传感连结电源管理一颗搞定，先进SoC打造智能穿戴装置

随着穿戴式健康监测器及智慧装置的使用持续增长，能监控人们的活动及健康的“守护天使”概念已越来越普及。根据市场分析机构CCS Insight的统计，2014∼2015年间的“穿戴式”类别装置销售量已增加六倍，该机构并预测接下来的三年也将以相同的成长率继续增长；2018年的销售量将超过一亿七千万台，如图1所示。

 

图1　穿戴式装置是物联网市场成长最快速的应用领域。

 

[@B]感测/连结/电源管理一颗搞定　先进SoC打造智慧穿戴装置[@C] 这背后的成长动力究竟为何？就某方面来说，这要归功于这些装置能为健康意识抬头的消费者们带来益处，然而未来的成长得仰赖更多元的使用情境。现阶段数据采集的品质已达到能为医疗专业人员所用的水准；采集数据的便利性虽然不被强调，但其实也是关键所在，然而真正的好处可能仍未完全发挥。感测器、通讯及超低功率运作等相关技术持续创新且汇聚于穿戴式装置上，显示其大有可为且后势看涨。  

整合多种感测器　穿戴式装置日益进化  

基于某些理由，业界普遍认为穿戴式市场仍在演变，以及“第三代”装置将吸引更大量的使用者。这些装置所具备的智慧可以根据地点、活动或一般情况来调整运作模式。反过来说，透过使用更强大的感测器，将能产生更多有用的数据。  

穿戴式装置已经从采用动作感测器(通常是三维加速度计)的简单装置，进化成为整合了压力感测器、陀螺仪及其他感测器的装置，这样的整合让装置能够判断目前进行的活动种类，例如健行、跑步、骑自行车或游泳(图2)。此趋势持续发展，现在还涵盖温度感测器、湿度侦测器以及需求不断成长的心率监测器，可以针对更多元的活动全面提供重要统计数据。  

 

图2　人们将看到越来越多的生物感测器被整合至穿戴式装置。

 

不久的将来，人们可以预期将有更多的生物感测器被放入穿戴式装置，如此就能不分昼夜地量测及记录各种身体参数。  

另一个可能的发展是采用音讯及视觉感测器，以便更敏锐地察觉周遭环境变化。  

例如如果麦克风能监测到行程中的背景噪音，则可将装置切换至监测睡意的模式，又或者若环境光不足，则睡眠模式可能比较适当。  

这种持续监测的情境，引发了一项重要关键的考量：功耗。大部分的市场数据都同意，当消费者购买可携式装置时，两次充电间的可用时间是影响购买意愿的关键因素；因为必须持续使用，所以穿戴式装置的电池寿命必须超出消费者的期望。这也意谓着，除了整合更多的感测器及功能外，第三代穿戴式装置必须能在两次充电间维持多天的运作。  

基于这个理由，制造业者正在寻找能够辅助电池电力，甚至是有益于穿戴式装置充电的创新方式，例如能源采集或无线充电(图3)。这两种技术的发展速度几乎就和穿戴式市场的发展一样快。前者采用的技术包括太阳光电、热电和振动发电机，能产生微小但可用的能源，后者则是拾取存在于背景或定向射频波里的能量，并将之转换进电路。这两个领域都已出现了可喜的成果，在未来可能成为穿戴式市场的要角。然而现今最可能的解决方案仍是可充电的电化学电池，尽管须要充电，但对于使用某种无线连接技术的小型穿戴式装置而言，唯有它能提供所需的能源密度。  

 

图3　松散耦合无线充电技术能充分支援穿戴式装置，让使用者在使用时毋须脱除装置。

[@B]确保无线连结安全性　藉以避免数据遭窃取 [@C] 确保无线连结安全性　藉以避免数据遭窃取  
 

鉴于消费者的高度期待，第三代的穿戴式装置将须要更流畅地和日常生活无缝接轨，特别是关于采集数据的应用。这已是且将会一直是无线连接的决定性使用情境；即使必须穿脱穿戴式装置，只是为了把它放进平台或放在靠近平台之处充电，使用者仍愿意这么做的原因在于为了上传他们的数据。  

截至目前为止，穿戴式装置现今最常使用的无线技术是蓝牙(Bluetooth)，特别是最新的低功耗(Low Energy)技术。就像是其他的开放标准无线协定例子，安全性在蓝牙规格中是不可或缺的，最新版本(4.2)针对此方面有进一步改善。  

然而，随着穿戴式装置从动作追踪装置转变为医疗监测仪，对于安全性的需求更为增长。尤其是关于敏感性医疗数据的分享，制造商及消费者将需要更安全的解决方案，这也就是有些半导体晶片商之所以针对穿戴式技术，将加密技术放进其解决方案的原因所在，要确保即使无线连结被骇入，数据依然安全无虞。  

先进SoC有助开发更轻巧穿戴式装置  

随着第三代穿戴式装置的出现，消费者将有机会接触日益多样化的装置，手腕仍将是装置最自然的“家”，身体的任一部份也将成为可能的“居所”，因此装置必须轻小到让人穿戴无感。  

随着整合程度提高，要将装置做得更小、更轻，对于制造商而言是一大挑战，但半导体供应商已体认到这点，并已开始发展适合的新解决方案。比方像戴乐格(Dialog)的SmartBond DA14680(图4)便是一个例子，这是众多装置中首项企图符合穿戴式市场需求的产品。  

 

图4　已有晶片商开发出适合穿戴式装置使用的系统单晶片。

 

这个多功能系统单晶片(System-on-Chip)整合了蓝牙连接技术、省电的应用处理器(Applications Processor)，以及制造完整的穿戴式感测中枢所需的特性。它也整合了电源管理硬体，无需外部直流对直流(DC-DC)转换器或电池充电电路。如此一来，大部分系统单晶片所需的外部元件可被省略，这让制造商可以制造出更小的穿戴式装置。  

多功能、多感测器，甚至是多标准的穿戴式装置，将在日常生活里扮演越来越普及而重要的角色。就像物联网会让许多日常任务自动化，穿戴式装置将不只是监测人们的身体健康，还会无缝融入人们的生活，将人们与物联网及其他事物连结在一起。穿戴式装置将让人们得以控制周遭环境，并能根据人们的需求来调整。对于健康照护及后续的治疗，穿戴式装置终将成为执行患者或使用者日常医疗管理的关键一环。  

藉由扩大程度的整合、更多的智慧，以及超低功率整合装置的创新及发展，这些目标将得以实现。感测器、处理器及电源管理将被一起放在更小的封装内，以提供更强大的功能，而它的心脏将是来自半导体业者的先进SoC技术。在接下来的短短几年间，人们将能看到穿戴式技术出现空前的成长以及进化，而人们都将参与这趟令人期待的旅程。