可穿戴設備中的傳感器應用需求及趨勢

　　實時工作傳感器應用通常采用兩層式設計架構來減小功耗。第一層通常是使用實時工作的處理單元在第二層架構中功耗驚人的應用處理器處于睡眠模式時執行音頻、視頻或IMU分析;當檢測到特定的觸發行為(例如觸發短語、有人活動或特定手勢)時，應用處理器就會被喚醒。FPGA的并行處理能力和低功耗特性非常適合低延遲、實時工作的觸發決策應用。除了能夠實現多種互連功能之外，iCE40 UltraPlus還可用于執行低延遲、實時工作的音頻和視頻環境感知處理，以及相關可穿戴應用的決策功能。

心率監測傳感器得到普及

　　越來越多的可穿戴設備制造商正在為其可穿戴產品增加心率監測(HRM)功能。高集成度有助于降低HRM應用中所用傳感器的成本。目前，HRM傳感器正將諸如模擬前端(AFE)、PD和LEDs等分立元器件整合到高度集成的模塊中。這些模塊降低了將HRM功能添加到可穿戴產品中時的成本和復雜度。

　　HRM算法正變得越來越精妙，同時還專為不同的使用場景、環境條件和活動要求進行了優化。一些算法強調高性能，卻帶來了更高的功耗;而其它的算法通過提供功率效率，從而帶來更長的電池續航時間。

　　為了實現傳感器融合，開發人員必須優化其系統架構。例如，要在低功耗狀態下實現傳感器融合，就需要一種為更高性能而進行優化的方法。如果功耗不是一項設計所關心的問題，那么傳感器融合可以通過系統主處理器的持續運算來實現。

　　傳感器融合可以被運用于生物計量檢測可穿戴應用中，以說明最終用戶的模式。例如，一款環境光傳感器可表明用戶是否處于黑暗的房間中;一款運動傳感器可感知用戶靜止不動而可能在睡覺;然而一款HRM傳感器同時又提供了一種正常的心率，暗示用戶躺在床上，但不一定是睡著了。在過去，睡眠監測往往由運動傳感器單獨完成;而通過將環境光和HRM傳感器增加到系統中，可穿戴產品可對睡眠模式進行更精密的分析。

　　另外，光學心率傳感器可為加速度計增加一個接口，來協助實現光學和加速計的同步采樣。這種硬件架構設計方式允許兩種不同類型的傳感器互相協作，來提高心率生物監測的性能。

　　Silicon Labs為可穿戴應用提供多樣化的傳感器、低功耗Gecko MCU、Wireless Gecko片上系統器件、無線模塊、軟件協議棧和開發工具。Silicon Labs的多傳感器產品組合包括光學傳感器、生物監測/心率監測傳感器、I2C數字接口相對濕度和溫度傳感器芯片，以及電容式觸摸感應MCU器件。它們為各種應用提供了高可靠性、緊湊的面積、高集成度和易用性。

　　Silicon Labs的光學傳感器系列能夠感應紫外線(UV)指數、環境光、長距離范圍內的接近、心率/脈搏血氧飽和度，以及2D或3D的手勢動作。其中，包括環境光、接近和手勢監測器件Si1153傳感器，UV指數和環境光感測器件Si1133傳感器，以及Si1143/44心率監測(HRM)解決方案等。

印刷電子將成為可穿戴設備的主流趨勢

　　形形色色的可穿戴設備的設計可能會采用眾多的傳感器，而總體趨勢則是將整合起至少以下傳感器中的一部分：

　　? 3軸加速度計：

　　通過采用速度和位置的慣性測量結果并且計算用戶的物理定向和步伐，可以跟蹤在所有方向上的運動。

　　? 陀螺儀：

　　陀螺儀可以測量角速度，而 3 軸陀螺儀則可以與 3 軸加速度計配合使用，提供“6 自由度”的三維運動跟蹤系統。

　　? 高度計：

　　這是一種專用的傳感器，用于在登山時測量海拔高度。

　　? 溫度傳感器：

　　體溫對于健身的跟蹤以及醫療診斷都是一項非常有用的相關因素。

　　? 生物阻抗傳感器：

　　該型傳感器能夠測量皮膚的電阻，可用于獲取心率數據。

　　? 光學傳感器：

　　光學傳感器可以計算通過毛細血管的血流量并且感應心率。

　　印刷電子學現已成為微型化可穿戴設備設計中的一個主流趨勢，作為一種高性價比的方式可以實現小尺寸、高柔性的集成傳感器解決方案，即“傳感器融合”，理想用于生理、環境和生化的監控。

　　“傳感器融合”一詞的核心理念在于功能的集成。這一途徑可以將傳感器的監控與無線和遠程通信、動態柔軟度、可處置性以及增強的設備性能整合起來。通過 Soligie 印刷型電子組件產品線，Molex 為傳感器融合實現多功能的定制解決方案。

　　Molex 定制設計的印刷型電子傳感器與電路對包括工業自動化、醫療監控、智能標簽、安防及物流在內的眾多行業的需求提供支持。Molex 通過 Soligie 解決方案產品線提供必要的專家經驗，可設計并交付客戶的項目所需的印刷型電子產品。

　　Molex 的 Soligie 解決方案在塑料、紙張、玻璃、無紡布和金屬箔之類的低成本柔性基板上集成起各類傳感器、電子組件、無線連接以及供電功能，與傳統的電路相比可降低總成本，實現小尺寸、高柔性的一體式傳感器融合解決方案，具有顯著的優勢。

　　Molex 提供從柔性電路到印刷電極在內的多種技術，強化在可穿戴設備市場的表現。超薄柔性基板產品貼合人體的曲線，為必需佩戴監測設備的患者提供極高的舒適度。Molex 的印刷型電子產品采用具有生物兼容性的墨水制成，結合水凝膠使用時可與人體建立起可靠的連接。這類集成的柔性解決方案極其適合可穿戴的診斷應用與治療應用。

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　　本文來源于《電子產品世界》2017年第6期第21頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。