高能效UV紫外線指數傳感器搶占可穿戴市場商機

　　隨著蘋果發布 iWatch 智能手表的腳步日益臨近，有關iWatch猜測、爆料也越來越猛。例如，巴克萊分析師 Blayne Curtis日前就爆料：iWatch 將采用 Silicon Labs 公司的紫外線指數傳感器芯片。而最近又有一系列文章預測，iWatch還將整合最少10種傳感器......毫無疑問，傳感器的應用已成為可穿戴市場關注的一大焦點。

　　“Silicon Labs不僅推出了全球首款單芯片紫外線指數傳感器，還提供各類高能效傳感器，如溫濕度、紅外接近、環境光、手勢感應等，能滿足眾多應用的需求，并且新產品還在不斷推出。正如Silicon Labs一貫的產品性能特點，高性能、低功耗、小封裝同樣是這些混合信號智能傳感器的最主要優勢。” Silicon Labs核心代理商——世強資深技術主管廖華平表示。

　　
圖1. 世強代理的Silicon Labs傳感器產品概覽。

　　UV指數傳感器為可穿戴設備提供差異化

　　在消費類電子產品中，對UV感測的需求正在上升，因為開發者打算通過提供保護人們免于UV傷害的這種新功能，來尋求在可穿戴和手持設備上的差異化設計。UV檢測對于那些有曬傷危險或者對光照有疑慮的人們是有幫助的，例如：戶外活動的終端用戶在他們達到危險的暴露級別之前，帶有UV傳感器的產品可以為其測量累積的UV強度并且及時報警。

　　針對這一市場需求，Silicon Labs在今年2月份推出了適用于智能手機和可穿戴產品的單芯片數字紫外線(UV)指數傳感器IC系列——Si11xx——紫外線指數、環境光和接近/手勢傳感器。設計旨在檢測UV光照強度、心臟/脈搏速率、血氧飽和度，以及提供接近/手勢控制等。

　　“Si1132是全球首款單芯片數字紫外線指數傳感器，它集成環境光傳感器，能自動調整顯示來優化功耗并讓人眼更舒服，同時可以跟加速計一起實現對人睡眠的跟蹤。其在1Hz采樣率下的功耗1.2uA ，具有超長電池壽命;集成光敏二極管、ADC和信號處理功能，簡化了設計;通過I2C接口讀取紫外線指數值;工廠校準提高產品的一致性;2×2毫米封裝。以上這些特性使得Si1132成為智能可穿戴和保健應用的理想選擇。” 廖華平指出。

　　此外，Silicon Labs還推出了Si1145/46/47 UV和IR接近/環境光傳感器，根據型號提供單、雙、三個LED驅動器集成選項，可為手勢識別提供15級可選擇的驅動等級?？蓱糜冢盒穆屎脱鯗y量、長距離接近檢測、先進的2D和3D手勢檢測等。

　　Si1132和Si114x傳感器在寬動態范圍的光源(包括太陽光)下提供了優秀性能。其牢靠的傳感架構也包括一個感應能力高達128kLux的環境光傳感器。光電二極管響應和相關的數字轉換電路為人造光閃爍噪聲和自然光干擾噪聲提供了優秀的抗干擾能力。

　　“Si1132和Si114x傳感器IC非常適用于具有動作跟蹤功能的腕帶和臂帶產品、智能手表和智能手機等應用。除了支持UV指數檢測之外，這些器件也可為健康和健身方面的應用提供環境光和紅外(IR)接近感測功能。LG就用Si114x做了心率測量的耳塞。”廖華平表示。

　　2x2mm封裝、超低功耗解決可穿戴兩大難題

　　尺寸一直都是可穿戴設計中的一個難題，分立器件封裝占用大量空間，很難應用于可穿戴產品中。因為當人們在戶外鍛煉時手腕區域通常暴露于陽光下，因此運動手表和健康/健身腕帶非常適合具有UV測量功能的應用。然而，由于需要在極小的“手腕”尺寸中集成先進數字信號處理和天線功能，這些可穿戴設備已經變得空間極度受限。

　　傳統上，用于消費類的UV傳感器采用分立式解決方案實現，通常由對UV頻率范圍敏感的光電二極管構成。在進入MCU處理之前，這些光電二極管產生的電流通過ADC進行數字化。光電二極管的靈敏度波動很大，消費類應用中的可靠性使用需要對其進行校準。這些分立式UV解決方案往往依賴于復合半導體，這使得它們很難與基于CMOS的信號調節和處理電路集成。

　　在硅基片上進行集成處理不僅節省空間而且可以改進UV測量本身。如果傳感器IC不僅包含UV傳感器也包含信號調節電路(例如運算放大器)和ADC，那么它就可以在工廠執行設備校準和編程，確保產品UV數據的一致性。如果一個MCU被集成到解決方案中去執行校準、數據讀取、并以可用形式提供數據，那么這種能力將會進一步增強。

　　Silicon Labs首先將所有這些功能集成到單芯片解決方案中，在一個極小的2mmx2mm封裝的單芯片IC中包含了UV指數傳感器和數字處理電路。超小的2mm x 2mm封裝有助于減小最終設計的尺寸并且降低物料清單(BOM)成本。廖華平強調：“UV指數傳感器IC產品已經小到可以在典型的8.5英寸寬的頁面中放置655顆這種傳感器。”

　　延長電池壽命是可穿戴設計的另一個難題，Si11xx的超低功耗架構可幫助用戶采用更小電池實現更薄的可穿戴式設計，在每秒一次的UV測量速率下平均電流低至1.2μA，待機電流更是小于500nA，有效的延長了電池壽命。

　　
圖2. 單芯片UV指數傳感器IC架構示例。

　　在功耗顯著低于同類產品條件下，傳感器也提供了更大的靈敏度和感應距離。憑著單一的25.6μs紅外光LED工作時間，高靈敏度的IR傳感器能夠在移動感應和手勢識別應用中明顯延長電池壽命，同時保持長達50cm的感應距離。此外，LED電流動態調整也進一步降低了系統功耗。