【应用】行业首款数字UV指数传感器，极小封装，可穿戴设备的理想选择

时间： 2016-01-22 来源：世强

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臭氧层变薄，紫外线辐射变强怎么办？

当今，物联网时代下最热门的智能市场无疑包括可穿戴设备的智能手表、健身监视器和智能耳机等。针对人类感觉和动作信息的检测与统计、输出技术成为焦点，已经渗透到生活的方方面面。人们借助可穿戴技术设计了个性化健康管理方案：计步、测量心率、血压和紫外光等生物和环境指标。其中，最为炙手可热的要属对太阳光里紫外线（UV）辐射的监测产品。

随着臭氧层变薄，地球收到的紫外线辐射强度也越来越高，而UV辐射对人体皮肤和眼睛都存在潜在伤害，会造成晒伤，当长时间暴露时更可能引发皮肤癌。因此，一个带有UV传感器的可穿戴设备将能帮助人们监测太阳光中的UV强度，并及时报警以提醒户外活动者避免达到危险的暴露级别。

可穿戴设备的灵魂：传感器

可穿戴设备通过组合使用UV、IR、运动、手势、温湿度和环境等传感器，集成复杂的算法来简化监测，并改善人们健康和提高生活质量，这在未来会有很大的发展空间。然而在可穿戴设备的多彩世界里，想要抓住商机并及时推出高性能的产品，就需要找准符合可穿戴设计和功能需求的传感器，以及全面专业的技术平台支持。

作为可穿戴产品的灵魂，每款可穿戴设备中传感器的数量可不止一颗，按功能种类分也不只一款，这将很大程度增长未来传感器的需求量。且随着“智能穿戴”潮流愈演愈烈，该火爆市场对传感器的性能、大小、重量、功耗等方面的要求也会不断提高，以实现小尺寸、低成本、多功能、电池寿命长的高性价比终端产品。

图1: 多种多样的可穿戴传感器类别

行业第一个数字 UV 指数传感器——Si1132/4x系列

全球高性能模拟与混合信号IC领导者SILICON LABS就已瞄准可穿戴市场投放出一系列强大武器，包括行业首款的数字UV指数单芯片解决方案——Si1132/4X系列传感器。该产品将UV指数传感器和数字处理电路集成在一个极小的2mm x 2mm QFN10封装中，包括发光二极管驱动、光电二极管、模拟前端和模数转换器，已经小到可以在8.5英寸宽的典型尺寸页面中同时置入655颗。配备易于与MCU进行通信的I²C数字接口和可编程事件中断输出，方便读取紫外线指数值。而且，其集成的信号处理电路还可以在出厂前或根据具体实际解决方案就进行高精确度的校准，提高了产品UV测量数据的一致性，也节省了成本和电路板空间。非常适用于运动手表和健康/健身腕带这种空间极度受限的智能应用。

Si1132/4X系列传感器凭借其高效节能、小尺寸、高灵敏度、宽动态范围的优势，以及Silicon Labs强大的技术支持，将会是可穿戴设备中传感器元件的理想选择，特别是电池应用。因其拥有超长的电池寿命：每秒一次的实时UV指数测量的电流平均耗值低至 1.2uA，待机电流亦小于500nA，所以已经成功应用在健康手环和健康戒指上。此外，还广泛应用于手持机如电子书阅读器,笔记本电脑/上网本，音频产品，烟雾检测器，无接触开关和滑动，显示器背光控制及其他消费类电子，工业自动化等。

图2：2mm x 2mm QFN10极小封装的传感器 Si1132

Si1132、Si114X 系列各有千秋，拿走不谢

其中，Si1132系列集成了UV指数和环境光传感器，除了可以测量太阳光中的UV指数外，还能用于检测环境光和红外光，能够自动调节显示亮度和提高用户的视觉体验，可减轻眼疲劳，进一步降低电量消耗。且结合加速计，还能实现睡眠追踪功能。且能在包括深色玻璃的各种覆盖材料下工作，允许终端产品结构中使用深色覆盖物将电子部分隐藏起来，以延长终端产品寿命，这也是该产品区别于市面其他产品的优势之一。

Si114X系列则带有UV指数监测、红外（IR）接近感测、手势识别、环境光检测等功能，能用于生物计量如：心率、脉搏和血氧饱和度，以及提供接近/手势控制等。且具有多达3个可编程LED驱动器集成选项，可为手势识别提供15级可选择的驱动等级，用于实现先进的2D和3D手势识别功能。这三个LED 驱动器驱动水平可任意选择，电流范围在5.6mA至360mA之间，最大驱动电流也高达 500mA。并采用红外按键，所以用户即使在有水的情况下戴着手套操作也不会有影响。

配备高达 128Klux 光线传感器级别的环境光传感器和小于1uW/cm²的最低反射灵敏度，以及强大的1250px高分辨率，室内可达1.5米的长距离接近感应能力。Si114X系列传感器能够在25.6μs内完成接近感应测量，无需多数突发的闪变补偿，显著减少了极其耗电的红外发光二极管的开启时间，从而以其业界可数的系统低功耗在可穿戴领域脱颖而出。

图3：Si114X系列传感器的内部架构

可穿戴市场的抢攻利器：UVIrSlider2EK UV/IR 评估套件

可穿戴设备的结构由一个或多个传感器、存储器件、连接器件（射频控制器）、显示屏及电池五个部分组成。所以，一个完整的MCU、传感器和无线通信的高集成度解决方案必定是可穿戴市场的抢攻利器。

而Silicon Labs就可以提供这样全面、专业的软、硬件开发工具平台，包括无许可费、带运动补偿的心率检测软件和新品模板、交钥匙电路板模板，以及可以帮助开发人员加速环境和生物特征感知应用设计的IoT传感器开发套件：UVIrSlider2EK UV/IR评估套件。该套件通过5个LED，能在PC上显示完整的紫外线指数和太阳的暴晒的5个等级，并采用红外滑条，根据观察板上8个LED的移动轨道，亦可判断对应手势。另外，Silicon Labs还能提供环境光、接近和手势识别的相关软件。最终有效帮助用户简化测试、功能特性、原型设计和软件开发，从而降低系统设计成本并加快了终端产品的上市时间。

图4：Silicon Labs适用于可穿戴设备的产品平台

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ican Lv7. 资深专家 2020-12-18

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