机和平板电脑能在同一充电垫上充电而不被损坏。这将创建一个全面的无线充电生态系统,使多个不同功率要求的设备同时使用同一垫充电。这是个很大的优势,我们相信未来将改变可穿戴设备的充电方式。

TE的传感器与电源解决方案

  通信、传感、可持续电源以及处理能力都是影响可穿戴设备性能的关键技术指标。其中,我比较关注可穿戴设备的传感器和电源性能,因为不断创新的产品需要更强劲的功能来无缝对接人们的日常生活和工作方式。

  TE的连接与传感器解决方案能够识别更多生物特征。例如,运动传感器不仅能够提供心率和呼吸指数,甚至能够向你展示肌肉的活动及运动量。可穿戴设备传感器就是你佩戴在身上或是植入服装内的一个工具。当然,TE也能够设计将其嵌入人体。比如,由TE设计的用于心脏起搏器内的压电式传感器能够有效监测患者的活动。

  此外,电能的利用也是非常重要的一个因素。可穿戴设备必须能够以最少的耗电提供持久的工作动力与快速处理能力,这就要求可穿戴设备配备一个充电接口。尽管低功率的设计能够以极少的电量提供更高效的微控制器,然而分辨率更高的屏幕和需要持续运行的应用不断对电池容量提出更高的要求。因此,长期以来,消费者始终将更长的电池寿命及更短的充电时间作为挑选产品时的首要条件。毫无疑问,领先的可穿戴设备制造商都在致力于解决耗电问题。因此,新的可穿戴设备都将正在兴起的无线电源传输作为一项主要特性融入整体设计,此外还需满足防水的需求。这也是TE正在着力研发的技术。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第8期第7页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。


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