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隨著蘋果發(fā)布 iWatch 智能手表的腳步日益臨近，有關(guān)iWatch猜測(cè)、爆料也越來(lái)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(shù)傳感器芯片。而最近又有一系列文章預(yù)測(cè)，iWatch還將整合最少10種傳感器......毫無(wú)疑問(wèn)，傳感器的應(yīng)用已成為可穿戴市場(chǎng)關(guān)注的一大焦點(diǎn)。 “Silicon Labs不僅推出了全球首款單芯片紫外線指數(shù)傳感器，還提供各類高能效傳感器，如溫濕度、紅外接近、環(huán)境光、手勢(shì)感應(yīng)等，能滿足眾多應(yīng)用的需求，并且新產(chǎn)品還在不斷推出。正如Silicon Labs一貫的產(chǎn)品性能特點(diǎn)，高性能、低功耗、小封裝同樣是這些混合信號(hào)智能傳感器的最主要優(yōu)勢(shì)。” Silicon Labs核心代理商——世強(qiáng)資深技術(shù)主管廖華平表示。 圖1. 世強(qiáng)代理的Silicon Labs傳感器產(chǎn)品概覽。 UV指數(shù)傳感器為可穿戴設(shè)備提供差異化 在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，對(duì)UV感測(cè)的需求正在上升，因?yàn)殚_發(fā)者打算通過(guò)提供保護(hù)人們免于UV傷害的這種新功能，來(lái)尋求在可穿戴和手持設(shè)備上的差異化設(shè)計(jì)。UV檢測(cè)對(duì)于那些有曬傷危險(xiǎn)或者對(duì)光照有疑慮的人們是有幫助的，例如：戶外活動(dòng)的終端用戶在他們達(dá)到危險(xiǎn)的暴露級(jí)別之前，帶有UV傳感器的產(chǎn)品可以為其測(cè)量累積的UV強(qiáng)度并且及時(shí)報(bào)警。 針對(duì)這一市場(chǎng)需求，Silicon Labs在今年2月份推出了適用于智能手機(jī)和可穿戴產(chǎn)品的單芯片數(shù)字紫外線(UV)指數(shù)傳感器IC系列——Si11xx——紫外線指數(shù)、環(huán)境光和接近/手勢(shì)傳感器。設(shè)計(jì)旨在檢測(cè)UV光照強(qiáng)度、心臟/脈搏速率、血氧飽和度，以及提供接近/手勢(shì)控制等。 “Si1132是全球首款單芯片數(shù)字紫外線指數(shù)傳感器，它集成環(huán)境光傳感器，能自動(dòng)調(diào)整顯示來(lái)優(yōu)化功耗并讓人眼更舒服，同時(shí)可以跟加速計(jì)一起實(shí)現(xiàn)對(duì)人睡眠的跟蹤。其在1Hz采樣率下的功耗1.2uA ，具有超長(zhǎng)電池壽命；集成光敏二極管、ADC和信號(hào)處理功能，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)；通過(guò)I2C接口讀取紫外線指數(shù)值；工廠校準(zhǔn)提高產(chǎn)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(yīng)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(huán)境光傳感器，根據(jù)型號(hào)提供單、雙、三個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器集成選項(xiàng)，可為手勢(shì)識(shí)別提供15級(jí)可選擇的驅(qū)動(dòng)等級(jí)。可應(yīng)用于：心率和血氧測(cè)量、長(zhǎng)距離接近檢測(cè)、先進(jìn)的2D和3D手勢(shì)檢測(cè)等。 Si1132和Si114x傳感器在寬動(dòng)態(tài)范圍的光源（包括太陽(yáng)光）下提供了優(yōu)秀性能。其牢靠的傳感架構(gòu)也包括一個(gè)感應(yīng)能力高達(dá)128kLux的環(huán)境光傳感器。光電二極管響應(yīng)和相關(guān)的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路為人造光閃爍噪聲和自然光干擾噪聲提供了優(yōu)秀的抗干擾能力。 “Si1132和Si114x傳感器IC非常適用于具有動(dòng)作跟蹤功能的腕帶和臂帶產(chǎn)品、智能手表和智能手機(jī)等應(yīng)用。除了支持UV指數(shù)檢測(cè)之外，這些器件也可為健康和健身方面的應(yīng)用提供環(huán)境光和紅外（IR）接近感測(cè)功能。LG就用Si114x做了心率測(cè)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(shè)計(jì)中的一個(gè)難題，分立器件封裝占用大量空間，很難應(yīng)用于可穿戴產(chǎn)品中。因?yàn)楫?dāng)人們?cè)趹敉忮憻挄r(shí)手腕區(qū)域通常暴露于陽(yáng)光下，因此運(yùn)動(dòng)手表和健康/健身腕帶非常適合具有UV測(cè)量功能的應(yīng)用。然而，由于需要在極小的“手腕”尺寸中集成先進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理和天線功能，這些可穿戴設(shè)備已經(jīng)變得空間極度受限。 傳統(tǒng)上，用于消費(fèi)類的UV傳感器采用分立式解決方案實(shí)現(xiàn)，通常由對(duì)UV頻率范圍敏感的光電二極管構(gòu)成。在進(jìn)入MCU處理之前，這些光電二極管產(chǎn)生的電流通過(guò)ADC進(jìn)行數(shù)字化。光電二極管的靈敏度波動(dòng)很大，消費(fèi)類應(yīng)用中的可靠性使用需要對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。這些分立式UV解決方案往往依賴于復(fù)合半導(dǎo)體，這使得它們很難與基于CMOS的信號(hào)調(diào)節(jié)和處理電路集成。 在硅基片上進(jìn)行集成處理不僅節(jié)省空間而且可以改進(jìn)UV測(cè)量本身。如果傳感器IC不僅包含UV傳感器也包含信號(hào)調(diào)節(jié)電路(例如運(yùn)算放大器)和ADC，那么它就可以在工廠執(zhí)行設(shè)備校準(zhǔn)和編程，確保產(chǎn)品UV數(shù)據(jù)的一致性。如果一個(gè)MCU被集成到解決方案中去執(zhí)行校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)讀取、并以可用形式提供數(shù)據(jù)，那么這種能力將會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。 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(gè)極小的2mmx2mm封裝的單芯片IC中包含了UV指數(shù)傳感器和數(shù)字處理電路。超小的2mm x 2mm封裝有助于減小最終設(shè)計(jì)的尺寸并且降低物料清單(BOM)成本。廖華平強(qiáng)調(diào)：“UV指數(shù)傳感器IC產(chǎn)品已經(jīng)小到可以在典型的8.5英寸寬的頁(yè)面中放置655顆這種傳感器。” 延長(zhǎng)電池壽命是可穿戴設(shè)計(jì)的另一個(gè)難題，Si11xx的超低功耗架構(gòu)可幫助用戶采用更小電池實(shí)現(xiàn)更薄的可穿戴式設(shè)計(jì)，在每秒一次的UV測(cè)量速率下平均電流低至1.2μA，待機(jī)電流更是小于500nA，有效的延長(zhǎng)了電池壽命。 圖2. 單芯片UV指數(shù)傳感器IC架構(gòu)示例。 在功耗顯著低于同類產(chǎn)品條件下，傳感器也提供了更大的靈敏度和感應(yīng)距離。憑著單一的25.6μs紅外光LED工作時(shí)間，高靈敏度的IR傳感器能夠在移動(dòng)感應(yīng)和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用中明顯延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)保持長(zhǎng)達(dá)50cm的感應(yīng)距離。此外，LED電流動(dòng)態(tài)調(diào)整也進(jìn)一步降低了系統(tǒng)功耗。 圖3. Si114x超低功耗特性 如下圖4所示，為Si114x與同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的性能比較，圖中的綠色部分指標(biāo)體現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)所在。 圖4. Si114x 擁有最好的接近檢測(cè)性能和最低的功耗。 在手勢(shì)感應(yīng)和接近感應(yīng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) Si114x 擁有最好的接近檢測(cè)性能和最低的功耗，最多集成了3個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器，而競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品一般只集成了1個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器。這使得Si114x能夠用于開發(fā)手勢(shì)識(shí)別接口，這對(duì)于可穿戴系統(tǒng)來(lái)講，正變得日益重要。當(dāng)LED和相應(yīng)的傳感器放到皮膚上時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器也能夠用于心率和脈搏測(cè)量。 Si114x傳感器的LED驅(qū)動(dòng)器能夠?yàn)榻】岛徒∩砀櫰魈峁┓瓷涫叫穆屎脱躏柡投葴y(cè)量功能，非接觸式接口支持終端用戶遠(yuǎn)距離控制。Si1146和Si1147傳感器分別提供兩個(gè)和三個(gè)紅外LED驅(qū)動(dòng)器，支持高級(jí)運(yùn)動(dòng)和手勢(shì)感應(yīng)。Si1146可以實(shí)現(xiàn)Z軸和X軸運(yùn)動(dòng)感應(yīng)和非接觸式控制，而Si1147添加了第三軸，可以實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)感應(yīng)。兩個(gè)傳感器提供的反射測(cè)量能夠進(jìn)行后處理，以進(jìn)一步判別手勢(shì)。 圖5. Si114x在手勢(shì)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì) 圖6. Silicon Labs在接近應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì) 除了UV測(cè)量之外，環(huán)境光線感應(yīng)器可輕松整合其它保健功能。例如，整天都會(huì)佩戴的可穿戴設(shè)備中的環(huán)境光傳感器，當(dāng)天黑時(shí)可以告知主機(jī)MCU，指示佩戴者可能處于睡眠中。可穿戴系統(tǒng)中的加速計(jì)讀數(shù)能夠指示晚間睡眠模式是否受到干擾。環(huán)境光傳感器也能夠基于攝入的可見光強(qiáng)度調(diào)整顯示亮度，從而有助于改善可穿戴產(chǎn)品的用戶界面和電池壽命。 UVIrSlider2EK評(píng)估板——簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) Silicon Labs為可穿戴開發(fā)人員提供完整的硬件和軟件工具，以幫助用戶簡(jiǎn)化測(cè)試、功能特性、原型設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)。UVIrSlider2EK UV/IR評(píng)估套件為Silicon Labs的光學(xué)傳感器提供了一個(gè)高級(jí)的開發(fā)平臺(tái)。在超低功耗C8051F800單片機(jī)的控制下，UVIrSlider2EK將Si1146傳感器連接到兩個(gè)紅外光LED，實(shí)現(xiàn)UV指數(shù)測(cè)量、高級(jí)2D/2軸非接觸式手勢(shì)識(shí)別和物體接近檢測(cè)。 圖7. UVIrSlider2EK評(píng)估板——簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) IrSlider2EK預(yù)先配置了固件，即通過(guò)五個(gè)LED燈顯示了用戶目前所處環(huán)境的UV強(qiáng)度指數(shù)。輔助演示軟件提供了一個(gè)可以顯示完整的UV指數(shù)數(shù)據(jù)的GUI界面，也提供了一個(gè)IR滑動(dòng)條演示，并且這個(gè)演示可以通過(guò)8個(gè)可見的LED示范左/右/懸停等手勢(shì)識(shí)別功能。此外，Silicon Labs還為環(huán)境光、近距離和手勢(shì)識(shí)別的邏輯算法提供了示例軟件源代碼。 “為了更好的推廣，世強(qiáng)還提供很多更好的演示系統(tǒng)，那些演示系統(tǒng)可以免費(fèi)提供給工程師做評(píng)估和應(yīng)用，而且資料是免費(fèi)開放給大家的。” 廖華平特別強(qiáng)調(diào)。 本文小結(jié) 可穿戴式設(shè)計(jì)需要更高集成度、小尺寸封裝和低功耗的傳感解決方案，我們也可預(yù)見對(duì)于業(yè)界首款單芯片數(shù)字UV指數(shù)傳感器的需求，該傳感器還提供了環(huán)境光和IR感應(yīng)功能，非常適用于創(chuàng)新的健康和健身應(yīng)用。而世強(qiáng)與Silicon Labs攜手，致力于將優(yōu)秀的UV指數(shù)傳感器及各種高性能功耗比的傳感器帶給廣大中國(guó)用戶。世強(qiáng)同時(shí)還提供節(jié)能型MCU、無(wú)線MCU和收發(fā)器、以及其他各類傳感器，這些產(chǎn)品可以有效地整合進(jìn)系統(tǒng)解決方案，滿足快速增長(zhǎng)的可穿戴市場(chǎng)需求。 |
