微妙维效 穿戴装置微型化元件与系统技术

　　微型化元件发挥穿戴式装置的最大坪效

　　在房屋市场中，有大坪数的豪宅、三房两厅的一般住宅、注重机能的二房一厅的小宅、亦有为个人打造的套房等等产品，主打不同的客户族群。若拿房屋大小来比喻个人用3C产品的话，电竞玩家的电脑就好比豪宅，笔电犹如一般住宅，平板电脑可比喻为小宅，而手机则如同套房般，拥有功能齐全的个人空间。

　　那么穿戴式装置呢?以智慧手表为例，由于体积比智慧型手机更小，犹如比套房还更小的「微房」，这种2～3坪小房间对室内设计师来说，要发挥出如同套房般的机能，可说是极大的考验;而穿戴式装置对产品设计师而言，也是同样面临极大的挑战。

　　因应穿戴式装置市场兴起，电子元件供应商提供低功耗、高整合的元件解决方案，透过多合一、堆叠式的晶片设计，以及新一代布线技术，让研发工程师在有限的穿戴式装置空间下，也能发挥出极大的坪效。

　　穿戴式电路元件解决方案：微缩、可挠

　　藉由奈米制程科技，晶片可以体积再微缩，元件也可以更节省空间。如ROHM就提供0.4x0.2mm以下面积的电阻、二极体(RASMID系列)等超微细主被动元件，让PCBLayout(电路布线)更加节省空间。

　　而穿戴式装置依照产品特性，必须具备可挠曲(Flexible)的需求，不管是PCB、萤幕、甚至电池，能做到挠曲的话，产品就不会用起来硬梆梆。在PCB的设计上，硬板主机板必须采用雷射钻孔制程的HDI(高密度互连)板，避免机械钻孔而浪费PCB面积，若是面积较小的布线，就得采用软板(FlexiblePrintCircuit;FPC)。例如Nike+FuelBand、JawboneUp都是采用软板设计。

　　在显示萤幕上，也有可挠式的设计，例如SamsungGearFit采自家YOUM可挠式OLED显示技术。而LGGFlex手机采自家可挠式POLED显示技术与可挠式电池，但似乎没运用到其GWatch产品。

　　至于在电池部分，辉能科技(ProLogium)推出的FLCB(超薄软板锂陶瓷电池)，已于于COMPUTEX2014首度公开，具备超薄(0.32～0.36mm)、可挠曲(挠曲半径视电池长度不同约15～17mm)，弯曲后再平展不产生皱折、超安全(采用锂陶瓷、类固态电解质，就算弯折、撞击、穿刺、撕裂或火烧都不会起火、爆炸)等特性，将成为穿戴式电子的最佳电池解决方案，适合嵌入表带。

　　无线通讯晶片竞相推出多功能整合方案

　　至于在无线晶片元件部分，因应低功耗蓝牙4.0(BLE，或BluetoothSmart)的出现，加上无线充电技术的推出，一些无线传输晶片厂商，使原本只内建基频处理器(BBP)和数位讯号处理器(DSP)的蓝牙/Wi-Fi晶片也整合了许多功能。

　　例如DialogSmartBondDA14580，就同时提供蓝牙4.0和4.1的规格，并内建32位元ARMCortex-M0MCU，搭配各式感应器，可为蓝牙周边提供更多的应用，包含健身、医疗等感测领域。

　　而NordicnRF51822则是整合BLE，搭配其S120八充介面的低能耗核心角色SoftDevice，可支援A4WP无线充电方案，提供同时为八组蓝牙周边充电的能力。而Broadcom近期也发表BCM59350电源晶片(同时支援A4WP、PMA、WPC等三种无线充电标准)，搭配其WICED的蓝牙/Wi-FiSoC平台，可以提供无线充电能力。

　　许多透过有线充电的产品，都必须开孔(microUSB)或设计充电接触点(pad)，对于有防水需求或一体成形的穿戴式装置，似乎不够完美。因此内建无线充电的元件，可让产品改以内建线圈的方式，来取代传统开孔的做法;例如SmartyRing智能手环，就是采用Nordic的解决方案，来达到省电、无线充电的目的。

　　系统晶片平台(ARM、x86、MIPS)抢攻穿戴式商机

　　在穿戴式系统架构部分，目前市场以ARM架构的晶片供应商为大宗，包括Actel、Analog、Atmel、Cypress、EnergyMicro、Freescale、Fujitsu、Infineon、Holtek(盛群)、NXP、ST、TI、Toshiba等等，都推出超低功耗的MCU(Micro-ControllerUnit)系列，采用ARMCortex-M3或M4系列架构，执行时脉大约在200MHz以下，并支援睡眠模式，让仅须微安培(32µW/MHz)的电力耗用成为可能。

　　而在Cortex-M0+部分，其具备超低11.21µW/MHz能效，搭配LPDDR2/3、NANDFlash快闪记忆体，以及无线传输等元件，让系统工程师可搭配其专属的硬体开发平台，并支援轻量级Linux、RTOS等简易型作业系统，来实现长时间感测需求。

　　Freescale也推出其专属开发平台「Freedom」，面积81x53mm(约为信用卡大小)，适合开发人员研发产品之用。

　　MCU功耗低，可以开发以感测为主的穿戴式产品，例如智慧手表，就有SonySmartwatchSW2、QualcommToq、Pebble、AGENTsmartwatch、KreyosMeteor等等。而智慧手环，就有SamsungGearFit、SonySmartbandSWR10、Nike+FuelBand、JawboneUP、FitbitFlex等等。

　　而高阶的ARMCortex-A系列架构的AP(应用处理器)，则以双核心1GHz，并支援Linux、Android、AndroidWear、Tizen、WindowsPhone等作业系统平台。

　　知名供应商有Qualcomm、Broadcom、Samsung、NVIDIA、ST、TI、Mediatek(联发科)…等等，主要应用在手机、平板等行动装置平台，亦有厂商将其体积微缩，拿来应用在穿戴式装置，像是智慧眼镜、高阶智慧手表、电话手表…等等。例如GoogleGlass、SamsungGear2/Neo、OmateTrueSmart、NeptunePine、i’mWatch、映趣inWatchZ等等。

　　在x86阵营部分，Intel在CES2014发表了仅SD记忆卡大小(32x24x2.1mm)的超微型电脑系统「Edison」，内建22奈米双核心、低功耗的QuarkSoC(系统单晶片)，为x86架构，时脉为400MHz，采用LPDDR2记忆体、NANDFlash快闪记忆体等元件，同时内建Wi-Fi、蓝牙4.0无线通讯模组，与弹性扩充的I/O功能。

　　在软体上，可支援Linux作业系统与Wolfram的Mathematica、Alpha(科学语言、知识型计算引擎)，亦可自行连上专属的AppStore。

　　为了鼓励开发者投入穿戴式与物联网产品的研发行列，Intel还示范了与合作厂商共同开发的「Nursery2.0」托婴概念产品，婴儿穿上这款智慧衣服，其内建的感应器可以随时将婴儿的体温与心情，以无线方式传送到其他产品以显示出来。另一款智慧耳机(SmartEarbud)，内建感测器能侦测脉膊与心跳，搭配其专属App还可以可设定依照心跳的快慢，来帮你选快慢歌。

　　为提升效能，3月底时Intel宣布再推出Edison的升级版，采用Silvermont架构的双核心AtomCPU，时脉500MHz，搭配一颗可处理超过30I/O的MCU，来符合市场需求，然而长与宽各增加1mm，比SD卡稍微大约7.5%，可说是世界上最小的x86电脑，作业系统可支援Linux、Android、Windows等平台。

　　至于在MIPS阵营部分，ImaginationTechnologies与大陆北京君正(Ingenic)也于2014年4月发表其全新的Newton平台，采用自家双核JZ47751GHzCPU，其XBurst核心可相容于MIPS32、PowerVR与Ensigma等硬体架构，可使用LPDDR、Flash记忆体，并支援Wi-Fi、蓝牙、NFC等无线通讯功能，并有各种I/O连接各式感应器，在软体上可相容于Linux、Android、AndroidWear平台。

　　Newton主打低功耗、高性能的穿戴式平台，尺寸仅为38x22x3mm(稍比SD卡大9%的面积)，待机功耗<4mW，最低执行功耗仅80mW，最高平均运行功耗<260mW，使续航力达30小时以上。目前已知GeakWatch(果壳智能手表)与智器ZWatch，皆是采用其CPU平台来设计。