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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、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(shù)傳感器芯片。而最近又有一系列文章預(yù)測，iWatch還將整合最少10種傳感器......毫無疑問，傳感器的應(yīng)用已成為可穿戴市場關(guān)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(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，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(yōu)勢。” 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UV感測的需求正在上升，因為開發(fā)者打算通過提供保護(hù)人們免于UV傷害的這種新功能，來尋求在可穿戴和手持設(shè)備上的差異化設(shè)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(dá)到危險的暴露級別之前，帶有UV傳感器的產(chǎn)品可以為其測量累積的UV強(qiáng)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(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/手勢傳感器。設(shè)計旨在檢測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，能自動調(diào)整顯示來優(yōu)化功耗并讓人眼更舒服，同時可以跟加速計一起實現(xiàn)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(shè)計；通過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)型號提供單、雙、三個LED驅(qū)動器集成選項，可為手勢識別提供15級可選擇的驅(qū)動等級。可應(yīng)用于：心率和血氧測量、長距離接近檢測、先進(jìn)的2D和3D手勢檢測等。 Si1132和Si114x傳感器在寬動態(tài)范圍的光源（包括太陽光）下提供了優(yōu)秀性能。其牢靠的傳感架構(gòu)也包括一個感應(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(shè)計中的一個難題，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。因為當(dāng)人們在戶外鍛煉時手腕區(qū)域通常暴露于陽光下，因此運(yùn)動手表和健康/健身腕帶非常適合具有UV測量功能的應(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現(xiàn)，通常由對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ADC進(jìn)行數(shù)字化。光電二極管的靈敏度波動很大，消費(fèi)類應(yīng)用中的可靠性使用需要對其進(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測量本身。如果傳感器IC不僅包含UV傳感器也包含信號調(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英寸寬的頁面中放置655顆這種傳感器。” 延長電池壽命是可穿戴設(shè)計的另一個難題，Si11xx的超低功耗架構(gòu)可幫助用戶采用更小電池實現(xiàn)更薄的可穿戴式設(shè)計，在每秒一次的UV測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工作時間，高靈敏度的IR傳感器能夠在移動感應(yīng)和手勢識別應(yīng)用中明顯延長電池壽命，同時保持長達(dá)50cm的感應(yīng)距離。此外，LED電流動態(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與同類競爭產(chǎn)品的性能比較，圖中的綠色部分指標(biāo)體現(xiàn)了其優(yōu)勢所在。 圖4. Si114x 擁有最好的接近檢測性能和最低的功耗。 在手勢感應(yīng)和接近感應(yīng)中的應(yīng)用優(yōu)勢 Si114x 擁有最好的接近檢測性能和最低的功耗，最多集成了3個LED驅(qū)動器，而競爭產(chǎn)品一般只集成了1個LED驅(qū)動器。這使得Si114x能夠用于開發(fā)手勢識別接口，這對于可穿戴系統(tǒng)來講，正變得日益重要。當(dāng)LED和相應(yīng)的傳感器放到皮膚上時，LED驅(qū)動器也能夠用于心率和脈搏測量。 Si114x傳感器的LED驅(qū)動器能夠為健康和健身跟蹤器提供反射式心率和血氧飽和度測量功能，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和三個紅外LED驅(qū)動器，支持高級運(yùn)動和手勢感應(yīng)。Si1146可以實現(xiàn)Z軸和X軸運(yùn)動感應(yīng)和非接觸式控制，而Si1147添加了第三軸，可以實現(xiàn)三維運(yùn)動感應(yīng)。兩個傳感器提供的反射測量能夠進(jìn)行后處理，以進(jìn)一步判別手勢。 圖5. Si114x在手勢應(yīng)用中的優(yōu)勢 圖6. Silicon Labs在接近應(yīng)用中的優(yōu)勢 除了UV測量之外，環(huán)境光線感應(yīng)器可輕松整合其它保健功能。例如，整天都會佩戴的可穿戴設(shè)備中的環(huán)境光傳感器，當(dāng)天黑時可以告知主機(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評估板——簡化設(shè)計 Silicon Labs為可穿戴開發(fā)人員提供完整的硬件和軟件工具，以幫助用戶簡化測試、功能特性、原型設(shè)計和軟件開發(fā)。UVIrSlider2EK UV/IR評估套件為Silicon Labs的光學(xué)傳感器提供了一個高級的開發(fā)平臺。在超低功耗C8051F800單片機(jī)的控制下，UVIrSlider2EK將Si1146傳感器連接到兩個紅外光LED，實現(xiàn)UV指數(shù)測量、高級2D/2軸非接觸式手勢識別和物體接近檢測。 圖7. UVIrSlider2EK評估板——簡化設(shè)計 IrSlider2EK預(yù)先配置了固件，即通過五個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IR滑動條演示，并且這個演示可以通過8個可見的LED示范左/右/懸停等手勢識別功能。此外，Silicon Labs還為環(huán)境光、近距離和手勢識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用戶。世強(qiáng)同時還提供節(jié)能型MCU、無線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，滿足快速增長的可穿戴市場需求。 |
