专注低功耗 解决可穿戴核心难题

　　引言

　　随着pebble在智能手表产品的热卖，2014年可穿戴式智能设备的火热程度不言而喻。众多的手机行业巨头、传统的运动设备厂商、新兴的初创新贵，纷纷投身进入穿戴式智能设备的应用市场，推出专属的产品。可见，在可穿戴设备市场上，群雄逐鹿，一较高下，“江湖”必将引起一场“腥风血雨”的厮杀。要想一招制敌，开发厂商必须要在不成熟的穿戴式市场上拥有自己的必杀招。因此，只有颠覆者才能赢得可穿戴设备，实现更多的跨界融合和用户需求细分。

　　细看市场上已推出实物产品的可穿戴式设备，智能手环和智能手表的产品较智能眼镜、智能戒指等其他智能设备暂时遥遥领先。从产品应用的主控器平台可以划分为两类，一、采用高主频、运行可处理多媒体数据的主控器，搭载Android操作系统，周边功能丰富可类比为“微缩版的智能手机”；二、采用相对低的主频、嵌入式应用架构的主控器，运行嵌入式微小内核的操作系统，外扩各种类型的传感器应用，突出低功耗，长时间待机的用户体验。以上两类设备各具特色和优缺点，可满足不同需求的用户群。但是，从“可穿戴“一词看，更低的设备功耗、更长的电池续航能力将成众多设备的核心用户体验。

　　针对可穿戴式智能设备应用，北高智科技作为半导体IC的供应商能够如何助力设备开发商开发出低功耗极致化的设备？主要体现在北高智科技基于silicon labs超低功耗微控制器为核心，整合了可穿戴设备的周边低功耗应用器件，包括低功耗MCU EFM32，低功耗显示屏幕Sharp Memory LCD，低功耗蓝牙技术，低功耗触控、健康监护传感器等器件。

　　EFM32

　　EFM32是由高性能、模拟密集型、混合信号IC创新的行业领导者Silicon labs推出的全球最低功耗32位Cortex-M系列微控制器。EFM32™ Gecko 微控制器系列包含基于 ARM® Cortex®-M4（带浮点运算单元 （FPU））、Cortex-M3 和 Cortex-M0+ 处理器的节能设备。

　　在活动模式下执行来自Flash的实际代码时每兆赫所耗电量为180μA，在深度睡眠模式下为900nA，在关机模式下为20nA。在应用基准测试中， EFM32 微控制器的低电流性能，加上低于2μs 的启动时间使其电池寿命延长了至少4 倍。

　　外设方面，EFM32能提供低功耗的外设，包括低功耗的LEUART串行通信接口 和LETIMER定时器、RTC实时时钟、LESENSE传感器接口、USB OTG及ACMP等模拟外设。EFM32微控制器的独特之处在于它的“peripheral reflex system（周边反射系统）”（PRS）可与标准的32 位ARM 总线并行。PRS 可使EFM32 壁虎外围设备自主运行和交流，而中央处理器是关闭的，可延长睡眠时间并节省大量能源。

　　针对智能手表的应用，EFM32更是拥有其独特的优势，是低功耗极致化设计的最好选择。例如，在智能手表屏幕显示应用时，EFM32能够充分结合DMA与SPI接口低功耗驱动Sharp 1.28寸屏幕LS013B7DH03，在静态图片显示时EFM32+LCD整体功耗低至2μA，1Hz刷新时间时EFM32+LCD整体功耗低至5μA（局部刷新），充分体现它的低功耗极致化特点。

　　据silicon labs新闻消息，为汽车、健身、户外和移动导航提供创新GPS设备的领导厂商Magellan选择Silicon Labs的EFM32™ Giant Gecko微控制器（MCU）作为 Magellan Echo 智能运动手表的节能型处理平台。这款荣获“CES 2014 创新设计与工程奖”的 Echo 智能运动手表是首款具有“开放性”平台的智能运动手表。用户可在手腕即可看到和控制手机端的APP应用程序。它基于 ARM® Cortex®-M3内核的 32 位 Giant Gecko MCU作为主控器，搭载Sharp 0.99寸圆形屏幕作为显示，运行低功耗蓝牙BLE实现与智能手机互联。在运动手表的能效方面EFM32扮演着极其关键的角色，它使得 Echo 可以在单节 CR2032 纽扣电池供电条件下运行长达 11 个月。

　　EFM32具有片内RAM资源范围2K~128K字节，Flash资源范围4K~1024K字节，同时封装形式包含小型化的QFN、BGA类型，为满足可穿戴式设备的高集成度，体积轻薄小要求提供条件。它还支持不同系列同封装形式的软硬件兼容，便于设备开发者考虑产品的系列化及不同产品的平台兼容性。

　　低功耗屏幕

　　屏幕显示作为可穿戴设备的功耗消耗的关键部件，它的低功耗设计尤为重要。北高智科技针对可穿戴设备应用，分销和推介sharp的memory LCD。它的产品的特点是：

　　1. 超低的功耗（静态和动态，例如LS013B7DH03，1Hz整屏幕刷新50μW@3V），延长产品的电池续航能力；

　　2. 半透半反式液晶类型， 可在阳光下清晰可视显示内容，为户外应用提供良好的用户体验；

　　3.针对可穿戴式设备应用具有多种型号屏幕可选：①0.99寸圆形屏幕（LS010B7DH01，128*128），适合手表；②1.26寸长方形屏幕（LS013B7DH01，144*168），适合手表；③1.28寸正方形屏幕（LS013B7DH03，128*128），适合手表；④1.17寸长条形屏幕（LS012B4DG01，184*38），适合手环；⑤2.7寸长方形屏幕（LS027B7DH01，400*24），适合户外运动产品；

　　4. 屏幕已批量化，能够长期稳定供货。

　　目前在穿戴式设备上应用sharp memory lcd屏幕已有上市的品牌产品，如： Garmin（佳明） Forerunner系列， Nike （耐克） SportWatch GPS运动腕表， Pebble watch等。

　　低功耗蓝牙技术

　　低功耗蓝牙技术是可穿戴式智能手表的通信核心。从低功耗设计极致化的角度考虑，低功耗蓝牙BLE（Bluetooth Low Energy）是最好的选择。在通信兼容性方面，支持Andorid4.3系统的手机，iPhone 4s以上的苹果设备。在蓝牙技术方面，北高智科技与低功耗蓝牙技术专家BDE广州碧德电子合作推出EFM32+BLEM111（EM9301），软件协议栈运行于EFM32片内的低功耗蓝牙解决方案。整体方案在Idle模式功耗低至200μA，Deep-Sleep模式功耗低至9μA，PowerDown模式功耗仅有0.3μA。

　　北高智科技与BDE碧德电子深度战略合作，依托BDE在低功耗蓝牙的领先技术实力及全方位的技术支持，为可穿戴设备开发厂商提供成本最优、性能最佳的服务。

　　传感器技术

　　传感器技术是可穿戴式性能差异化的基础。针对不同的功能定义用户可以选择不同的传感器。北高智为了搭配可穿戴式设备应用也代理和分销各种不同类型的传感器。

　　在输入接口方面，北高智代理低功耗特性优异的Innodul Touch Key触控按键产品，该触控IC工作功耗仅有4μA（1Key）/10μA（8Key），睡眠功耗更是低至100nA，为可穿戴设备的人机交互提供良好的接口。

　　在环境感知方面，Silicon labs 温湿度一体传感器si7013/2x和紫外线、光感、手势识别三合一传感器si1132/4x是良好的选择，它们具有精度好、功耗低、体积小的特点，能够很好地满足可穿戴式设备的应用需求。

　　在健康监护部分，EPC推出的EPC200和EPC300分别可以满足心率监测和血氧监测，其中EPC200+EPC138结合的方案直接通过发射式测量心率，以数字脉冲波形式输出结果到主控器端，应用简单便捷，无需算法处理。

　　结语

　　面对竞争激烈的可穿戴式市场，产品的差异化、个性化以及良好的用户体验将是各个厂商奋力追求的目标。其中实现设备的低功耗极致追求是达到良好用户体验的基础，同时它又是可穿戴设备设计技术的核心难题。通过全文的介绍，希望能够为可穿戴设备开发厂商提供助力，使得您的可穿戴产品成为低功耗、最极致化、完美的成功产品。

——本文选自电子发烧友网2月《可穿戴技术特刊》“透视新设计”栏目，转载请注明出处，违者必究！