Wearable再起之拐点3：BLE Mesh不断线，演算精致化
腕戴式产品不再是唯一选项，但仍是穿戴主流
对于智能穿戴产品，芯科科技 (Silicon Labs) 更直接将其与＂健康＂、＂健身＂等分众市场画上等号。芯科物联网产品应用工程总监 Colin Tompkins 表示，感测市场主要有三大类：运动传感器 (Motion Sensor)、环境传感器和生物传感器，当集成到穿戴系统，这些传感器将更为强大，支持更多应用案例；然不讳言的是，将面临许多设计取舍 (tradeoffs)，包括：系统效能之于功耗、成本。例如，光学传感器需要特定的封装材料以利光传输、某些传感器的电力需受到控制以免恒定负载冲击电池寿命……，但这些额外设计非常复杂且代价不斐。
照片人物：Silicon Labs 物联网产品应用工程总监 Colin Tompkins
HRM 几成穿戴标配功能，硬件整合／软件演算拼高下
Tompkins 指出，越来越多的穿戴装置制造商将心率监测 (HRM) 列为产品功能，将模拟前端 (AFE)、光检测器与发光二极管 (LED) 等分离组件＂集成＂到同一个模块中，有助于降低 HRM 传感器成本和设计复杂度；而 HRM 算法的日趋精致化，允许开发者针对不同使用案例、环境条件和活动需求进行优化。有些着重高效能的算法，往往须以较高的功率为代价；而其他强调电源效率者，目标是获得更长的电池寿命。另一方面，穿戴装置的外观亦悄悄发生变化：健康和健身市场开始以胸带 (chest straps) 取代腕戴产品量测心率。
Tompkins 指出，越来越多的穿戴装置制造商将心率监测 (HRM) 列为产品功能，将模拟前端 (AFE)、光检测器与发光二极管 (LED) 等分离组件＂集成＂到同一个模块中，有助于降低 HRM 传感器成本和设计复杂度；而 HRM 算法的日趋精致化，允许开发者针对不同使用案例、环境条件和活动需求进行优化。有些着重高效能的算法，往往须以较高的功率为代价；而其他强调电源效率者，目标是获得更长的电池寿命。另一方面，穿戴装置的外观亦悄悄发生变化：健康和健身市场开始以胸带 (chest straps) 取代腕戴产品量测心率。
与此同时，头带 (headband)、运动／健身衣和耳塞等新式穿戴感测正在兴起，＂不过，腕戴产品仍是目前生物感测的主流，为充实、丰富使用者经验提供基础＂，Tompkins 表示。他同样对于光学感测与高效能给予肯定，但前提是有低功耗处理器作支撑，才能促使腕戴式产品形式更多样、HRM 算法更细腻；选择对的低功耗微控制器 (MCU)、无线单芯片和电池技术，亦是重要设计考虑，不该因为能源效率而牺牲使用者经验。能迅速唤醒、无论休眠或启动状态的功耗皆超低、且具自主低功耗外围的 MCU，得以实现节能取向 (energy-friendly) 的设计。
BLE mesh 助阵，方便终端网状串联
Tompkins 评述，低功耗蓝牙 (BLE) 已成功主宰智慧穿戴的无线连接市场，是传输感测数据、同步用户信息并支持空中 (over-the-air) 更新的理想技术。无线传输通常会消耗大量功率，而信息的数量、发送频率、与手机的同步化对于终端产品的电池寿命影响甚巨，频繁的大量数据传输会让电池寿命限缩至数日、甚至几小时。他认为，穿戴市场的加温引领 MCU、无线单芯片和基于 CMOS 的传感器有突破性进展，未来只会加速。穿戴系统设计中的低功耗组件网状连接，有时是产品能否在市场中获得成功的决定性因素。
Tompkins 评述，低功耗蓝牙 (BLE) 已成功主宰智慧穿戴的无线连接市场，是传输感测数据、同步用户信息并支持空中 (over-the-air) 更新的理想技术。无线传输通常会消耗大量功率，而信息的数量、发送频率、与手机的同步化对于终端产品的电池寿命影响甚巨，频繁的大量数据传输会让电池寿命限缩至数日、甚至几小时。他认为，穿戴市场的加温引领 MCU、无线单芯片和基于 CMOS 的传感器有突破性进展，未来只会加速。穿戴系统设计中的低功耗组件网状连接，有时是产品能否在市场中获得成功的决定性因素。
芯科拥有智能穿戴应用的众多产品线，包括：光学／生物／I²C 温湿度等广泛的传感器组合、电容式触感的低功耗 MCU、Gecko 无线单芯片、无线模块、软件堆栈和开发工具，在可靠度、尺寸、整合度和使用的友善度皆有不错表现。其中，光学传感器可用于侦测紫外线指数 (UV index)、环境亮度 (ambient light)、远距物体趋近、心率／脉搏血氧饱和度 (oximetry)，以及 2D 或 3D 姿势变化。此外，用于蓝牙连接的 Gecko 无线单芯片还附有简易代码及演示项目的开发工具包，让腕戴式产品的开发更加得心应手。
表：Silicon Labs光学传感器产品
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产品 |
特色 |
内建组件 |
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Si1153 |
●环境亮度 (ambient light)、趋近和姿势侦测 ●I²C 数字接口、可编程中断输出 ●在宽幅动态及多重光源下表现出色，即使太阳光直射或黑暗笼罩中依然可正常工作 |
●内建 23 位模拟数字转换器 (ADC) ●高感度视觉数组及红外线二极管 ●数字信号处理器 (DSP) ●三个可编程的 LED 驱动 |
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Si1133 |
●紫外线指数、环境亮度 (ambient light) 侦测 ●I²C 数字接口、可编程中断输出 |
●内建 23 位模拟数字转换器 (ADC) ●高感度 UV 数组、视觉及红外线二极管 |
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Si1143/44 |
●心率监测 (HRM) ●健身带 (fitness band)、智能手表等消费类健康应用 ●相较于传统胸带 (chest straps)，功耗更低、可延长电池寿命 ●封装尺寸仅有 2.9 mm x 4.9 mm |
●高精度光学传感器 ●绿光 LED ●HRM 专利算法 |
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Si117x |
●支援先进 HRM 及心电图 (ECG) ●适用于智慧手表／腕戴式／贴布／眼罩等强调精度且须整天长时间感测的产品 ●开发简易，可快速上市 |
●完整端到端感测方案 ●HRM 算法 |
资料来源：Silicon Labs 提供；笔者整理
Tompkins 宣示，芯科未来将持续发展最先进的生物感测，凭借光学传感器架构、软件和系统专长，研发新一代更精准、省电、出色的光学感测技术，以解决基于效能、成本及电源效率的各式艰巨挑战。
