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无线可穿戴产品致胜设计六大策略

上网日期: 2015年09月15日 ?? 作者: Mendy Ouzillou ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:可穿戴? 电池? 天线? 微控制器?

当美国漫画家Chester Gould在Dick Tracy的手腕上画出手表图案时,他一点也没有意识到,科幻小说能在70年后变为现实。作为一名连环画画家,Gould想象出未来设备,却没有考虑太多细节。如今,这些非常真实的腕上设备和其他无线可穿戴设备(WWD)为工程师带来一系列他们必须克服的设计细节挑战。工程师必须在经济实惠、引人注目、超紧凑的设计中无缝集成复杂的传感、处理、显示和无线技术,且可在单一、小巧和具有成本效益的电池供电下工作数个月,甚至数年。下面让我们一起来讨论对于可穿戴设备、技术和组件选择的具体需求,以及如何在超小的外形尺寸中实现复杂功能、长电池使用寿命和无缝无线连接。

在可穿戴产品设计中,工程师必须考虑三个关键因素:各种操作模式下的功耗(节能)、从匹配电路到天线之间的适当RF设计、以及设计中器件的集成度。我们将更详细的讨论集成所面临的挑战,因为很难在不考虑功耗和RF设计的情况下独立讨论这个因素。

大多数无线可穿戴设备涵盖共同的组件,包括电池、天线、微控制器(MCU)、无线电和传感器。从这个名单上看,显而易见,电池将在很大程度上影响可能实现的功能和WWD的工作寿命。考虑到电池电量将会快速耗尽,大多数WWD并非一直保持连续的数据传输,因此通常我们假设通信是突发的和偶发的。此外,集成了无线电的MCU,通常被称为无线MCU(WMCU),它使用方便、节省电路板面积并且降低了功耗,因此我们也假设在可穿戴设计中采用WMCU。

为应用选择合适的WMCU是一项复杂的决策过程,因为对于功能丰富的设备的高功能性将受到电池操作寿命的限制。如果我们仅仅关注WMCU的峰值功耗,那么从电池寿命这一单一因素来看,评估结果是相当令人失望的。然而,WWD通常工作在多种不同的能耗模式(EM),并且仅在极少情况下进入高功耗状态。因此,通过考虑在各种能耗模式中所花费的时间,我们可以评估电池的实际使用寿命。

Silicon Labs为其基于ARM架构的EFM32 MCU定义了5种能耗模式:EM0(活动/运行)、EM1(休眠)、EM2(深度休眠)、EM3(停止)和EM4(关闭)。这5种模式使得设计人员能够灵活的决策和优化系统的整体功耗。然而,能够识别这些模式以及数据手册中的规格数据并不能确保“在各种模式下都获得低功耗”,或者简单的说,不能确保“节能”。确保节能并发展良好的终端客户体验是构建WMCU可运行于这些不同模式的方法。事实上,依赖于突发传输之间的时间间隔,活动模式EM0可能仅占整体功耗中极小比例。而深度休眠模式EM2所占用的时间可以代表电池使用寿命的最大比例。

当为应用选择最佳WMCU时,工程师应当关注以下特性,包括可提供高集成度、具有良好架构的低功耗WMCU。超低功耗WMCU的一些特性无需多说,但也应被完整的列出:

●最低运行功耗(EM0)

●最低待机电流(EM1和EM2)

●微处理器内核的选择,包括8位和32位ARM Cortex(从M0+到M4)

●无线电配置选择,包括单收、单发、收发一体和性能等级

其他MCU特性,包括相关架构和集成度,同样重要而且需要进一步说明:

●极短的唤醒时间

●自主的外设操作

●自主的外设间操作(外设反射系统)

●低能耗传感器接口(LESENSE)

●丰富的高能效外设和接口

●RF集成

第2页:最低待机电流和极短唤醒时间

第3页:丰富的高能效外设

第4页:RF集成


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