迎接可穿戴設備時代的設計挑戰

　　可穿戴電子設備對設計工程師提出了前所未有的挑戰—設計工程師需要在沒有專用芯片組或標準化架構的情況下創建智能、緊湊和多功能的產品。由于專用芯片組(標準化架構)的缺失，設計工程師需要在可穿戴產品中使用為移動和手持應用設計的器件和互連技術。

　　如何在兩個不相關的器件之間實現數字與模擬“鴻溝”的橋接是一個不小的設計挑戰，而這對于有嚴格空間和功耗限制的可穿戴設備來說更是難上加難。同時，發展迅速的市場要求設計工程師緊跟消費者不斷變化的需求，快速升級現有產品的功能并推出全新的產品。

　　本文將針對可穿戴產品的設計挑戰進行研究，并將探索如何使用可編程邏輯產品來解決這些問題。文章相關的設計實例旨在說明如何將專用可編程器件應用于以下三個方面：

　　擴展。使用額外的邏輯和定制功能擴展現有ASIC和ASSP的功能和使用壽命。

　　升級。使用可編程邏輯產品實現新協議和標準，并通過橋接實現互不兼容元器件間的互連，以此升級可穿戴設備的設計。

　　創新。無需為ASIC開發投入大量時間和費用，使用可編程邏輯產品提供的靈活平臺來實現高級功能或全新的特性。

　　可穿戴設備帶來前所未有的設計挑戰

　　可穿戴電子產品正處于發展早期，技術尚未成熟，就像地球上的生命進化過程一樣，將發生像寒武紀生命大爆發一樣百花齊放的技術創新。可以預見至少在未來的3到5年內將不斷有各種各樣的產品和試作面世，形成具備以下特征的市場：

　　●市場快速創新，而消費者的需求也以同樣的速度快速變化;

　　●全新類型的產品出現和發展，有時候也會最終消失;

　　●出現眾多相互競爭的產品，但未能形成標準的功能集;

　　●即使有也只有很少的標準化架構或接口標準。

　　在這段蓬勃發展的時期里，產品依托的半導體器件的發展將跟不上產品本身迭代更新的速度。由于IC開發通常需要12至18個月，如果制造商堅持為可穿戴市場開發ASIC，很可能導致產品上市時功能并不盡如人意或已然過時。

　　沒有專為應用優化的微控制器(MCU)和ASSP，可穿戴設備設計工程師就必須使用通用的MCU或使用來自更成熟應用的高度集成器件，如來自智能手機、平板電腦以及其他手持/移動設備中的器件。上述這兩種方式都為設計工程師提供了高集成度的嵌入式計算平臺，無需為開發專用器件投入大量的時間和成本。不僅如此，很多開發工具和應用軟件都支持大多數這些現成器件，這也是額外的優勢。

　　雖然在可穿戴應用中使用這類移動專用器件可獲得諸多優勢，但是設計工程師還是會在設計過程中面臨諸多挑戰。第一個挑戰是可穿戴設備市場的變化非常快，最初產品中所使用的嵌入式計算器件可能不具備相關的接口和I/O功能用以支持下一代產品所需的所有新功能。為了跟上市場變化的步伐，設計工程師必須要為產品設計增加擴展電路或尋找功能更強的MCU/ASSP.

　　第二個挑戰，也正是更普遍的問題—大部分這些嵌入式計算器件并不具備相關接口用于可穿戴應用中最常用的各類傳感器、顯示屏和其他I/O器件。在某些情況下，傳感器或顯示屏的接口不匹配系統的數據總線，或不兼容系統應用處理器使用的格式，這將導致“數字斷裂(DigitalDisconnect)”的發生(圖1)。

　　圖1：“數字斷裂”常見于大多數CMOS圖像傳感器的LVDS接口和許多常用應用處理器使用的CSI-2 I/O總線之間。