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数据为王!穿戴设备是绝佳载具

时间:2018-02-18 08:32来源:COMPOTECHChina 作者:任苙萍 点击:
与研调机构不谋而合,同样看好智慧穿戴在"医疗照护保健"应用的还有罗姆半导体 (罗姆);其立论依据是:这将使"以 Data 为基础"的健康管理变容易。罗姆半导体台湾设计中心副所长林志升指出,受惠于智慧手机普及、移动网络环境成熟,从可携到穿戴,几成必然。穿戴式产品可在用户无意识下,理所当然的使用因特网,达到"互联网的空气化";从穿戴设备所取得的大量生物数据可供企业及研究机关进行解析,更能了解疾病发生的构造以开发新疗法。
 

照片人物:罗姆半导体台湾设计中心副所长林志升
 
网络+数据,为智能穿戴赋予新生命
与人工智能 (AI) 等当红科技的汇流亦值得留意。林志升认为,这些项目的价值皆来自于网络与数据,穿戴式产品是"数据採集"的绝佳载具,可经由远程监测确认运作内容及状态,而深度学习 (Deep learning) 有助于产出内容;此外,大数据分析加上眼动追踪等的AI 加持,更易于获取信息并持续更新。例如,穿戴设备采集生理数据后,由 AI 分析身体状态变化。与此同时,硬件将聚焦"移动性、自然化与使用接口"三大特性;而传感器、无线模块、MCU/处理器、电源管理等关键零组件,将朝向追求微型化、高整合/复合式、低耗电、低成本。
 
以一个典型的穿戴式电子设备,当中可能有 CPU、内存、传感器、显示、音频与通常不只一种的通信模块。以延长运作时间的角度来说,电池的小型化,增长寿命或安全性的改良是电池业者需要面临的挑战;而"低功耗电源芯片"是 IC 业者的基本要求之一。林志升说。罗姆所开发出的"Nano Energy"纳米级切换整流技术,标榜能将电路待机电流降至极限;不仅可延长智慧穿戴/物联网 (IoT) 设备的运作时间,也可能搭配能源采集的微型发电技术来自我运作。"Nano Energy"技术加上制程优化及同步整流、轻负载模式等元素,实现 DC-DC 降压 IC 的待机电流只有 180 nA,号称全球最小。
 

图1:智能穿戴设备之架构示例
资料来源:罗姆半导体
 
罗姆集团统包与客制能力再跃升
在二极管等分离组件市占极高的罗姆,对设备微型化贡献良多;集团成员 LAPIS 半导体和 Kionix 公司的加入,让罗姆的智慧穿戴解决方案更为健全。代表产品如下:
●平均耗电量仅 20μA 的生物感测技术——日本"新能源产业技术综合开发机构"(NEDO) 的项目研究;
●可应用在计步功能的三轴加速度传感器"KX126";
●传感器评估套件"Sensor Medal"——"SensorMedal-EVK-001"整合加速度、气压、地磁气、角速度等侦测及通信功能,并搭载处理器;
●侦测大气压来检测高度及高低差的气压传感器"BM1385GLV";
●低耗电及高精确度的光学式小型脉膊感测芯片"BH1790GLC";
●Lapis 半导体的超低功耗微控制器 (MCU)。
 

图2:罗姆半导体在智能穿戴应用的解决方案
资料来源:罗姆半导体
 
林志升强调,"穿戴式产品的耗能及待机电流直接攸关电池续航力与大众使用意愿"。上述罗姆参与 NEDO 项目所实验开发的生物传感器,从传统设备可能需要的每小时 200μA 的耗电量,在项目执行完时已达到 20μA。在生物监测的部份罗姆另外推出可侦测心率、血压等脉搏传感器,具备两大优势:1.强化消除红光干扰,让 LED 绿光感测更稳定;2.减少模拟前端 (AFE) 等的消耗电流、优化整个系统的耗电量。
 

 

图3:滤除红光干扰的心率感测,信号波形相对稳定
资料来源:罗姆半导体
 
有鉴于追踪、定位也是穿戴设备常见功能,磁阻感测 (Magneto-Impedance Sensor, MI Sensor) 亦是重点组件,可应用于金属探测,室内停车场管理,或者是弥补全球卫星定位系统 (GPS) 无法发挥的室内导航。林志升说明,相较于霍尔 (Hall) 感测的响应时间约 7 毫秒、巨磁阻 (GMR) 约 5 毫秒,磁力传感器 (Magnetic Sensor,又称"地磁气传感器"或"磁力计") 能在 0.5 毫秒响应,在智能穿戴应用渐广。
 

图4:霍尔 (Hall) 、巨磁阻 (GMR) 与磁力传感器 (Magnetic Sensor) 之比较
资料来源:罗姆半导体
 
无线充电与能源采集,缓解穿戴电源致命伤
"无线充电系统"则是罗姆的另一产品线,EPP (Extended Power Profile) 中功率 15W 收发模块已于 2016 年取得 WPC Qi 认证。令人眼睛为之一亮的是,罗姆还是"EnOcean"能源采集通信技术的亚洲推广会员 (Promotor)——EnOcean Alliance 于 2012 年成为世界首个符合"超低功耗无线通信"ISO / IEC 国际标准规范的联盟。EnOcean 的开关产品可借助开开动作、将动能转换为电能,支持 IEC 14534-3-10 通信协议收发指令;不需额外供电、线缆,可免去更换电池或充电维护的不便,可运用于电影院或大众交通系统等公共场域的座位管理。
 
迄今欧美已约有 40 万栋建筑物案例建置"EnOcean"能源采集系统。林志升还提到,Wi-SUN 通信规范在日本的智能电表应用推广有成,预计目标为到 2020 年东京奥运将达到七成的安装率;除了连接智慧电表到家庭网关 (Gateway) 的 B Route 结合用电量信息及智能穿戴感测,可发展居家照护及节能管理等的应用;日本自 2016 年 4 月施行《电力自由化》政策后,电信商或网通营运商亦获准可为消费大众提供卖电服务,不再是电力公司的专利;期将带动智慧家庭、并将智慧穿戴融入使用情境的加值服务。
 
林志升表示,去年台湾启动智慧电表的实验计划,台电已规划 2024 年完成 300 万户的智慧电表布建计划,未来将结合 HEMS (家庭能源管理系统)、搭配智能家庭及智能城市等应用。罗姆在 IoT/穿戴应用的策略定位为从市场需求等趋势,携手终端客户或模块厂就传感器、电源管理、通信、离散式组件等提出整体方案,开拓 IoT 应用的无限可能。
 

图5:罗姆半导体在 IoT 应用的整体方案
资料来源:罗姆半导体
 

 

(责任编辑:jane)
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