【方案】来自智能手表的助攻，光学传感器和蓝牙SoC更配

时间： 2016-11-10 来源：世强

技术问答

由于可穿戴技术有助于人们分析日常活动，并且能通过一种直观的方式交换信息，一定程度上改善了人们的生活方式和生活质量，带来了诸多便利，因此近年来备受推崇。相比于手机、平板等移动设备而言，智能手表、智能手环、智能眼镜等等不同形态的可穿戴终端产品层出不穷，按目前的形势，可穿戴设备很有可能成为下一代消费电子市场的宠儿。Gartner研究总监Angela Mclntyre表示，受苹果推动可穿戴设备普及成为生活形态影响，预计到2019年前，所有可穿戴设备中最具市场潜力的当属智能手表，其营收将达到175亿美元。

智能手表逐渐受到消费者追捧，市场上的各种解决方案也应运而生。对于智能手表这种高度便携式可穿戴设备来说，小尺寸、低功耗设计首当其冲。该装置被戴在消费者身上，通过一个或多个内置的传感器来获取和提供信息，持续关注用户活动，因此它还必须做到可靠与精准，以及在电池续航延长的同时保证高效。

世强技术中心专家刘云表示：“智能手表通过光电传感器和重力加速度传感器，配合算法，获取心率血氧测量、计步以及人体姿态数据。同时搭配低功耗蓝牙功能，可以方便连接手机APP软件，实现个人健康数据监测等功能。”

图1：世强智能手表解决方案框图

光学传感器使出洪荒之力为智能手表带来设计效益
一般而言，智能手表主要由一个或多个传感器，以及存储器、显示屏、信号处理单元、显示屏、通信模块、电池组成。世强产品经理马攀峰认为：“智能手表类手戴产品实现差异化的重点在于传感器的选择上，因此对传感器有天然的高应用需求，具有高性价比、低功耗、小尺寸的传感器能够带来关键性的竞争优势。目前市场上一些比较新的智能手表都是利用光学传感器追踪生命指标，如心率、皮肤温度、肌肉收缩、新陈代谢等。”

SILICON LABS推出的红外光/环境光传感器、相对温/湿度传感器、紫外线传感器具有高可靠性、高度集成、小型化封装、低功耗等特性，能感应出UV指数、环境光、心率/脉搏血氧饱和度、2D/3D手势移动等数据。马攀峰表示：“世强不但提供功能丰富的各类传感器，而且我们将不断深化与原厂合作，借助世强广泛的分销网络为客户提供更好的服务，以及及时的现场应用支持。”

在设计手戴产品时，若离散组件较多，不仅会增加电兼容和测试方面的复杂性，而且会增加功耗、BOM成本及PCB面积等。Silicon Labs推出的基于反射的低功率红外线临近和环境光的非接触传感器IC Si114x可针对性地解决上述问题。该传感器包括模拟到数字转换器、集成高灵敏度可见和红外线光电二极管、数字信号处理器和具有十五个可选驱动电平的单、双或三个红外LED驱动器，且带有I2C 数字接口和可编程事件中断输出。由于Si114x具有两个或多个LED，因此能够使智能手表支持多轴式临近运动探测。

Si114x采用10引线2x2 mm QFN 封装，能够在–40至+85°C 温度范围及1.71至3.6V的条件下运行。在广泛的动态范围和包括阳光直射在内的各种光源下也可为智能手表提供优异性能。同时，其内部的光电二极管响应和关联的数字转换电路，还对人造光闪烁噪声和自然光颤动噪声具有优异的抗扰性。Si114x一般放在手表的底部深色玻璃盖下和皮肤接触，从而进行心率检测工作，是智能手表实现心率检测功能的重要芯片。

Silicon Labs最新推出的另一款光学传感器Si1133，可为智能手表增添高精度UV指数测量功能提供了最佳性价比且兼具成本效益的解决方案。Si1133 UV传感器能感应环境光强度，确保环境光感应精确度＜100mlx，通过I2C串行接口提供输出，该输出与世界卫生组织定义的数字UV指数相对应。据马攀峰介绍，Si1133非常适合应用于具有动作跟踪功能的智能手表、手环、腕带等产品的表面，不但能有效帮助消费者实时监视UV照射强度，而且可使户外活动时间最大化并确保不被环境光所伤。该传感器集成了片内双23位模数转换器、DSP、高灵敏度UV阵列、可见光和红外线IR光电二极管，采用2mm*2mmQFN封装，且功耗极低。

市场可期，蓝牙SoC解决智能手表续航痛点
除了要具备较高的功能性、可靠性和能效之外，可穿戴设备还应该小巧、轻便和便宜，并能够支持各种不同的通信模式。在可穿戴设备采用的无线连接技术中，相比WiFi等其他技术，蓝牙所占市场份额处于领先地位，而在未来加入某些新的特性，蓝牙增长速度仍会继续上升。原因在于：蓝牙的能耗极低，远远低于其他无线技术，使用标准纽扣电池足以使可穿戴设备运行数年；采用蓝牙可灵活选择开发结构，且应用成本较低；蓝牙能与智能手机、平板电脑等设备中的应用进行对话。

Silicon Labs拥有完整的蓝牙解决方案，在蓝牙模块的生产研发上有15年的经验，这些产品的设计旨在帮助开发人员将设计功耗、成本以及复杂度降至没有最低只有更低，简化RF设计和产品认证，缩短产品上市时间。日前，该公司推出的EFR32BG是一款集成蓝牙4.1功能的低功耗Blue Gecko Wireless SoC，为物联网设备带来灵活的连通性同时，奠定了智能蓝牙应用设计中的扩展性、能效性、安全性和便利性的新标准基础，也是智能手表等可穿戴设备的理想选择。

集成蓝牙智能模块的EFR32BG支持点对点连接的Bluetooth Smart，包括BLE4.2协议栈规范以及专有无线协议，具有最佳的可扩展输出功率（-30dBm~19.5dBm）和传输距离（能满足各种连接应用的通信距离要求），射频收发器为2.4GHz，接收灵敏度达-94dBm，工作频率范围在2400~2483.5MHz。EFR32BG的信号处理单元和蓝牙通信集成在一起，采用强大的自带浮点运算功能的ARM Cortex-M4内核和Gecko节能技术，可扩展闪存（最大256kB）和RAM（32kB），配有8通道DMA控制器和12通道外设反射系统。世强市场经理马攀峰表示：“EFR32BG Blue Gecko的Gecko节能技术具有完善的能源模式、超快速唤醒/休眠转换、外设反射系统，能在MCU内核休眠状态下完成低功耗外设的自动化操作。”EFR32BG集成的平衡-不平衡转换器（BALUNPA）和软件可编程功率放大器降低了设计复杂度，使射频匹配电路更加简化，减少了电路板尺寸并降低系统成本。

物联网节点能进行大规模部署的关键因素是要低功耗连接。EFR32BG快速唤醒时间仅为3us，处于运行状态时的功率消耗也仅需63uA/MHz，同时EFR32BG充分利用低功耗外设如I2C、ADC、DAC、定时器等配合完善的硬件加密，可在内核处于休眠状态时运行，最大限度降低系统得消耗功率，使电池的续航能力更持久。此外EFR32BG拥有一流的开发工具和软件支持，帮助客户实现从预认证的Blue Gecko BLE模块迁移至基于SoC的设计。

EFR32BG内置硬件加密加速器，进一步提升了能效和应用代码密度，实现快速、高效节能的自主加密和解密，支持128bit/256bit密钥AES、椭圆曲线加密ECC、SHA等各种各种级别的硬件加密，加快了系统的响应时间，减少了加密时间从而又进一步延长了电池续航时间。同仅限于软件加密的解决方案相比，硬件加密技术能进一步加强物联网安全性。

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全部评论（2）

aniu Lv7. 资深专家 2018-10-27

增长见识
饮水者 Lv8. 研究员 2017-07-17

很实用的

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