MCU在可穿戴电子产品中的作用

　　
      可穿戴技术现在是消费类电子行业的热门用语。每家消费类电子产品公司都声称要推出可穿戴设备。它们是我们能够穿戴的微型电子设备，通常与现有配饰(如：手表)集成或者取而代之。

　　随着可穿戴设备行业的当前变革，对于更小、更直观的设备的需求正在迅猛增加。这个新兴行业的当前设备趋势包括智能手表、智能眼镜以及体育与健身活动跟踪器。除了消费类电子产品，它同时也在医疗行业催生令人关注的需求。

　　显然，这些设备所包含的电子产品需要“瘦身”。最重要的电子组件应该是微控制器。由于这些MCU不但需要尺寸小，而且还需要执行更多功能，因此集成成为了另一大要素。我们将会在本文中探讨以下主题：

　　• 可穿戴电子系统的不同需求;

　　• 如何根据这些需求细分市场;

　　• 典型可穿戴设备中的不同组件;

　　• 最后我们将探讨MCU如何有助于满足相关需求。

　　本文结束部分以赛普拉斯的旗舰器件——可编程片上系统(PSoC)举例说明一种智能手表。

　　可穿戴设备的需求

　　我们首先看一下可穿戴设备的典型需求。

　　美观：

　　可穿戴设备的最重要需求是美观。最终产品需要时尚漂亮，而且需要能够搭配当前的时尚配饰，如：装饰品、手表、眼镜等。仅凭英特尔等半导体巨头与时装行业携手打造时尚设备这一点就能够说明此项需求至关重要。

　　电容式触摸感应技术是提高美感的关键技术。对此，电容式用户界面的关键需求是支持各种外形(包括曲面)，能够防液体(避免误判的触摸)，以及支持厚的覆盖层感应等。赛普拉斯的CapSense 与TrueTouch技术能够使此类需求变得切实可行。

　　尺寸：

　　如前所述，这些器件的明显需求是尺寸小，以便轻松集成到可穿戴设备。但同时不可以减少或降低其展现的功能。因此，此类器件中采用的组件在保持小尺寸的同时还应当在相同空间集成更多功能。片上系统(SoC)和芯片级封装(CSP)等技术有助于缩小尺寸。例如，赛普拉斯可以提供采用WLCSP等多种封装选项的可编程片上系统(PSoC)器件。

　　防水：

　　可穿戴设备会被用户带到任何地方。因此，关键是这些设备的设计能够抵抗环境条件，如：水滴、湿气、汗液等。

　　功耗：

　　毋庸置疑，可穿戴设备是由电池供电，因此，以下因素在其功耗降低方面带来了特殊挑战：

　　• 由于可穿戴设备大部分是监控设备，与其它移动设备不同的是，它需要始终打开并且保持连接。例如，智能手表需要始终显示时间并通过蓝牙等无线方式连接到手机，以便接收提醒;计步器需要一直计算步数并向手机应用报告;同样，心率监控器需要一直提供监控和报告。

　　• 由于需要降低整体尺寸，因此会从内在限制电池容量。

　　这些设备需要以超低功率运行，以延长电池使用寿命。此项需求对MCU与固件算法提出了特殊要求。32位ARM架构是可穿戴设备常用的CPU技术，因为它能提供最佳性能与高能效。另外可设计采用ANT+、低功耗蓝牙(BLE)等无线技术实现低功耗。

　　无线通信：

　　由于具有更高的灵活性与自由度，无线连接已成为现代电子设备的一大自然特性。无线连接对于可穿戴设备而言更加重要，因为后者需要与一个或多个设备进行交互。根据类型和所提供的功能，此类设备需要支持不同的无线协议，如：Wi-Fi、ANT+、BLE、基于IEEE 802.15.4的专有协议等。一些设备需要支持多种协议。例如，某种腕表采用专有无线协议与心率监控胸带通信，同时采用BLE与手机中的跑步应用进行通信。

　　应用处理器/嵌入式控制器：

　　主处理器的选择仅仅取决于设备的类型与功能。例如，ARM cortex-M控制器可以驱动简单的腕带，但是智能手表需要采用应用处理器，以便运行Android等复杂的操作系统。

　　如前所述，32位ARM处理器常用于驱动可穿戴设备，因为其能够提供最佳性能与高能效。赛普拉斯的PSoC等现代控制器完全利用ARM架构的功能优势在单个芯片中集成了高级模拟功能、可编程数字功能以及ARM cortex-M内核等。

　　一些高级设备采用独立的协处理器把传感器数据处理工作从主处理器上转移出来。之所以需要这么做是因为设备可能具有需要实时分析以及CPU支持的传感器数据负载。此功能称为传感器集线器或传感器融合。下图说明了传感器集线器在可穿戴系统中的作用。

　　图1 – 传感器集线器在可穿戴系统中的作用

　　操作系统：

　　根据类型和所提供的功能，可穿戴设备可能需要、也可能不需要特定的操作系统。例如，一个用于监测温度、采用3轴加速计测量运动以及用单色段式LCD显示时间的简单腕表可以运行轻量型RTOS，而用于扩展手机功能的智能手表需要运行Android等高级操作系统。

　　同时，传感器集线器需要具有上下文感知算法的特殊固件。

　　市场细分

　　至此我们已经了解了典型可穿戴设备的需求，相应地进行市场细分也十分重要。正确的市场细分使设计人员能够开发合适的产品，同时帮助用户选择最佳设备。下表根据设备功能进行市场细分。表格中细分市场的复杂性自上而下增加。

　　表1 – 可穿戴设备的市场细分