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如何通过MCU设计出可穿戴电子产品

  “可穿戴”设备是指人体可穿戴的微型电子产品,通常与现有配饰(如手表)集成或者取而代之。在物联网技术的支持下,该细分市场正迅猛发展,因此对于更小型化、更直观的设备的需求也在快速提升。目前,智能手表智能眼镜以及体育与健身活动跟踪器等体现出这一发展趋势。除了消费类市场之外,医疗行业也对身体状况与功能的监控设备有着更高的需求。

  可穿戴设备中最重要的电子组件就是微控制器(MCU)。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可穿戴电子系统的不同需求、如何根据有关需求细分市场、典型可穿戴设备中的不同组件和MCU如何满足相关需求。

  可穿戴设备的需求

  美观:可穿戴设备需要时尚漂亮,而且需要能够搭配当前的时尚配饰,如装饰品、手表、眼镜等。美观非常重要,以至于英特尔等半导体巨头都在同时尚行业携手打造时尚设备。

  电容式触摸感应技术是提高美感的关键技术。电容式用户界面需要支持各种外形(包括曲面)、能够防液体,以及支持厚的覆盖层感应等。赛普拉斯的CapSense和TrueTouch技术使此类需求变得切实可行。

  尺寸:如前所述,这种器件必须做到尺寸小,以便轻松集成到可穿戴设备。不过与此同时,设备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:由于可穿戴设备是由电池供电,因此降低其功耗存在特殊挑战。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。不过由于设备需要降低整体尺寸,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:无线连接对于可穿戴设备而言非常重要,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。

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